Modellazione e simulazione di dispersioni gas-liquido in recipienti agitati mediante tecniche di fluidodinamica numerica

5 1 INTRODUZIONE I sistemi gas-liquido agitati meccanicamente trovano ampia applicazione nell’industria chimica di processo e in quella farmaceutica. In molti casi essi vengono utilizzati come apparecchiature di contatto per la conduzione di operazioni quali alchilazione, etossilazione, idrogenazione, clorurazione, ammonolisi, ossidazione, fermentazione biologica e nel trattamento delle acque di scarico. Il modo tradizionale di introdurre il gas nel liquido è di utilizzare un distributore posto sotto una girante che disperde la fase gassosa in tutto il volume liquido. In tale configurazione, il gas che esce dalla sommità del recipiente deve essere raccolto e, eventualmente, riciclato nel sistema. Una alternativa molto interessante ai contattori gas-liquido tradizionali è costituita dai reattori auto aspiranti. Consiste nel ricorrere a geometrie opportune, della sola girante o di tutto il reattore, che utilizzano l’azione di agitazione propria della girante per aspirare il gas dall’atmosfera sopra il livello del liquido all’interno del reattore. In questo modo si possono realizzare consistenti risparmi sui costi relativi al sistema di ricircolo, evitando i rischi connessi con tale operazione qualora i gas trattati siano pericolosi, sebbene ciò comporti una minore flessibilità di utilizzo dell’apparecchiatura relativamente al controllo della portata gassosa immessa. Parametri fondamentali per la caratterizzazione dei sistemi gas-liquido sono la distribuzione del gas all’interno del recipiente, la quantità totale di gas ingerita una volta che il sistema ha raggiunto lo stato stazionario, la potenza meccanica impiegata, la portata “pompata” dalla girante. Inoltre, essendo queste apparecchiature spesso utilizzate come reattori, è di particolare importanza la determinazione dell’area interfacciale e del coefficiente di trasporto di materia che nei sistemi gas-liquido variano non solo in funzione delle condizioni fluidodinamiche locali ma anche della distribuzione delle bolle legata, a sua volta, in modo complesso alla fluidodinamica del sistema. La ricerca sperimentale per la comprensione dei complessi fenomeni che avvengono nei processi di agitazione e dispersione nei contattori gas-liquido è abbastanza vasta. Lo stato dell’arte è però tutt’altro che soddisfacente. A causa della complessità dei fenomeni coinvolti, lo studio particolareggiato della fluidodinamica di questi sistemi,