reattoristica trasformazione chimica = reazione reattore reattore = cuore dellimpianto non è...
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Reattoristica
Trasformazione chimica = reazione reattore
Reattore = cuore dell’impianto
non è l’unità più appariscente, ma determina dimensioni e costi delle apparecchiature a monte e a valle
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Processo interessante?
dipende molto dal reattore
Bisogna valutare preliminarmente:
1 - velocità di produzione della specie voluta ( )2 - numero e quantità di sottoprodotti ( xOUT)
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Sottoprodotti
• pressoché sempre
• vantaggio o spreco?
• comunque quantificazione (NR>1 !!)
• le separazioni costano! ottimizzare il reattore!
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Competenzerichieste nella reattoristica
Principi di ingegneria chimica
(fenomeni di trasporto)
+
cinetica
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Verifiche/scelte preliminari
Condizioni fisiche dei reagenti a TIN, PIN
Tipo di reattore/modo di operare:
- continuo/discontinuo- isotermo/adiabatico/altro
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Obiettivo reattoristica
1. Dimensione reattore/reattori
2. Configurazione
3. xOUT e stato fisico
4. T ovvero T(t) o T(z)
5. P ovvero P(t) o P(z) P
x = composizione
z = coordinate spaziali
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Classificazione dei reattori
1) Numero di fasi
2) Tempo
3) Modalità di alimentazione
4) Temperatura
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ClassificazioneNumero di fasi
1) Omogenei (monofase) G, L, [S]
vs.
Eterogenei(multifase) G-S[cat], L-SG-L, G-L-S, L-L
Tutti sono multicomponenti ! ( mixing !!)
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Gli eterogenei sono molto vari(precedenza allo studio dei reattori omogenei)
Spesso le condizioni monofase non sono possibili
Reazione all’interfase /nella massa
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discontinuo (batch)
vs.
continuo
Classificazione2) Tempo
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Reattore discontinuo:piccole/varie produzioni
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Reattore continuo:a) perfettamente miscelato
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Rettore continuo:b) segregato
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Reattore semi-continuo (o semi-batch)
• Per usare un reagente e controllare la reazione (o reazioni parallele/parassite)
• Per minimizzare i volumi (se si dosa con gas)
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Il reattore semi-batch è una variante sui modi di alimentare.
Altre varianti:
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Classificazione4) Temperatura
principale variabile di controllo !
• Tutte le reazioni hanno HR 0
• T influenza enormemente la velocità di reazione
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a) Adiabatico (isolamento)
c) Intermedio (compromesso,
TC costoso e delicato)
b) Isotermo (traferimento di calore!)
(dettaglio più avanti)
Classificazione4) Temperatura
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Verifiche preliminari:
1) HR|
2) Segno
3) TMAX accettabile
Classificazione4) Temperatura
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Reattori adiabatici
Nessuno scambio termico con l’esterno
Il calore viene dato/tolto fuori dal reattore, se necessario
Reforming catalitico di nafta – i 3 reattori operano adiabaticamente
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Reattori con scambio termicoa tino (vessel)
Possono essere isotermi o riprodurre una T(t)
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Reattori con scambio termicotubolari
Simili a scambiatori di calorePossono essere isotermi o riprodurre una T(z)
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Reattori autotermicicatalitici
Recupero di calore dalla reazione (heat integration)
Recupero esterno o interno
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Reattori autotermiciomogenei
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Scelta condizioni operative
1) chimica-fisica della reazione:equilibrio (termodinamica);velocità di reazione (cinetica)
2) sperimentazione laboratorio; impianti pilota; impianti industriali simili
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Scelta condizioni operative 1) chimica-fisica della reazione
Reversibilità (?) equilibrio termodinamica! (molto affidabile)
Velocità di reazione cinetica (molto empirica)
è il vero scoglio! (può vanificare le indicazioni della termodinamica)