Reattore a membrana: differenze tra le versioni
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In generale i reattori a membrana possono essere classificati in base alla posizione della membrana e alla relativa configurazione del reattore.<ref name=mmr10>{{Cita|Gallucci, 2011|p. 10}}</ref>. Generalmente è presente un catalizzatore: nel caso questo sia integrato all'interno della membrana si parla di ''reattore catalitico a membrana (CMR)''<ref name=mmr10 />, |
In generale i reattori a membrana possono essere classificati in base alla posizione della membrana e alla relativa configurazione del reattore.<ref name=mmr10>{{Cita|Gallucci, 2011|p. 10}}</ref>. Generalmente è presente un catalizzatore: nel caso questo sia integrato all'interno della membrana si parla di ''reattore catalitico a membrana (CMR)''<ref name=mmr10 /><ref>{{Cita|Winston Ho, 1992|p. 811}}</ref>, |
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*{{Cita libro|autore=Angelo Basile|autore2=Marcello De Falco|autore3=Gabriele Centi|titolo=Membrane reactor engineering: applications for a greener process industry|anno=2016|editore=Wiley|cid=Basile, 2016|ISBN=978-1-118-90680-4}} |
*{{Cita libro|autore=Angelo Basile|autore2=Marcello De Falco|autore3=Gabriele Centi|titolo=Membrane reactor engineering: applications for a greener process industry|anno=2016|editore=Wiley|cid=Basile, 2016|ISBN=978-1-118-90680-4}} |
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*{{Cita libro|autore=Marcello De Falco|autore2=Luigi Marrelli|autore3=Gaetano Iaquaniello|titolo=Membrane reactors for hydrogen production processes|anno=2011|editore=Springer|cid=De Falco, 2011|ISBN=978-0-85729-150-9|DOI=10.1007/978-0-85729-151-6}} |
*{{Cita libro|autore=Marcello De Falco|autore2=Luigi Marrelli|autore3=Gaetano Iaquaniello|titolo=Membrane reactors for hydrogen production processes|anno=2011|editore=Springer|cid=De Falco, 2011|ISBN=978-0-85729-150-9|DOI=10.1007/978-0-85729-151-6}} |
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*{{Cita libro|autore=W. S. Winston Ho|autore2=Kamalesh K. Sirkar|titolo=Membrane handbook|anno=1992|editore=Springer Science+Business Media New York|cid=Winston Ho, 1992|ISBN=978-1-4613-6575-4|DOI=10.1007/978-1-4615-3548-5}} |
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Versione delle 11:56, 25 giu 2020
Il reattore a membrana è un dispositivo che accoppia lo svolgimento di una reazione chimica con una separazione selettiva, che avviene tramite l'utilizzo di membrane inserite all'interno del reattore.[1]
Sebbene i reattori a membrana esistano anche nella configurazione di distributori di reagenti, nei quali lo scopo della membrana è garantire una maggiore uniformità nella reazione, la configurazione di estrattore di prodotti, in cui la reazione è accoppiata alla rimozione di un prodotto, è la più diffusa e interessante per applicazioni industriali.[2]
In questa disposizione, la presenza della membrana, oltre a garantire la realizzazione di un processo più compatto e la produzione di un prodotto ad elevata purezza, incide anche sullo svolgimento della reazione permettendo di raggiungere livelli di conversione maggiore rispetto a quelli permessi dall'equilibrio termodinamico.[3] Questa caratteristica rende la tecnologia dei reattori a membrana attraente per reazioni endotermiche limitate dall'equilibrio termodinamico, come quelle che avvengono nella tradizionale produzione di idrogeno.[4]
Benefici e criticità
La presenza di membrane selettive all'interno del reattore porta numerosi benefici: oltre a permettere la realizzazione di una struttura più compatta rispetto a quelle tradizionali, portando così ad un'intensificazione dei processi, la rimozione di un prodotto di reazione consente di superare le limitazioni termodinamiche delle reazioni controllate dall'equilibrio termodinamico.[5] In questo modo si può ottenere maggiore conversione dei reagenti, a pari temperatura, oppure la stessa conversione a temperature più basse, diminuendo il costo del processo e aumentando le possibilità di gestione del calore.[5]
Dall'altro lato ci sono diversi ostacoli che ne rendono complicata la commercializzazione ad un livello industriale, legati alle difficoltà di realizzazione di membrane con una stabilità consolidata e al costo di produzione delle membrane stesse.[6] Manca inoltre un processo operativo che apra le porte alla tecnologia, sebbene negli ultimi anni si stiano dimostrando promettenti applicazioni come la produzione di idrogeno o la deidrogenazione degli idrocarburi. [7]
Termodinamica
Le reazioni reversibili sono spesso limitate dalla termodinamica: quando la reazione diretta e inversa, le cui velocità dipendono anche dalle concentrazioni di reagenti e prodotti, sono bilanciate, siamo in uno stato di equilibrio.[5] A temperatura e pressione fissata, questo l'equilibrio si traduce in un vincolo sul rapporto delle concentrazioni di prodotti e reagenti, per mezzo di una grandezza detta costante di equilibrio, impedendo quindi di superare certi valori di conversione.[5]
Questo limite può essere superato rimuovendo un prodotto di reazione man mano che questo si forma, impedendo così il raggiungimento della composizione di equilibrio.[8] La rimozione dei prodotti comporta un rapporto delle concentrazioni sempre inferiore a quello di equilibrio: questo comporta che la reazione chimica non si fermi e porti a livelli di conversione molto superiori (o temperature inferiori a pari conversione). [9]
Configurazioni
In generale i reattori a membrana possono essere classificati in base alla posizione della membrana e alla relativa configurazione del reattore.[10]. Generalmente è presente un catalizzatore: nel caso questo sia integrato all'interno della membrana si parla di reattore catalitico a membrana (CMR)[10][11],
Applicazioni
Membrane
Utilizzo per la produzione di idrogeno
Note
- ^ Gallucci, 2011, p. 1
- ^ Basile, 2016, p. 9
- ^ De Falco, 2011, p. 2
- ^ De Falco, 2011, p. 110
- ^ a b c d De Falco, 2011, p. 3
- ^ Basile, 2016, p. 12
- ^ Basile, 2016, p. 13
- ^ De Falco, 2011, p. 4
- ^ De Falco, 2011, p. 7
- ^ a b Gallucci, 2011, p. 10
- ^ Winston Ho, 1992, p. 811
Bibliografia
- Fausto Gallucci e Angelo Basile, Membranes for membrane reactors, Wiley, 2011, ISBN 978-0-470-74652-3.
- Angelo Basile, Marcello De Falco e Gabriele Centi, Membrane reactor engineering: applications for a greener process industry, Wiley, 2016, ISBN 978-1-118-90680-4.
- Marcello De Falco, Luigi Marrelli e Gaetano Iaquaniello, Membrane reactors for hydrogen production processes, Springer, 2011, DOI:10.1007/978-0-85729-151-6, ISBN 978-0-85729-150-9.
- W. S. Winston Ho e Kamalesh K. Sirkar, Membrane handbook, Springer Science+Business Media New York, 1992, DOI:10.1007/978-1-4615-3548-5, ISBN 978-1-4613-6575-4.