La lana: da scarto a fertilizzante
La ricerca applicata per l'ambiente, la pastorizia e l'industria
Sviluppo del processo:
dalla scala di laboratorio all’impianto dimostrativo
Ing. Mirco Giansetti - Politecnico di Torino, sede di Biella
Workshop finale Progetto Life+ GreenWoolF – 16 giugno 2016 – Città Studi Biella
Scale-up del processo
Dal laboratorio alla piena scala
Scale di lavoro:
LABORATORIO
Reattore da laboratorio:
Metodo di alimentazione,
caratteristiche prodotto.
PILOTA
Impianto pilota:
Rese, cinetiche, consumi,
trattamento effluenti gas.
Impianto
dimostrativo
FINALE
Impianto industriale:
Grandi lotti di materiale
(min. 500 kg/giorno).
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Laboratorio
Reattore da laboratorio
Rapporti Solido/Liquido:
(kg lana / kg acqua)
Compattazione lana:
Sfusa / Pressata
Volume serbatoio: 1 L.
Quantitativi massimi lana: 50 g.
Temperatura massima: 160°C (c.a. 5 bar manometrici).
Tempo di reazione: 1 h (più fase di riscaldamento di circa 30 min).
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Laboratorio
Preparazione prove
Rapporti S/L
Sfusa
“lunghi”
(min. 1/6)
Lana
sucida
Densità: ∼ 70 kg/m3
Rapporti S/L
Pressata
“corti”
(∼ 1/3)
Densità: ∼ 700 kg/m3
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Laboratorio
Risultati
Il rapporto di carico solido/liquido efficace deve essere maggiore di 1:2
Il quantitativo di acqua aggiunto deve garantire l’impregnazione (intimo contatto
fra fibre e acqua) al fine di promuovere la reazione di idrolisi.
Prodotto
PARZIALMENTE
idrolizzato: fibre
ancora distinguibili
Prodotto
ADEGUATAMENTE
idrolizzato:
fibre non distinguibili
La lana sucida deve essere caricata nel reattore uniformemente bagnata, è quindi
necessaria una fase di pre-miscelazione di acqua e lana
Caratteristiche fisiche del prodotto in uscita: compresenza di una fase LIQUIDA e una fase
SOLIDA molto viscosa.
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Impianto pilota
Caratteristiche tecniche
Volume reattore: 10 L.
Carica discontinua lana: 1 kg.
Temperatura nominale di processo:
180°C (c.a. 9 bar manometrici).
Temperatura massima di lavoro:
210°C (c.a. 18 bar manometrici).
Sezione di abbattimento H2S.
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Impianto pilota
Risultati – Trasferimento di calore
NOTEVOLI GRADIENTI di TEMPERATURA all’interno della massa in reazione:
T OUT
T IN
Il sistema è statico – assenza
di agitazione.
La compattazione della lana
all’inizio di ogni prova è un
ostacolo al trasporto di
calore.
La reazione è endotermica.
MODIFICA del cestello di
reazione: costruzione di una
canna centrale
l’acqua può circolare e
scambiare calore anche con
la parte più interna del
materiale
T OUT
T IN
Impianto pilota
Risultati – Temperatura e tempo di reazione
Dai risultati delle prove e dalle analisi svolte sui prodotti di reazione si deduce che:
La temperatura influisce sul rapporto solido-liquido nei prodotti di reazione:
temperature più elevate massimizzano la resa di prodotto liquido.
La temperatura influisce sulla percentuale di azoto e carbonio presenti nella fase liquida:
temperature più elevate massimizzano la % di C e N.
aumento concentrazione AZOTO in fase liquida
150 °C
180 °C
aumento concentrazione CARBONIO in fase liquida
Tempi di reazione inferiori a 30 min, nell’intervallo di T considerato, non garantiscono un
prodotto sufficientemente idrolizzato.
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Impianto dimostrativo
Specifiche reattore
Volume reattore: 100 L.
Carica discontinua lana: 6 – 20 kg.
Temperatura nominale di processo:
180°C (c.a. 9 bar manometrici).
Riscaldamento diretto con vapore.
Tempi trattamento: 30 – 90 min.
Velocità di rotazione variabile.
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Impianto dimostrativo
Caratteristiche impianto
Caldaia autonoma per la
produzione del vapore.
Addolcitore per il trattamento
dell’acqua destinata alla caldaia.
Vasca di accumulo dell’acqua da
utilizzare per il processo con
pompa autonoma di
pressurizzazione.
Potenza elettrica installata
ridotta al minimo (< 3 kW).
Eliminazione di tutti i dispositivi
pneumatici per escludere la
necessità di una sorgente di aria
compressa.
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Impianto dimostrativo
Risultati raggiunti
Dai risultati delle prove si deduce che:
Il riscaldamento mediante vapore diretto nel reattore consente di ottenere
l’acqua surriscaldata necessaria per il processo grazie alla condensazione del
vapore medesimo.
La rotazione del reattore garantisce una miscelazione ottimale e l’omogeneità
di trattamento.
La nuova configurazione consente di ridurre i quantitativi di liquido in gioco,
arrivando a rapporti solido/liquido piuttosto bassi (min. 1:1).
Possibilità di ottenere prodotti liquidi o solidi a lento/veloce rilascio dei
nutrienti variando il grado di idrolisi (variabili: tempo, temperatura).
Facilità di scale-up verso impianti di grossa taglia:
100, 200, 500 kg di capacità
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Impianto dimostrativo
Esempi di prodotto
Liquido
Solido
Solido con fibre parzialmente idrolizzate
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Conclusioni
La reazione di idrolisi può essere condotta senza alcun reagente chimico,
essendo l’acqua surriscaldata l’unico reagente necessario per demolire
parzialmente la struttura complessa della lana.
La cinetica di reazione aumenta all’aumentare di temperatura e tempo di
trattamento, seguendo criteri di ottimizzazione per l’ottenimento del prodotto
desiderato (fertilizzante a rilascio controllato di sostanze azotate).
Un reattore miscelato è un requisito indispensabile per poter garantire
l’uniformità di trattamento.
Nell’ottica dello sviluppo di impianti industriali, la configurazione utilizzata per il
reattore consente un agevole dimensionamento del medesimo a seconda dei
quantitativi di lana da trattare.
Il grado di automazione dell’impianto sarà valutabile caso per caso, essendo
anch’esso dipendente dai quantitativi di lana da trattare.
Workshop finale Progetto Life+ GreenWoolF – 16 giugno 2016 – Città Studi Biella
GRAZIE PER L’ATTENZIONE !
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