Batchsize e criteri topologici: un approccio combinato per l'ottimizzazione in sicurezza

Small and medium chemical enterprises are widely diffused in Italy. Particularly, they operate batch and semi-batch processes working on job orders and making a massive use of multipurpose reactors having an Emergency Relief System (ERS) already installed. A batchsize approach is a method focused on finding the reactor fill level that can lead to a single phase vapor flow whether an external fire occurs, so that the installed ERS can protect the reactor from overpressures. In this work, such an approach has been revised, by choosing a runaway reaction as design incidental scenario, and integrated with a suitable optimization procedure based on topological criteria. The new batchsize approach allows for computing a reactor fill level which is much more reasonable for industrial applications with respect to that one predicted by the older method, while the topological approach permits to identify the minimum dosing time capable of guaranteeing both reactor safety and high productivity. Theoretical results have been experimentally validated using data obtained by reaction calorimetry experiments, carried out in an isoperibolic RC1 equipment, implementing the relevant case study of the solution homopolymerization of butyl acrylate.

Le piccole e medie imprese chimiche sono una tipologia di industria ampiamente diffusa in Italia. In particolare, esse operano i loro processi in modalità batch e semi-batch, lavorando spesso su commessa e facendo un uso massiccio di reattori multifunzione aventi un sistema di sfogo delle sovrappressioni già installato. Un approccio di tipo “batchsize” è un metodo focalizzato sulla ricerca del livello massimo di riempimento di un reattore multipurpose tale da portare ad un efflusso monofase vapore in caso si verifichi un incendio esterno (in tal modo il dispositivo installato può proteggere il reattore da eventuali sovrappressioni). In questo lavoro, tale approccio è stato completamente rivisitato, scegliendo come peggior scenario incidentale il caso di reazione fuggitiva, ed integrato con un’opportuna procedura di ottimizzazione basata su criteri di tipo topologico. Il nuovo approccio “batchsize” permette di calcolare un livello di riempimento del reattore molto più ragionevole per applicazioni industriali rispetto a quello previsto dal metodo classico, mentre l’approccio topologico permette di identificare il tempo di dosaggio minimo in grado di garantire sia la sicurezza dei reattori sia un’elevata produttività. I risultati teorici di questo studio sono stati convalidati sperimentalmente mediante dati ottenuti da test di calorimetria di reazione, condotti in un reattore RC1 operante in modalità isoperibolica, utilizzando come caso studio la polimerizzazione in soluzione dell’acrilato di butile.