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

Processo interessante?

dipende molto dal reattore

Bisogna valutare preliminarmente:

1 - velocità di produzione della specie voluta ( )2 - numero e quantità di sottoprodotti ( xOUT)

Sottoprodotti

• pressoché sempre

• vantaggio o spreco?

• comunque quantificazione (NR>1 !!)

• le separazioni costano! ottimizzare il reattore!

Competenzerichieste nella reattoristica

Principi di ingegneria chimica

(fenomeni di trasporto)

+

cinetica

Verifiche/scelte preliminari

Condizioni fisiche dei reagenti a TIN, PIN

Tipo di reattore/modo di operare:

- continuo/discontinuo- isotermo/adiabatico/altro

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

Classificazione dei reattori

1) Numero di fasi

2) Tempo

3) Modalità di alimentazione

4) Temperatura

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 !!)

Gli eterogenei sono molto vari(precedenza allo studio dei reattori omogenei)

Spesso le condizioni monofase non sono possibili

Reazione all’interfase /nella massa

discontinuo (batch)

vs.

continuo

Classificazione2) Tempo

Reattore discontinuo:piccole/varie produzioni

Reattore continuo:a) perfettamente miscelato

Rettore continuo:b) segregato

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)

Il reattore semi-batch è una variante sui modi di alimentare.

Altre varianti:

Classificazione4) Temperatura

principale variabile di controllo !

• Tutte le reazioni hanno HR 0

• T influenza enormemente la velocità di reazione

a) Adiabatico (isolamento)

c) Intermedio (compromesso,

TC costoso e delicato)

b) Isotermo (traferimento di calore!)

(dettaglio più avanti)

Classificazione4) Temperatura

Verifiche preliminari:

1) HR|

2) Segno

3) TMAX accettabile

Classificazione4) Temperatura

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

Reattori con scambio termicoa tino (vessel)

Possono essere isotermi o riprodurre una T(t)

Reattori con scambio termicotubolari

Simili a scambiatori di calorePossono essere isotermi o riprodurre una T(z)

Reattori autotermicicatalitici

Recupero di calore dalla reazione (heat integration)

Recupero esterno o interno

Reattori autotermiciomogenei

Scelta condizioni operative

1) chimica-fisica della reazione:equilibrio (termodinamica);velocità di reazione (cinetica)

2) sperimentazione laboratorio; impianti pilota; impianti industriali simili

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)