Reattori chimici e bioreattori
Reattori chimici e bioreattori sono apparecchiature che hanno un ampio utilizzo nell’industria chimica, biochimica, farmaceutica, alimentare e petrolchimica.
I reattori si differenziano fra loro in modo da poter fronteggiare situazioni operative estremamente diversificate, sia per la natura delle specie chimiche coinvolte (reagenti e prodotti della reazione), che per le condizioni fisiche alle quali operano.
Reattori chimici: quali funzioni svolgono?
I reattori chimici svolgono le seguenti attività:
- Contengono al loro interno i reagenti atti alla specifica reazione chimica;
- Attraverso scambiatori di calore, condensatori o compressori, creano le condizioni termiche necessarie per poter realizzare il processo chimico;
- Miscelano gli elementi presenti nel reattore per indurre la reazione.
Tipologie di reattori chimici
Le principali tipologie di reattori chimici sono:
- Reattore Batch detto anche reattore discontinuo: è particolarmente usato nei test di laboratorio. È un sistema perfettamente miscelato, in cui la concentrazione dei reagenti è la stessa in ogni suo punto. Viene utilizzato ad esempio per piccole produzioni di formulazioni farmaceutiche o di coloranti.
- Reattori tubolari detti anche Plug Flow Reactor (PFR): sono reattori a flusso continuo. I reagenti, in fase fluida, vengono alimentati ad elevata velocità e subito vengono convertiti nei prodotti della reazione. I reattori tubolari permettono elevate produttività e lunghi cicli di produzione senza shutdown come, ad esempio, nelle lavorazioni degli idrocarburi.
- Reattori a letto fisso e a letto fluido: nel reattore a letto fisso, una fase gas reagente viene a contatto con un catalizzatore in fase solida (ad esempio produzione di ammoniaca). Nel reattore a letto fluido il catalizzatore solido è presente in distribuzione granulometrica tale per cui il passaggio di gas determina il suo trascinamento e di conseguenza il solido fluidizza (ad esempio nella produzione di cloruro di vinile per il PVC).
- Reattori CSTR (acronimo di Continuous Stirred Tank Reactor): l’alimentazione è a flusso continuo di reagenti e la massa viene continuamente agitata e si instaura un regime stazionario per cui la velocità di reazione rimane costante nel tempo. Vengono utilizzati per la produzione di polimeri come polietilene (PE) e polipropilene (PP) o nei trattamenti di acque reflue.
Bioreattori e fermentatori
I bioreattori sono apparecchiature dove avviene in un ambiente controllato una reazione biochimica.
Anche in questo settore esistono diverse tipologie di bioreattori, vediamone insieme alcune:
- Stirred tank reactor: mescolati meccanicamente. E’ il tipo più comune di reattore usato per processi asettici. E’ il reattore più omogeneo e versatile.
- Bioreattori a colonna di bolle (BCR): in cui la miscelazione è affidata al flusso di gas in ingresso.
- Bioreattori Air Lift con elevatore ad aria: in cui è presente un diaframma che serve per migliorare la circolazione di liquido.
- Bioreattori a letto impaccato: in cui il liquido cola attraverso la colonna incontrando una corrente d’aria che va verso l’alto.
- Bioreattori a letto fluidificato: in cui le particelle sono mantenute in sospensione dal flusso dell’eluente e/o dal gas in entrata.
I fermentatori sono bioreattori nei quali avviene una fermentazione al fine di ottimizzare la crescita e/o la formazione di un prodotto da parte di un organismo. Si distinguono in due categorie ovvero in sistemi asettici e sistemi non asettici a seconda della necessità o meno di operare con culture pure di microorganismi.
Reattori e bioreattori sono impianti che per funzionare in maniera ottimale, devono essere costruiti con materiali di ottima qualità: resistenti alle corrosioni, facilmente igienizzabili, e dotati di sensori e meccanismi tecnologici per poter monitorare le singole fasi del processo.
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