Simulazioni CFD-PBE: influenza dell'idrodinamica in processi di precipitazione = CFD-PBE simulations: the influence of hydrodynamics in precipitation processes

La Commissione Europea ha introdotto nel marzo 2020 il nuovo piano d’azione per l’economia circolare, “Circular Economy Action Plan”, volto a ridurre la pressione delle attività antropiche sul fondo naturale. Nel marzo 2023 è stato poi introdotto il “Critical Raw Materials Act”, con l’obiettivo di diversificare la catena di approvvigionamento, incrementare la circolarità e investire nella ricerca, per tutti quei materiali classificati dalla Commissione come critici. Tra questi figura il magnesio, a causa del suo utilizzo intensivo e dei metodi di produzione altamente energivori, oltre alla forte geolocalizzazione delle risorse. In questo ambito si inserisce il progetto SEArcular MINE, cui uno degli obiettivi è sviluppare delle tecnologie per il recupero di tale materiale a partire dalle salamoie di scarto delle saline. In tale ambito si inserisce il presente lavoro di tesi, in cui si indaga un processo di cristallizzazione reattiva alcalina a partire da salamoie, con conseguente precipitazione di Mg(OH)2, condotto in un reattore miscelato a diverse condizioni operative. Per effettuare un efficiente scale-up, design e ottimizzazione di tale processo si richiede lo sviluppo e la verifica di modelli computazionali atti ad investigare l’influenza dell’idrodinamica del sistema tenendo presente dei diversi processi che regolano la cristallizzazione: nucleazione omogenea ed eterogenea, crescita ed aggregazione. Per effettuare tale indagine il software OpenFOAM è stato utilizzato nello studio dell’idrodinamica del sistema e delle condizioni di macro e micromiscelazione nei differenti setup reattoristici. I profili di frazione di miscelamento e della sua varianza, mediati spazialmente sul volume sono stati poi importati in un modello 1D in MATLAB per la risoluzione delle equazioni di bilancio di popolazione. I risultati sono stati poi comparati con quelli ottenuti sperimentalmente, a parità di setup, per validare il modello e investigare i parametri cinetici utilizzati. Da tale lavoro si è evidenziato come il sistema, nella modellazione 1D, risulti perfettamente micromiscelato e in assenza di aggregazione si ottiene una buona descrizione del fenomeno di precipitazione, in riferimento ai dati sperimentali. In presenza di aggregazione il sistema è risultato instabile suggerendo la necessità di una ottimizzazione dei parametri cinetici. In futuro sarà necessario approfondire tali aspetti ed estendere l’analisi del sistema mediante l’utilizzo di un modello 3D, che consenta di descrivere la non omogeneità del sistema reale sperimentale.