Trasformazione chimica = reazione  reattore 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!

Competenze richieste 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 Dimensione reattore/reattori Configurazione xOUT e stato fisico T ovvero T(t) o T(z) P ovvero P(t) o P(z)  DP x = composizione z = coordinate spaziali

Classificazione dei reattori Numero di fasi Tempo Modalità di alimentazione Temperatura

Classificazione Numero di fasi 1) Omogenei (monofase) G, L, [S] vs. Eterogenei(multifase) G-S[cat], L-S G-L, G-L-S, L-L Tutti sono multicomponenti ! ( mixing !!)

Spesso le condizioni monofase non sono possibili Gli eterogenei sono molto vari (precedenza allo studio dei reattori omogenei) Spesso le condizioni monofase non sono possibili Reazione all’interfase /nella massa

Classificazione 2) Tempo discontinuo (batch) vs. continuo

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:

Classificazione 4) Temperatura principale variabile di controllo ! Tutte le reazioni hanno HR  0 T influenza enormemente la velocità di reazione

Classificazione 4) Temperatura Adiabatico (isolamento) c) Intermedio (compromesso, TC costoso e delicato) Isotermo (traferimento di calore!) (dettaglio più avanti)

Classificazione 4) Temperatura Verifiche preliminari: |DHR| Segno DTMAX accettabile

Reattori adiabatici Nessuno scambio termico con l’esterno Reforming catalitico di nafta – i 3 reattori operano adiabaticamente Nessuno scambio termico con l’esterno Il calore viene dato/tolto fuori dal reattore, se necessario

Reattori con scambio termico a tino (vessel) Possono essere isotermi o riprodurre una T(t)

Reattori con scambio termico tubolari Simili a scambiatori di calore Possono essere isotermi o riprodurre una T(z)

Reattori autotermici catalitici Recupero di calore dalla reazione (heat integration) Recupero esterno o interno

Reattori autotermici omogenei

Scelta condizioni operative chimica-fisica della reazione: equilibrio (termodinamica); velocità di reazione (cinetica) 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)