Progettazione di un prototipo per la produzione sostenibile di particelle di Mg(OH)2 a granulometria controllata: influenza dell’ idrodinamica e dei tempi di miscelazione sulla distribuzione delle particelle = Design of a prototype for sustainable production of controlled particle size Mg(OH)2: influence of hydrodynamics and mixing times on particle distribution

Secondo le ultime analisi condotte dall’Unione Europea, il magnesio è considerato una delle materie prime critiche per la prossima generazione. Uno dei processi più innovativi e sostenibili per il suo recupero è la precipitazione. Esso può essere recuperato come Mg(OH)2 dalle salamoie residue nelle saline. Questa tesi propone uno studio di ottimizzazione delle condizioni operative e geometriche di un prototipo di reattore Multi Inlet Plug Flow Reactor (MF-PFR) utilizzando un codice implementato in OpenFOAM per la modellazione della fluidodinamica e della precipitazione reattiva. L’obiettivo è utilizzare il modello per ottimizzare la progettazione del reattore e i parametri operativi per migliorare le prestazioni. Il codice incorpora una rappresentazione completa della miscelazione e tiene conto dei coefficienti di attività di Bromley specificamente adattati alle salamoie. Il modello assume che le particelle, con le loro dimensioni nanometriche, siano efficacemente trasportate dal fluido senza perturbare il campo di flusso stesso. Questa caratteristica intrinseca consente l’esecuzione di uno studio monofase, con l’attenzione principale alla analisi del comportamento del fluido in modo indipendente. Il sistema in esame prevede un prototipo di reattore a tubo coassiale. In questa configurazione, una soluzione alcalina di idrossido di sodio scorre attraverso l’anello esterno, incontrando la soluzione di salamoia che passa attraverso ugelli distribuiti lungo la lunghezza del reattore. Per aumentare la miscelazione nell’anello esterno, delle palette fisse sono posizionate strategicamente per indurre un movimento rotazionale nel fluido. Questo sistema serve ad aumentare l’interazione dei fluidi e promuovere reazioni chimiche efficienti. Dato che la precipitazione è fortemente influenzata dai fenomeni di miscelazione, che sono essenzialmente governati dalla dinamica dei fluidi all’interno del sistema, è stata condotta un’analisi iniziale per determinare il modello di turbolenza più appropriato. Sono state effettuate simulazioni utilizzando vari modelli RANS, e le loro soluzioni sono state confrontate con quelle ottenute dai modelli LES. I modelli RANS esaminati hanno incluso il modello kε − standard, il modello kε − RNG e il modello kω − SST, mentre i modelli LES considerati sono stati il modello Smagorinsky e il modello k eq. Questi modelli sono stati esaminati per determinare la loro efficacia nel catturare accuratamente la complessa dinamica dei flussi e le caratteristiche della turbolenza associate al processo di precipitazione. Una volta determinato il modello della turbolenza più accurato è stato svolto uno studio di ottimizzazione della geometria, l’analisi è stata condotta variando il numero e la posizione degli ugelli, che facilitano il contatto tra le soluzioni. Esplorando diverse configurazioni, l’obiettivo è stato identificare l’arrangiamento ottimale che massimizzasse l’efficienza del contatto tra le soluzioni all’interno del reattore.