• katapak
• riempimenti strutturati

Negli ultimi anni l’interesse accademico e industriale si sta rivolgendo alla Process Intensification ovvero allo studio di tecnologie che consentano di combinare più operazioni unitarie in un unico dispositivo. Tale integrazione è volta alla realizzazione di processi più efficienti e meno dispendiosi dal punto di vista energetico, permettendo un sostanziale risparmio in termini di costi d’impianto e di esercizio.
Questa tesi si inserisce in tale ambito e in particolare ha come scopo la caratterizzazione fluidodinamica del Katapak-SP 11 (Sulzer Chemtech), un riempimento catalitico strutturato di ultima generazione per la distillazione reattiva, che è stata concepita per beneficiare dell’interazione tra le reazioni di equilibrio e la separazione dei prodotti per massimizzare la conversione dei reagenti e aumentare la selettività dei prodotti.
E’ stata condotta una campagna sperimentale volta a determinare le caratteristiche fluidodinamiche del riempimento in esame.
Le prove sono state effettuate all’interno del Dipartimento di Ingegneria Chimica, Chimica Industriale e Scienza dei Materiali dell’Università di Pisa utilizzando due colonne, rispettivamente di 50 e 100 mm di diametro.
Sono state effettuate prove di valutazione delle perdite di carico, di hold-up statico e dinamico e si possono effettuare le seguenti conclusioni.
Si è valutato l’aumento delle perdite di carico a secco in conseguenza del diverso grado di bagnamento della garza dei catalist bag.
Si è riscontrato un effetto del diametro per le perdite di carico a umido in conseguenza delle cadute di pressione concentrate (a bassi carichi di liquido) e della velocità effettiva del gas (a carichi di liquido più elevati).
Si è valutato l’incremento delle perdite di carico all’aumentare della viscosità.
Si è verificata la dipendenza lineare delle perdite di carico dalla portata di liquido sotto al punto di loading del gas e si è ottenuto un buon accordo anche per viscosità elevate.
L’insorgere del flooding segue la retta di Wallis ma l’inclinazione di tale retta dipende dalla viscosità.
Per la valutazione dell’hold up statico si ritiene necessario effettuare ulteriori prove in quanto i nostri risultati sono dipendenti dalla complessa dinamica di drenaggio del riempimento.
Le misure dell’hold-up dinamico hanno mostrato che tale grandezza aumenta con la viscosità ma per viscosità maggiori di 5 cP si ha una minore dipendenza dal carico di liquido.
Si è riscontrato un buon accordo tra i valori di hold-up negli open channel misurati e valutati con la relazione di Spiegel anche per viscosità maggiori di 1 cP.
Infine, sulla base dei dati sperimentali di perdite di carico e hold-up del liquido, si è proposto un modello fluidodinamico meccanicistico a canali che sfrutta delle relazioni presenti in letteratura opportunamente modificate per tenere conto della particolare geometria del riempimento Katapak-SP 11. Il parametro fondamentale di tale modello è l’hold-up di liquido; si è infatti evinto che una sua corretta valutazione permette di interpretare correttamente la fluidodinamica dl Katapak-SP.
Tra gli sviluppi futuri di questo lavoro di tesi si ritiene opportuna un’ indagine sull’effetto della tensione superficiale sulla fluidodinamica dei riempimenti Katapak-SP mediante l’impiego di soluzioni contenenti tensioattivo.
Si ritiene inoltre necessario un approfondimento sull’effetto della viscosità in quanto ci è concluso che, per le ridotte dimensioni delle colonne impiegate, locali condizioni di maldistribuzione dei flussi possono limitare l’accuratezza dei risultati sperimentali.
Tali indagini consentiranno quindi di perfezionare l’efficacia del modello predittivo proposto.