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Analisi di dati sperimentali e modellazione di pirolisi di polietilene

Informazioni tesi

  Autore: Tommaso Melchiori
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Padova
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria chimica
  Relatore: Paolo Canu
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 157

Questo lavoro di tesi presenta uno studio sulla descrizione fisica e matematica del processo di pirolisi di polietilene, ponendo l’accento sull’importanza della fase sperimentale come base affidabile in ambito modellistico.
Nel primo capitolo, viene fatta un’analisi critica di alcuni dati sperimentali reperiti da prove di degradazione termica condotte su scala di laboratorio in un impianto a due stadi. La validità di tali dati è stata valutata, prendendo in considerazione i bilanci di materia ad essi applicati, e cercando di quantificare l’entità di eventuali errori sistematici.
Nel secondo capitolo, vengono descritte le reazioni chimiche coinvolte nella pirolisi di poliolefine: è stato riportato un meccanismo radicalico di depolimerizzazione, che prevede una fase di iniziazione, propagazione e terminazione. Una panoramica sui diversi approcci impiegati in letteratura per descrivere il processo ha posto poi in evidenza i possibili gradi di dettaglio da utilizzare in sede di modellazione.
Infine, nel terzo capitolo sono stati implementati alcuni modelli, studiandone il comportamento e proponendone in modo critico delle modifiche o dei possibili aspetti di perfezionamento. In particolare ci si è concentrati sul modello di Mastral, bastato su un meccanismo di cinetiche dettagliate applicato a bilanci di popolazione, e i cui risultati sono alla fine messi a confronto con i dati sperimentali analizzati nel primo capitolo.

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Introduzione L’utilizzo di materie plastiche è in continua crescita in tutto il mondo, e in tutti i campi della vita moderna. A seconda della loro natura chimica esse vengono processate per creare materiali dalle proprietà e caratteristiche più svariate: fibre, film, formati, oggetti rigidi, vetrosi o gommosi, che abbinano delle ottime proprietà meccaniche ad un basso peso specifico. La sempre maggiore produzione di plastiche ha inevitabilmente fatto sorgere in questi anni il problema del loro smaltimento: trattandosi di materiali non bio degradabili, questi rimangono chimicamente stabili per un periodo di tempo che va ben oltre al loro comune ciclo di utilizzo, e il loro accumulo in discarica costituisce ormai una soluzione sempre meno sostenibile dal punto di vista ambientale. I processi di riciclo e riutilizzo di plastiche costituiscono dunque un ambito di ricerca e di applicazione fra i più interessanti della moderna ingegneria chimica. Le alternative oggi industrialmente considerate per il trattamento di rifiuti plastici sono sostanzialmente queste: - Riciclo meccanico: prevede in sintesi la rifusione, previa separazione, dei polimeri che poi possono essere riprocessati e lavorati per dare nuovi prodotti. In tutto questo bisogna tenere conto che un polimero riestruso non ha più le stesse caratteristiche di quello vergine, e questo fatto ne limita l’impiego in settori come quello alimentare. - Recupero energetico: le plastiche hanno un potere calorifico estremamente elevato, in quanto provengono essenzialmente da idrocarburi polimerizzati. Gli impianti di termovalorizzazione sono ormai una realtà molto diffusa nei paesi industrializzati, e permettono di produrre energia dalla combustione di plastiche. - Riciclo chimico: si tratta del settore più in via di sviluppo, che prevede il trattamento dei polimeri per riottenere i monomeri, che potranno essere ripolimerizzati ottenendo così del materiale vergine, oppure idrocarburi da utilizzare come combustibili. Il riciclo chimico può essere inserito nell’ottica di quello che viene chiamato feedstock recycling, ovvero recupero della materia prima. I processi oggi conosciuti per il riciclo chimico di polimeri prevedono dei trattamenti termici ad alta temperatura. Questi sono: - Pirolisi: considera la decomposizione in atmosfera priva di ossigeno ad alta temperatura, per ottenere una miscela di idrocarburi liquidi e gassosi, in particolare olefine. - Idrogenazione: i materiali vengono fatti reagire con idrogeno, per scomporli in idrocarburi liquidi.

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