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Studio sperimentale su un processo di depurazione di aria inquinata da componenti organici volatili

Informazioni tesi

  Autore: Giovanni Iasonna
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria chimica
  Relatore: Angelo Chianese
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 98

In diversi ambiti industriali, per esempio nel settore della verniciatura o della rotocalcografia, si riscontra il problema della dispersione in ambiente di composti organici volatili (VOC); tali composti vengono spesso rilasciati in correnti di aria di portata piuttosto elevata (30000÷70000 Nm3/ora) in concentrazioni ridotte (a volte inferiori a 1 g/Nm3). Queste correnti devono quindi essere depurate per ottenere una concentrazione in uscita non superiore a 50 mg TOC/Nm3. I processi di abbattimento oggi più presenti sul mercato sono processi di combustione termica o catalitica di tipo rigenerativo, che prevedono un recupero del calore dei fumi di combustione attraverso masse ceramiche che preriscaldano la corrente in ingresso al combustore. Tali processi risultano molto onerosi dal punto di vista energetico poiché comportano un notevole consumo di combustibile ausiliario nel caso in cui le correnti inquinate abbiano concentrazioni di VOC nell’ordine di 1 g/Nm3 o inferiori.
Nella tesi in oggetto si è studiato un processo di depurazione che si basa sulla concentrazione dei VOC nell’aria primaria da trattare mediante adsorbimento e desorbimento dei composti in un letto fisso granulare di materiale microporoso adsorbente (zeolite o carbone attivo). La tecnologia della concentrazione dei VOC prevede che la corrente primaria di aria inquinata, ad elevata portata e bassa concentrazione (0.3÷0.8 g/Nm3), sia depurata per passaggio attraverso un letto adsorbente che trattiene gli inquinanti. Il letto viene rigenerato poi con una corrente di aria calda a temperatura di 120÷160°C; la quantità di aria calda di rigenerazione è tipicamente 1/10 di quella primaria trattata, così che i VOC vengano rilasciati nella corrente di rigenerazione ad una concentrazione circa 10 volte superiore. Infine l’aria calda uscente dal letto adsorbente è convogliata ad un combustore catalitico, per l’ossidazione completa dei VOC. Il processo è a basso consumo energetico in quanto la portata di aria inviata al combustore è limitata; in più i VOC presenti, concentrati, forniscono una frazione elevata del calore di combustione, limitando al minimo l’impiego di combustibile ausiliario.

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1 CAPITOLO 1 DESCRIZIONE TECNICO SCIENTIFICA DEL PROCESSO DI DEPURAZIONE ARIA INQUINATA VIA ADSORBIMENTO- DESORBIMENTO CON COMBUSTIONE CATALITICA 1.0 GENERALITA’ Un modello matematico è stato sviluppato per l’analisi dei processi di adsorbimento e desorbimento di solventi volatili in un letto fisso di materiale microporoso adsorbente, costituito o da zeolite a comportamento idrofobico o da carbone attivo, e comunque formulato in particelle sferiche o cilindretti. Il modello è dedicato all’analisi del comportamento di un impianto di concentrazione solventi per depurazioni di elevate portate di aria inquinata provenienti da linee di verniciatura, impianti di rotocalcografia, impianti in generale con dispersione di solventi in ambiente. In sintesi la tecnologia di concentrazione dei solventi si basa sui seguenti principi. • La corrente primaria di aria inquinata, ad elevata portata (40000÷70000 Nm 3 /ora ) e bassa concentrazione (0.3÷0.8 g/Nm 3 ), viene depurata per passaggio attraverso un letto adsorbente che trattiene gli inquinanti. • Il letto viene rigenerato con una corrente di aria calda a temperatura normalmente compresa tra 120÷160°C, a seconda della tipologia della miscela dei solventi adsorbiti e delle caratteristiche del letto adsorbente. • La quantità di aria calda di rigenerazione è tipicamente 1/10 della quantità di aria trattata, così che i solventi vengono rilasciati nella corrente di aria calda di rigenerazione ad una concentrazione circa 10 volte superiore. • L’aria calda uscente dal letto adsorbente è convogliata ad un combustore preferibilmente del tipo catalitico recuperativo, per la ossidazione completa dei solventi concentrati. • I fumi di combustione vengono utilizzati parzialmente per costituire l’aria calda di rigenerazione. Il processo è a basso consumo energetico in quanto la portata di aria inviata al combustore è molto limitata. In più i solventi presenti, ad elevata concentrazione, forniscono una frazione elevata del calore di combustione, limitando al minimo l’impiego di combustibile ausiliario. La tecnologia di concentrazione, seppur attrattiva per i bassi consumi energetici, richiede comunque conoscenze scientifiche approfondite ed adeguate metodologie di calcolo per essere applicata correttamente; si basa infatti su di un sofisticato processo separativo, quale l’adsorbimento- desorbimento, estremamente complesso e caratterizzato da diversi fenomeni ed effetti che contemporaneamente intervengono a condizionare il processo: • condizioni di equilibrio tra fase gassosa e fase adsorbente; • cinetiche di trasferimento delle molecole dalla fase gassosa esterna all’interno della particella adsorbente, attraverso gli interstizi dei macropori ed i canalicoli della fase microporosa; • l’adeguata alternanza tra le fasi di adsorbimento e desorbimento del letto; • il meccanismo di propagazione del fronte di calore in fase rigenerazione dell’adsorbente con corrente di aria calda. Tutta l’analisi è poi resa ulteriormente più complessa dalla presenza contemporanea di diverse specie di solventi che competono tra di loro nei processi di adsorbimento e rilascio ed interferiscono tra loro nella diffusione all’interno della fase adsorbente. Va infatti subito chiarito che l’analisi di un sistema ad un solo componente è di per sé poco significativa se non addirittura forviante, sia perché i possibili casi applicativi sono del tutto marginali, sia perché ogni possibile estensione, di tipo intuitivo, da un sistema a componente unico a

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