reattore slurry
reattore slurry
Reattore caratterizzato dalla presenza del catalizzatore in forma di polvere sospesa nel liquido reagente. Più di frequente si hanno in realtà tre fasi a contatto nello stesso reattore: oltre alla fase liquida e al solido in sospensione è presente in questo caso un reagente gassoso che viene alimentato con la stessa velocità con cui viene consumato, in modo da mantenere costante la pressione. Si effettuano così reazioni di idrogenazione, di ossidazione con ossigeno molecolare, di alchilazione ecc. Anche alcuni bioreattori di fermentazione si possono considerare slurry, poiché il lievito è presente come polvere in sospensione. Il principale problema dei reattori slurry è quello di favorire il contatto tra le fasi gas, liquido e solido. Poiché normalmente il solido è già in forma dispersa, è necessario in particolare disperdere anche il gas sotto forma di piccole bolle. Il modo più semplice ed economico per disperdere un gas in un liquido è quello di ricorrere a una colonna a bolle, una colonna cioè in cui si fa gorgogliare il gas distribuendolo attraverso piccoli fori dal fondo della colonna. Le bolle poi salgono verso l’alto per effetto della gravità. Se si vuole aumentare l’area interfacciale, si debbono utilizzare degli agitatori di forma opportuna che ruotino a elevata velocità. Nonostante questi accorgimenti, la velocità della reazione in questi reattori può essere fortemente influenzata dal trasferimento di materia alle interfasi. La reazione avviene sulla superficie del catalizzatore e il consumo dei reagenti all’interno della particella di catalizzatore determina l’instaurarsi di un gradiente di concentrazione che è responsabile del trasporto di materia. Poiché nei pori del catalizzatore il liquido che contiene il gas reagente disciolto è in quiete, il trasferimento di materia avviene con un meccanismo lento di diffusione molecolare che obbedisce alla legge di Fick. Si ha così una resistenza al trasferimento di materia internamente alla particella. Se la reazione è abbastanza veloce si crea quindi un profilo di concentrazione dei reagenti nel cuore della particella. Anche intorno alla particella vi è un film di liquido molto sottile (10−2 cm) che si può considerare in quiete e attraverso cui il trasferimento avviene con il meccanismo lento della diffusione molecolare. In corrispondenza di questo film si ha perciò una resistenza alla diffusione esterna dei reagenti. La massa di liquido si può invece considerare agitata e quindi di composizione uniforme, mentre in corrispondenza delle bolle si hanno un film dal lato gas e un altro dal lato liquido, in cui pure si concentrano le resistenze alla diffusione; in particolare, può essere rilevante la resistenza nel film lato liquido essendo il coefficiente di diffusione nei liquidi 1000÷10000 volte inferiore a quello nei gas. Per descrivere il comportamento di questi reattori bisogna pertanto tenere conto non solo della velocità di reazione ma anche della velocità di trasferimento alle varie interfacce e ricostruire i profili di concentrazione in corrispondenza di ciascuna interfaccia gas-liquido e liquido-solido e internamente alla particella.
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