Reactor runaway prediction and prevention

La finalità di questo lavoro di tesi consiste nella validazione di un algoritmo di controllo realizzato con lo scopo principale di prevedere e impedire gli effetti negativi di una reazione chimica potenzialmente fuggitiva, nell’ambito di un processo di potenziale interesse industriale. Per prima cosa verranno analizzate a livello introduttivo alcune delle cause che possono portare allo sviluppo di un runaway termico, e in generale che cosa si intende per reazione fuggitiva. Successivamente verrà presentato il sistema reagente preso in esame, già studiato sperimentalmente in precedenza sia dal punto di vista cinetico che termodinamico. Dopodiché si passerà alla descrizione del modello matematico atto a rappresentare il sistema mostrato in precedenza e ad una descrizione del reattore chimico in cui simuleremo il processo produttivo. Seguirà poi una fase preliminare di simulazioni in open loop, cioè prive di un sistema di controllo, realizzate per avere un’idea di massima sul comportamento dinamico del sistema e per stimare alcuni parametri strategici per le simulazioni future. A questo punto verrà descritta la logica alla base dell’algoritmo di controllo e ottimizzazione predittivo BSMBO&C e, in seguito, verrà testata la sua robustezza simulando scenari potenzialmente a rischio runaway. Infine, a seguito di tutte le simulazioni effettuate si evidenzierà la finalità di questa tesi: dimostrare la validità di questo algoritmo di controllo, sia per quanto riguarda la sicurezza del processo produttivo che, per quanto riguarda la sua ottimizzazione, aspetto che non deve essere trascurato. Essendo un particolare algoritmo di controllo e ottimizzazione predittivo, il sistema BSMBO&C ha sicuramente potenziale per essere superiore agli algoritmi di controllo tradizionali e rappresentare un importante mezzo di ottimizzazione e monitoraggio di reattori discontinui interessati da reazioni fuggitive, o più in generale, esotermiche.