Caratterizzazione fluidodinamica di un reattore gas-solido-liquido per applicazioni nella mineralizzazione della CO2

L’aumento della CO₂ atmosferica, causato dalle attività umane, ha intensificato il fenomeno del riscaldamento globale. Questo ha reso essenziale lo sviluppo di nuove tecnologie per contenere le emissioni, tra cui la Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS). In questo processo, la fase di cattura della CO₂ da fonti industriali è cruciale per l’efficacia complessiva del sistema poiché determina la quantità di gas effettivamente raccolta. Tra le strategie di cattura, la carbonatazione minerale si distingue perché consente la trasformazione della CO₂ in materiali riutilizzabili. La progettazione di reattori industriali per questi processi presenta ancora incertezze dovute alla complessità della fluidodinamica multifase e al trasporto di materia gas-liquido. Attualmente, i metodi di progettazione e scale-up più avanzati, basati su tecniche di Fluidodinamica Computazionale (CFD), non sono del tutto predittivi e necessitano di indagini sperimentali per validare i modelli e ridurre le incertezze. L’obiettivo della tesi è stato raccogliere dati sperimentali utili allo sviluppo dei metodi di progettazione e alla valutazione dell’affidabilità delle ipotesi modellistiche. In questo contesto, il lavoro di tesi ha caratterizzato la fluidodinamica di un sistema in un tino agitato meccanicamente, dotato di quattro giranti di tipo Smith. Sono state effettuate misure di potenza consumata per l’agitazione in condizioni gassate e non gassate, oltre alla valutazione della frazione volumetrica di gas nel liquido (gas hold-up). Inoltre, sono state utilizzate tecniche di diagnostica ottica per determinare la velocità minima di sospensione del minerale (Just-suspended speed, Njs) e la distribuzione dimensionale delle bolle (Bubble size distribution, BSD). Quest’ultima è stata analizzata sia in condizioni di coalescenza che di non coalescenza, un aspetto fondamentale per ottimizzare il trasferimento di materia.