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Process Intensification

 
Un concetto molto importante che riguarda tradizionalmente l’ingegneria ma è bene che pure un chimico consideri, in quanto introdotto dagli aspetti visti nella GC e GE, è l’ intensificazione del processo (PI), serie di strategie, metodologie e tecnologie che fanno sì che sia possibile ridurre in modo significativo le dimensioni fisiche delle operazioni unitarie di ingegneria di processo convenzionali, ossia dei reattori, delle colonne di distillazione, ovvero tutto quello che c’è in un impianto.

Lo scopo in sintesi è:
• migliorare le velocità di trasferimento di massa in modo che corrispondano a quelle della reazione
• migliorare le velocità di trasferimento di calore in modo che corrispondano alla esotermicità di una reazione
• avere un opportuno tempo di residenza della reazione

L’applicazione è importante soprattutto per quelle reazioni veloci ed esotermiche che comportano elevate velocità di mescolamento, elevate velocità di trasferimento del calore e reattori continui.
Questo discorso vale soprattutto in quei processi che avvengono velocemente, non nella reazione di per sé, ma perché la velocità è condizionata dai trasferimenti di massa, quindi una cosa importante è aumentare la velocità dei trasferimenti di massa, in modo tale che la velocità del processo globale dipenda dalla velocità della reazione chimica vera e propria e non dai trasporti.
Anche il trasferimento di calore è molto importante: se ho reazioni fortemente esotermiche ho necessità di sottrarre velocemente calore perché la reazione continui adeguatamente. E un’altra cosa importante sono i tempi di residenza nel reattore (vr/v0, un parametro che condiziona il funzionamento di un reattore) che devono essere ottimizzati (sto considerando processi continui). Quindi si stanno considerando reazioni esotermiche in reattori continui dove si devono considerare i trasferimenti di massa.

Lo sviluppo di reattori e apparecchiature più piccole comporta anche altri vantaggi:
• la riduzione dei costi
• miglioramento della sicurezza
• maggiore produttività
• migliora la qualità del prodotto: c’è un migliore controllo

Il costo dei principali elementi di un impianto (reattori, colonne di distillazione, ecc.) rappresentano solo ca. il 20% del costo di un impianto di produzione (il resto del costo è dovuto a tubazioni, supporti strutturali, strumentazione, manodopera, ecc.): una sostanziale riduzione delle dimensioni di tali apparecchiature (anche se più costose) potrebbe portare a grandi risparmi.
Già negli anni ’70 si parlava di PI alla ICI (Imperial Chemical Industries), perché si parlava di riduzione delle apparecchiature per ridurre i costi mantenendo la stessa produttività.
Più recentemente, nel 1995, Colin Ramshaw (University of Newcastle upon Tyne, UK) disse che la riduzione doveva essere drammatica e sostanziosa (1 centesimo, 1 millesimo di quello iniziale) e in questo modo si ha una diminuzione delle dimensioni delle singole apparecchiature e allo stesso tempo si ha la riduzione del numero di operazioni unitarie da fare e egli apparati coinvolti.
Probabilmente questo è stato visto come eccessivo e nel 2000 in Olanda, Andrzej I. Stankiewicz e Jacob A. Moulijn (Delft University, NL) considerarono che anche piccole riduzioni sono un vantaggio.

In ogni caso la PI non è solo una diminuzione dei volumi, altri esempi sono:
- a parità di volume aumento della capacità produttiva
- diminuire il consumo di energia
- diminuire la formazione di scarti o in generale di sottoprodotti.

Quindi la PI considera lo sviluppo di apparecchiature e tecniche innovative, rispetto a quelle comunemente utilizzate attualmente, che si prevede portino alla diminuzione in modo sostanziale di una delle seguenti cose:
• rapporto (dimensione delle apparecchiature)/ (capacità di produzione): può essere fatto aumentando il numeratore o il denominatore; Ø diminuzione del consumo dell’energia
• riduzione della formazione degli scarti.

Tutto questo si traduce in tecnologie più economiche e sostenibili.
Riassumendo, possiamo definire PI come qualsiasi sviluppo dell’ingegneria chimica che porta ad una tecnologia sostanzialmente più piccola, più pulita e più efficiente dal punto di vista energetico.


Tratto da PROCESSI INDUSTRIALI ECOSOSTENIBILI di Laura Marongiu
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