Modellizzazione di un simulated moving bed per la demineralizzazione di soluzioni di 1,4 butandiolo ed ottimizzazione dei parametri operativi = Modeling of a simulated moving bed for the demineralization of 1,4 butanediol solutions and optimization of operating parameters

L’1,4 butandiolo è un’importante commodity dell’industria chimica utilizzato in tantissimi ambiti come la produzione di materie plastiche, fibre e prodotti farmaceutici. Tale lavoro si occupa di sviluppare un modello che simuli il primo stadio cationico di un processo di deionizzazione di soluzioni di 1,4 butandiolo tramite un simulated moving bed. La tecnologia del simulated moving bed è una delle più innovative e promettenti tecniche per poter realizzare un processo di separazione. Il contatto in controcorrente tra la fase solida e la fase liquida massimizza la forza spingente del trasferimento di materia, questo permette di ottimizzare l’utilizzo della resina, ottenere una risoluzione migliore e porta ad avere un processo di separazione più compatto ed efficiente. Il processo SMB è un processo che permette di ottenere una perfomance soddisfacente anche nelle separazioni più difficili, ma nonostante questo deve sempre essere accompagnata da altre unità di separazione, come distillazione, membrane, ecc. La configurazione che si è considerata in questo lavoro è la CCIX (Continuous Countercurrent Ion Exchange), in cui un treno di colonne, caratterizzate da gradi di esaurimento crescenti, viene alimentato in parallelo per incrementare il più possibile la mass transfer zone e ad intervalli regolari le colonne vengono progressivamente spostate di posizione fino a completare un ciclo completo. Tale configurazione nasce per sopperire ad alcune criticità presenti nelle altre configurazioni di scambio ionico. Nel processo tradizionale a letto fisso, infatti, solo la porzione di resina compresa nella mass transfer zone viene utilizzata, le parti al di sopra e al di sotto non sono operative, quindi la quantità di resina totale è molto più grande di quelle effettivamente necessaria. Il modello oggetto di questo studio, sviluppato per mezzo del software di programmazione Matlab, ha permesso di valutare gli andamenti delle concentrazioni di sodio, ammonio e potassio, che rappresentano i composti che si intendono separare, in funzione del tempo di esercizio di un singolo letto facente parte del treno di colonne, potendo così calcolare il tempo di switch più opportuno. Si sono inoltre valutati gli andamenti delle concentrazioni lungo la colonna, considerando un tempo di esercizio intermedio, e i profili di concentrazione nel tempo all’uscita dell’intero stadio cationico, quindi considerando tutte le soluzioni uscenti dalle diverse colonne. Infine, si è analizzato come cambiano il tempo di switch e le pendenze delle curve al variare della portata in ingresso allo stadio ionico.