Applicazione di un modello a compartimenti per la simulazione di processi di co-precipitazione di idrossidi di Ni, Mn e Co. = Application of a compartment model for the simulation of Ni, Mn and Co hydroxides co-precipitation processes.

Lo sviluppo e l'ottimizzazione dei processi industriali richiedono l'impiego di tempo e il consumo di risorse materiali ed economiche, per tale ragione negli anni si è affermata sempre di più l'applicazione di modelli matematici per la simulazione di tali processi. La presente tesi si pone l'obiettivo di fare un passo avanti nella validazione di un modello a compartimenti. Il contesto di applicazione è il processo di co-precipitazione di idrossidi di nichel, manganese e cobalto, precursori dei materiali impiegati nei catodi delle batterie a ioni litio. Negli ultimi vent'anni si è approfondito tale argomento nell'attività di ricerca, poiché la co-precipitazione permette lo sviluppo di materiali con un ottimo controllo sulle caratteristiche del prodotto finale, oltre che il recupero, ad esempio da batterie esauste. Il sistema in esame è un reattore continuo miscelato, per il quale si presenta innanzitutto uno studio della fluidodinamica e della micromiscelazione mediante delle simulazioni realizzate con OpenFOAM, seguito dall'applicazione del modello a compartimenti per la risoluzione dell'equilibrio chimico e dell'equazione del bilancio di popolazione per descrivere l'evoluzione delle particelle nel sistema. È importante che il modello predica dei risultati accurati e fedeli alla realtà, a tal proposito questi ultimi sono stati paragonati ai risultati ottenuti da delle simulazioni tradizionali (CFD-PBE). In primis, si apprezza la robustezza del modello e la sua versatilità al variare delle condizioni operative, in quanto le simulazioni sono state condotte senza incontrare gravi errori di calcolo. In secondo luogo, il modello predice correttamente il comportamento delle particelle all'interno del sistema, in quanto c'è una buona corrispondenza con i profili delle variabili di maggior interesse ottenuti dalla CFD-PBE. Il principale vantaggio è la rapidità con cui il modello fornisce i risultati, mentre ciò in cui esso non è ancora pienamente soddisfacente sono i valori delle proprietà granulometriche, che si discostano in misura più o meno evidente dalla CFD-PBE. Si conclude dunque che il modello sia uno strumento promettente per l'applicazione nella modellazione di processi di co-precipitazione, ma è necessario portare avanti lo studio in termini di ottimizzazione dei suoi parametri ed effettuare ulteriori prove per garantire una riproducibilità dei risultati in ambito industriale.