Simulazione di dinamiche runaway mediante modelli CFD applicati ad un reattore batch

If we look at the runaway accidents statistics we can notice that the inaccurate thermodynamics and reaction system kinetics knowledge is at the base of the planning shortages which include the erroneous work conditions choice, using the inappropriate machineries e management inefficiency. This leads to looking for stronger and more complete instruments to be put aside to predictive reactors perfectly mixed. In this study we propose the use of computational fluids dynamics CFD techniques to foresee the behaviour of a reagent mixture both in case of normal operation of the plant management and in case of reactors components malfunctioning. At first we considered a real Runaway case experimental data evaluating the one-dimensional modelling and, then, we developed a CFD model able to reproduce the same data. The chemical reaction has been modelled both through UFD and Finite-Rate model, whereas the reagent mixture fluids dynamics through k-ɛ- Model and Laminar, to assess the best calculation time and accuracy value. Finally we examined the developed models extensibility in describing the reactions from the gaseous phase to the liquid one. The UDF and Finite-Rate models have shown to be able to foresee the reactions behaviour in every circumstance, while the Eddy Dissipation and Eddy Dissipation Concept still have some problems to be solved in the future.

Dalle statistiche riguardanti gli incidenti runaway è possibile notare come l’inaccurata conoscenza della termodinamica e della cinetica del sistema in reazione sia stata all’origine di carenze progettuali, che si traducono in un'erronea scelta delle condizioni di lavoro, nell'utilizzo di apparecchiature inadatte e di inefficienze gestionali. Questo porta alla ricerca di strumenti piu rubusti e completi da affiancare ai modelli predittivi per reattori perfettamente miscelati. In questo studio viene proposto l'utilizzo di tecniche di fluidodinamica computazionale CFD per prevedere il comportamento di una miscela reagente sia in fase di normale conduzione dell'impianto sia in caso di malfunzionamenti alla componentistica del reattore. In primis sono stati considerati i dati sperimentali di un caso Runaway reale valutandone la modellazione monodimensionale e, successivamente, è stato sviluppato un modello CFD in grado di riprodurre gli stessi dati. La reazione chimica è stata modellata sia tramite UDF che tramite modello Finite-Rate, mentre la fluidodinamica della miscela reagente tramite Modello k-ε e Laminare, onde valutare il miglior rapporto tra accuratezza e tempi di calcolo. Infine è stata valutata l'estendibilita di modelli sviluppati per descrivere reazioni in fase gassosa alla fase liquida. I modelli UDF e Finite-Rate si sono mostrati in grado di prevedere il comportamento della reazione in ogni circostanza, mentre i modelli Eddy Dissipation ed Eddy Dissipation Concept presentano ancora alcune problematiche da affrontare in futuri lavori.