Il programma del corso Sicurezza dei reattori discontinui è coordinato con quello del corso Sicurezza dei processi discontinui, così che i due corsi integrati forniscano una panoramica completa delle problematiche inerenti la sicurezza dei processi e dei reattori discontinui.

L’obiettivo del corso è quello di fornire gli elementi di base per la definizione delle condizioni di funzionamento sicuro e produttivo dei reattori discontinui; l’importanza di questa tipologia di reattori è legata al fatto che gran parte delle attività delle aziende chimiche italiane ed europee riguardano la produzione di limitate quantità di un gran numero di prodotti differenti (es., mezzi di contrasto, principi attivi, additivi, ...). Gli impianti utilizzati per queste produzioni sono costituiti principalmente da reattori discontinui (e.g., reattori Batch, BR; Semi-Batch, SBR) che presentano, dal punto di vista della sicurezza, alcune peculiarità rispetto ai più noti reattori continui (e.g., Continous Stirred Tank Reactor, CSTR; Plug Flow Reactor, PFR) utilizzati nel mondo della petrolchimica.

I contenuti del corso (organizzato in cinque moduli) sono riassunti di seguito.

Modulo 1: Reattoristica e cinetica in reattori omogenei non stazionari. Struttura di un’azienda chimica a rischio di incidente rilevante, con particolare riferimento ai fattori di rischio presenti nella zona della produzione. Richiami di cinetica chimica applicata ai reattori omogenei operanti in regime non stazionario: identificazione dello schema cinetico; problemi di selettività e resa; gestione delle reazioni indesiderate; modellazione e controllo di BR e SBR; modellazione e controllo di CSTR e PFR in fase di start-up e shut-down. Richiami sulla stabilità termica di sistemi reagenti complessi omogenei in reattori non stazionari: runaway termico.

Modulo 2: Calorimetria applicata allo studio dei sistemi reagenti industriali. Principali metodi calorimetrici atti a caratterizzare la stabilità termochimica di sostanze e/o sistemi reagenti (DSC; ARC; C80; PHI-TEC II; RC1) nelle condizioni tipiche del funzionamento di un impianto industriale (sia normali, sia di emergenza). Interpretazione dei risultati sperimentali per la definizione dello schema cinetico di un sistema reagente complesso omogeneo.

Modulo 3: Criticità dei reattori multifase. Caratteristiche e problematiche dei sistemi reagenti multifase: il caso studio dei reattori gas-liquido. Macrocinetica e microcinetica. Modellazione del trasferimento di materia ed energia tra le fasi. Numeri adimensionali e tempi caratteristici dei fenomeni coinvolti. Interpretazione dei risultati sperimentali per la definizione dello schema cinetico di un sistema reagente complesso eterogeneo.

Modulo 4: Ottimizzazione sicura di processo in reattori industriali. Identificazione delle frontiere di runaway: illustrazione delle principali teorie sull'identificazione delle frontiere di runaway. Scale-up di processo dalle condizioni di laboratorio a quelle industriali. Definizione delle condizioni operative sicure e produttive in scala industriale.

Modulo 5: Illustrazione e ricostruzione critica di incidenti reali (modulo di esercitazioni). Illustrazione di incidenti realmente verificatisi in aziende chimiche. Ricostruzione e analisi dettagliata delle cause e della dinamica degli incidenti avvalendosi delle metodologie illustrate nei moduli precedenti.

• Parametric Sensitivity in Chemical Systems, A. Varma, M. Morbidelli and H. Wu, 342+xvi pages, Cambridge University Press, Cambridge, U.K., 1999.

• Thermal Safety of Chemical Processes: Risk Assessment and Process Design, F. Stoessel, 393 pages, Wiley-VHC Verlag GmbH, Weinheim, Germany, 2008.