Progettazione e produzione di reattori in acciaio inox

In un impianto chimico, il reattore è dove il prodotto viene effettivamente realizzato; tutto il resto lo alimenta, lo raffredda o ne asporta il prodotto. Un tipico pacchetto reattore comprende il recipiente principale, un condensatore verticale o orizzontale e un decantatore per la separazione delle fasi, tutti dimensionati attorno a un unico insieme condiviso di condizioni di processo anziché scelti indipendentemente.

I requisiti operativi generali sono simili nella maggior parte dei compiti: funzionamento sotto pressione o vuoto, miscelazione controllata, e riscaldamento e raffreddamento tramite camicia o serpentina. Ciò che cambia tra le applicazioni è fino a che punto ciascun requisito viene spinto, ed è proprio questo l’oggetto del lavoro di progettazione.

I quattro parametri che guidano la progettazione

Quattro parametri determinano la progettazione meccanica: pressione di esercizio, vuoto di esercizio, temperatura di esercizio e di raffreddamento, e il tempo di riscaldamento e raffreddamento richiesto.

• La pressione e il vuoto di esercizio determinano lo spessore delle pareti, il tipo di fondo (piatto, bombato o emisferico) e il rinforzo dei bocchelli, e stabiliscono se il recipiente debba essere progettato e timbrato secondo un codice per recipienti a pressione come l’ASME VIII o la direttiva PED europea, oppure possa essere costruito come recipiente atmosferico.
• La temperatura di esercizio e di raffreddamento determina la scelta dei materiali (non tutte le qualità di acciaio inox si comportano allo stesso modo ai due estremi di temperatura che un processo batch può raggiungere) e guida la progettazione della camicia: camicia integrale, serpentina a mezzo tubo o camicia a dimple, ciascuna con diversi coefficienti di scambio termico e pressioni ammissibili.
• Il tempo di riscaldamento e raffreddamento è il parametro più spesso sottovalutato. Un cliente specificherà un tempo di ciclo del lotto senza rendersi conto che il budget di tempo per il riscaldamento e il raffreddamento è ciò che effettivamente determina la superficie di scambio termico, la quale a sua volta determina la progettazione della camicia o della serpentina a mezzo tubo e la richiesta di utenze (vapore, olio diatermico, acqua refrigerata) per il resto dell’impianto. Se questo viene sottodimensionato, il ciclo del lotto dura semplicemente più a lungo del previsto per tutta la vita utile dell’attrezzatura.

Agitazione e interni

Il compito di miscelazione è definito indipendentemente dai quattro parametri sopra indicati, ma interagisce con tutti: la viscosità, se la reazione è monofase o multifase, e se i solidi devono rimanere in sospensione influiscono tutti sul tipo di girante e sul dimensionamento dell’azionamento. Setti frangivortice, tubi pescanti, sfere spray per CIP e bocchelli di campionamento/dosaggio sono posizionati secondo lo schema di flusso di processo, non come raccordi standard: lo schema dei bocchelli di un reattore è di fatto una mappa di tutte le altre apparecchiature ad esso collegate.

Materiali, saldatura e finitura

I mantelli dei reattori sono più comunemente realizzati in acciaio inox 304/304L o 316/316L, con la scelta della qualità determinata dall’esposizione ai cloruri e dalla chimica di pulizia piuttosto che dalla sola pressione. La saldatura viene eseguita secondo procedure qualificate: TIG per le saldature del mantello e dei bocchelli, saldatura orbitale dove conta un cordone interno uniforme e privo di contaminazione, come nel servizio farmaceutico e alimentare. Dopo la saldatura, il recipiente viene decapato e passivato per ripristinare lo strato di ossido di cromo che il calore di saldatura altera, e la finitura interna (laminazione 2B, spazzolata, o lucidata meccanicamente/elettrolucidata) è specificata in base ai requisiti di pulizia e igiene del prodotto.

Makfen progetta e realizza reattori in acciaio inox e acciaio al carbonio secondo questi parametri, con certificati dei materiali e registri delle prove di pressione rilasciati per ogni recipiente.