Modellazione numerica della miscelazione statica di liquidi

La crescente richiesta di sostenibilità dei processi chimici richiede lo sviluppo di operazioni in continuo, che garantiscono un maggior controllo della qualità dei prodotti con minor consumo di materia ed energia. A tal fine dispositivi come gli static mixer sono sempre più impiegati rispetto ai reattori agitati, in quanto capaci di garantire una miscelazione in continuo tramite un design opportuno che promuove la rottura e ricombinazione delle linee di flusso. Il presente lavoro di tesi intende studiare numericamente con tecniche CFD il miscelamento in una tubazione dotata di static mixer al fine di realizzare un reattore in flusso per la produzione di formulati specifici (disinfettanti, detergenti, resine, etc.) ottenuti dalla miscelazione di diversi componenti. Sono state individuate due tipologie di static mixer adatte allo scopo: Lightnin Inliner Series 50 e Ross LPD. È stato sviluppato un modello CFD modulare del reattore, combinando vari elementi di miscelazione e iniezione, e analizzando una casistica di condizioni operative sia in regime laminare che turbolento. In particolare, sono stati valutati i due parametri di progettazione chiave per un miscelatore statico, quali le cadute di pressione e il grado di mescolamento. I risultati hanno evidenziato come la fluidodinamica computazionale possa rappresentare un valido strumento per il supporto alla progettazione di dettaglio di tali reattori in flusso, permettendo anche di identificare le soluzioni progettuali ottimali. The growing demand for sustainability of chemical processes requires the development of continuous operations, which guarantee greater control of the quality of products with less consumption of materials and energy. So static mixers are increasingly used compared to stirred reactors, as they can guarantee continuous mixing through an appropriate design that promotes the breaking and recombination of the flow lines. This thesis work intends to study numerically with CFD techniques the mixing in a pipe equipped with a static mixer to create a flow reactor to produce specific formulations (disinfectants, detergents, resins, etc.) obtained from the mixing of different components. Two types of static mixers suitable for the purpose have been identified: Lightnin Inliner Series 50 and Ross LPD. A modular CFD model of the reactor was developed, combining various elements of mixing and injection, and analyzing a series of operating conditions in both laminar and turbulent regime. In particular, the two key design parameters for a static mixer, such as pressure drops and degree of mixing, were evaluated. The results highlighted how computational fluid dynamics can represent a valid tool for supporting the detailed design of such flow reactors, also allowing to identify the optimal design solutions