APPARECCHIATURA IPFR
L’IPFR (Isothermal Plug Flow Reactor) è un reattore verticale dove i combustibili vengono sottoposti a combustione diretta.
L’IPFR è stato concepito per studiare e caratterizzare i combustibili solidi polverizzati o le biomasse solide.
In questa apparecchiatura come combustibile ausiliare si usa carbone ed inoltre, con l’aiuto di sonde raffreddate ad acqua, possono essere eseguite misurazioni utili per le nostre ricerche.
L’apparecchiatura in esame è divisa in 4 parti:
a) La zona di preriscaldamento del combustibile (Gas Preheating Section);
b) Il reattore verticale (vertical reactor);
c) La zona di spegnimento del combustibile (quenching part);
d) Il sistema di raccolta delle particelle (Particle Collection System).
Inoltre è possibile introdurre, in varie parti dell’apparecchiatura, delle sonde raffreddate ad acqua, per eseguire misure, del composto in esame, sia in ingresso, sia durante il processo che in uscita.
Figura 14 – Apparecchiatura I.P.F.R.
- La prima parte dell’apparecchiatura, la cosiddetta zona di preriscaldamento (G.P.S.), ha la funzione di innalzare la temperatura del combustibile in ingresso a 700/1500°C, ed è progettata per assicurare un tasso di riscaldamento pari a 104/105 K/s alle particelle in ingresso al reattore.
Si può introdurre, oltre al combustibile da studiare, anche aria, ossigeno, azoto e anidride carbonica per poter ottenere la miscela di gas desiderata. Per innalzare la temperatura del combustibile in esame, si usa un combustibile ausiliare “tradizionale” ed inoltre è possibile controllare la
L’aria in ingresso è preriscalda con un preriscaldatore elettrico, oppure si può usando il flusso di calore derivante dal reattore per mezzo di particolari apparecchiature.
- La seconda parte è il reattore verticale (vertical reactor) che consta di un tubo verticale di 4 metri nel quale confluiscono i combustibili.
E’ formato da 8 moduli che possono essere scaldati indipendentemente, con la possibilità di avere tra uno e l’altro, un salto termico di ±10°C in un range compreso tra 700 e 1500°C.
Distribuite in modo opportuno, per tutta la lunghezza del reattore, esistono 19 postazioni, dove possono essere inserite le sonde di misura per poter conoscere la temperatura, la pressione e la composizione del combustibile in studio ed inoltre è possibile variare il tempo di residenza e la lunghezza del tragitto percorso dal combustibile.
Lunghezza tubo reattore 4 m
Diametro tubo reattore 150 mm
Potenza massima del gas in ingresso 60 kW Massima potenza elettrica in ingresso 54 kW Massimo tempo di residenza (a 900°C) 1500 ms
Tempo minimo di residenza 5 ms
Flusso massimo 75 Nm3/h
Massima temperatura 1500 °C
- La terza parte o zona di spegnimento (quenching part) è la parte dove le particelle che sono già bruciate, subiscono la fase di spegnimento dopodiché abbandonano il reattore.
La fase di spegnimento consta di due passaggi:
-nel primo la temperatura delle particelle è portata a 300°C;
-nel secondo,che avviene nei cicloni, la temperatura è ulteriormente ridotta a 100°C.
Per evitare reazioni indesiderate, tutte le particelle sono convogliate e raccolte in una zona detta “zona di raccolta”.
Per estinguere definitivamente il flusso ci si avvale di una valvola manuale a farfalla, che comanda l’ingresso di azoto.
Tutta la zona di quenching è costruita in acciaio e raffreddata per mezzo di un circuito ad acqua.
- L’ultima parte detta di raccolta, che si trova tra i due cicloni, è la zona dove si raccolgono tutte le particelle ormai spente.
I cicloni hanno un’alta efficienza di abbattimento, che può raggiunge il 91% circa per le particelle sopra i 10 µm e lavorano ad una pressione di 220 mm di acqua.
La sonda di campionatura, la cui punta può raggiungere temperature di circa 200°C, è raffreddata e può essere inserita dal basso, attraverso la base del reattore, fino ad un’altezza di 1.6 m all’interno del reattore stesso, in tal modo possono essere effettuate misure fino a 10 cm dalla
La sonda è raffreddata ad acqua fredda, la sua punta può arrivare ad una temperatura di circa 200°C, lo spegnimento delle particelle è fatto con azoto e sono successivamente raccolte in un sistema di cicloni.
- I sistemi di campionatura possono coprire il reattore per un tempo di residenza teorico che va da 5 a 5000 m/s e quindi permettono di misurare sia la devolatilizzazione che la combustione delle sostanze in esame. Il combustibile, polverizzato all’interno del reattore, è alimentato con un flusso di azoto e ossigeno.
La concentrazione dell’ossigeno è pari a quella presente all’interno del reattore.
Il reattore è progettato in modo che la velocità del flusso di gas sia in ingresso che in uscita sia la stessa.
