Distillazione reattiva per produzione di biodiesel

La distillazione reattiva è un processo dove viene integrata in un'unica unità la reazione chimica con la separazione dei prodotti di reazione. Una sostanza chimica in presenza di un opportuno reagente dà origine a dei prodotti che vengono rimossi continuamente. Questa tipologia di processo è vantaggiosa rispetto ai processi tradizionali che prevedono l’utilizzo delle due unità di processo, reattore e colonna di distillazione, poiché è l'integrazione di reazione e distillazione in una singola unità in cui i prodotti possono essere rimossi per guidare una reazione reversibile fino al suo completamento. La conversione dei reagenti può essere aumentata ben oltre ciò che è previsto per l'equilibrio della reazione a causa della rimozione continua di prodotti di reazione dalla zona di reazione. L'idoneità della distillazione reattiva per una particolare tipologia di reazione dipende da vari fattori, come ad esempio la volatilità dei reagenti e prodotti, nonché la temperatura della zona reattiva dell’unità di processo. La zona reattiva della colonna di distillazione reattiva assume particolare importanza poiché è caratterizzata da complesse interazioni vapore-liquido che pongono una grande sfida per la progettazione e la sintesi di questi sistemi. Questa tipologia di processo viene utilizzata per sistemi che prevedono la presenza di un catalizzatore solido (catalisi eterogenea), oppure la presenza di un catalizzatore liquido (catalisi omogenea), oltre la presenza di reagenti. Lo svantaggio dell’utilizzo di un catalizzatore liquido è la necessità di integrare il processo di distillazione reattiva con un’altra unità di processo per la purificazione finale del prodotto. Nel caso di utilizzo di un catalizzatore solido il processo di distillazione reattiva risulta molto vantaggioso rispetto al caso precedente poiché non si ha la necessità di un ulteriore unità di processo per il recupero del catalizzatore dal prodotto. Nel caso della produzione del biodiesel gli acidi grassi presi singolarmente o in miscela in presenza di un catalizzatore solido e di un alcool (esempio metanolo) danno origine ad una reazione di esterificazione con formazione di acqua ed esteri metilici (FAME).

La distillazione reattiva è vantaggiosa rispetto al processo tradizionale di esterificazione degli acidi grassi nei corrispettivi esteri metilici poiché ci permette di lavorare in rapporto stechiometrico dei reagenti. Di conseguenza i costi del processo si riducono e allo stesso tempo aumenta la conversione degli acidi in grassi in FAME. Nei processi convenzionali, a differenza della distillazione reattiva, viene utilizzato l’eccesso di metanolo rispetto al valore stechiometrico per avere delle conversioni più elevate degli acidi in esteri metilici, anche se i costi del processo aumentano. La progettazione di un processo di distillazione reattiva è più complesso di una distillazione convenzionale poiché la scelta della tipologia di catalizzatore influenza l'intero funzionamento della colonna. Nella zona reattiva della colonna ci sono complesse interazioni liquido-vapore che potrebbe influire negativamente sulla conversione dei reagenti in prodotti oltre che sui costi complessivi del processo. L’altro parametro da tenere in considerazione è la tipologia di piatti da impiegare nella colonna. Bisogna scegliere una tipologia di piatti che sia compatibile con il catalizzatore e riesca a garantire una buona miscelazione delle due fasi liquido vapore per avere un ottimo scambio di materia tra le due fasi. Inoltre, la zona di reazione deve essere posizionata in modo ottimale all'interno della colonna.Vi sono casi in cui la reazione avviene lungo tutta la colonna e alcuni in cui essa interessa soltanto una parte della colonna. Gli stadi non-reattivi della colonna sono in grado di fornire la purificazione dei prodotti desiderati mediante distillazione ordinaria oppure possono essere utilizzati per separare una miscela azeotropica se presente a quelle determinate condizioni operative di funzionamento della colonna. I vantaggi della distillazione reattiva rispetto ai processi tradizionali di esterificazione degli acidi grassi sono:
- un'elevata conversione degli stessi acidi grassi nei corrispettivi esteri metilici (FAME),
- un elevato grado di purezza del prodotto finale poiché nel processo in esame avviene contemporaneamente la reazione e la separazione dei prodotti della stessa reazione di esterificazione,
- diminuzione dei costi del processo.