La lana: da scarto a fertilizzante

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1 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

2 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. FINALE Impianto dimostrativo Impianto industriale: Grandi lotti di materiale (min. 500 kg/giorno).

3 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 (piùfase di riscaldamento di circa 30 min).

4 Laboratorio Preparazione prove Sfusa Rapporti S/L lunghi (min. 1/6) Lana sucida Densità: 70 kg/m 3 Pressata Densità: 700 kg/m 3 Rapporti S/L corti ( 1/3)

5 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.

6 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 H 2 S.

7 Impianto pilota Risultati Trasferimento di calore NOTEVOLI GRADIENTI di TEMPERATURA all interno della massa in reazione: Il sistema èstatico assenza di agitazione. La compattazione della lana all inizio di ogni prova èun ostacolo al trasporto di calore. La reazione è endotermica. T OUT T IN 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

8 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 piùelevate 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.

9 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: min. Velocità di rotazione variabile.

10 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 necessitàdi una sorgente di aria compressa.

11 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). Facilitàdi scale-up verso impianti di grossa taglia: 100, 200, 500 kg di capacità

12 Impianto dimostrativo Esempi di prodotto Liquido Solido Solido con fibre parzialmente idrolizzate

13 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 configurazioneutilizzata 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.

14 GRAZIE PER L ATTENZIONE!