Simulazione dinamica ed ottimizzazione di processi industriali potenzialmente fuggitivi

Fast and strongly exothermic reactions can exhibit a well-known phenomenon called “thermal runaway”. Over the years, particular attention has been posed on both the detection of operating parameters at which such a dangerous phenomenon can occur and safe process optimization, that is how to compute a set of operating parameters able to ensure high productivity and, contextually, safe conditions. To achieve these aims, with particular reference to industrial semibatch processes carried out using both isothermal and isoperibolic temperature control mode, a dedicated classification/optimization software has been implemented. Such a software is able to both classify a set of operating parameters from the thermal stability viewpoint and identify the optimum reacting/synthesis conditions using a topological criterion that binds the so-called “QFS region”, where reactants accumulation is low and all the heat released is readily removed by the cooling equipment. During the search for system optimum a number of safety and quality constraints can be taken into account. The software reliability, in terms of both classification and optimization ability, has been tested using both laboratory and industrial experimental data. Obtained results confirm a good agreement between theoretical software predictions and experimental evidences.

Le reazioni veloci e fortemente esotermiche possono essere soggette ad un ben noto fenomeno detto “runaway termico”. Nel corso degli anni, particolare attenzione è stata posta nell’individuazione dei parametri operativi per i quali può verificarsi tale pericoloso fenomeno, ma allo stesso tempo anche nell’individuazione di una procedura per una sicura ottimizzazione del processo, che consiste nella determinazione di un set di parametri operativi in grado di garantire un’elevata produttività e allo stesso tempo una conduzione della reazione senza che compaiano fenomeni di runaway. Per raggiungere tale obiettivo è stato implementato un apposito software di classificazione/ottimizzazione, che si occupa con particolare riguardo di processi industriali condotti in reattori semibatch in cui la temperatura può essere controllata sia in modalità isoterma che isoperibolica. Tale software è in grado sia di classificare un set di parametri operativi dal punto di vista della stabilità termica sia di individuare le condizioni ottimali di reazione/sintesi, utilizzando un criterio topologico che fissa la così detta “regione QFS”. Tale regione è caratterizzata al suo interno da un basso accumulo di reagenti e da una rapida rimozione, da parte del sistema di raffreddamento, di tutto il calore prodotto. Durante le ricerche per la determinazione di tali condizioni di ottimo dei sistemi reagenti, devono essere tenuti in considerazione un certo numero di vincoli relativi sia alla sicurezza che alla qualità. L’affidabilità del software, in termini di abilità di classificazione e di ottimizzazione, è stata valutata sulla base di dati sperimentali ottenuti sia su scala di laboratorio che su scala industriale. I risultati prodotti confermano una buona corrispondenza tra la previsione teorica del software e l’evidenza sperimentale.