Studio di metodi per il monitoraggio del calore di reazione in reattori di prepolimerizzazione = A study of heat of reaction monitoring methods in prepolymer reactors

L’obiettivo della presente tesi svolta presso lo stabilimento BASF di Villanova d’Asti, dove vengono prodotti e commercializzati componenti per sistemi poliuretanici, è studiare e analizzare metodi per il monitoraggio del calore di reazione. I processi in questione sono tutti di tipo batch, ovvero discontinui. Attraverso diversi modelli implementati nel sistema di automazione dell’azienda, che si basano sulla risoluzione di bilanci di materia ed energia, è possibile stimare il calore sviluppato dalla reazione di prepolimerizzazione poliuretanica. Essendo tale reazione esotermica, è importante che il valore del calore di reazione calcolato durante l’evoluzione temporale del processo rientri all’interno di determinati valori di soglia, sia massimi che minimi. L’obiettivo ultimo è ottenere un metodo affidabile per stabilire se il processo stia avvenendo correttamente, evitando così l’insorgenza di reazioni runaway pericolose per la process safety. Quello che si vuole è dunque fornire un ulteriore strumento di monitoraggio del processo stesso (ai fini della sicurezza e della qualità). Dopo una descrizione delle reazioni chimiche coinvolte, dell’impianto e dei processi oggetto di studio, sono stati analizzati diversi metodi basati su approcci differenti per generare delle bande di tolleranza denominate “fingerprint”, specifiche per il singolo prodotto finito analizzato. I fingerprint sono generati utilizzando sia correlazioni teoriche sia correlazioni statistiche che sfruttano dati raccolti da produzioni passate memorizzati negli archivi del sistema di automazione. Essi sono stati poi applicati alle produzioni dei singoli prodotti finiti per valutarne la bontà e confrontare il funzionamento e l’efficacia dei diversi metodi.