CSTR: reattori continui a serbatoio agitato (dev)
La tecnologia a flusso continuo per biomasse eterogenee.
Cos’è e a cosa serve un reattore a serbatoio agitato
Il reattore a serbatoio agitato (CSTR) è una tecnologia basata su un flusso semi-continuo di biomassa fresca, mantenuta a temperatura controllata e miscelata costantemente.
Questi reattori sono infatti impiegati per la produzione di energia da biogas o biometano, e sono adatti per la digestione anaerobica di biomasse eterogenee, dai reflui zootecnici e sottoprodotti agricoli, fino a scarti agroindustriali o la FORSU.
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Come funziona il reattore CSTR
Vantaggi dei reattori a serbatoio agitato
Dal punto di vista ingegneristico e processistico, i reattori a serbatoio agitato (CSTR) presentano numerosi vantaggi:
- Tecnologia flessibile in grado di gestire al meglio differenti tipologie di biomassa
- Manutenzione semplice e ottimizzata, per minimizzare i fermi impianti e massimizzare la produzione di energia
- Elevata capacità tampone per variazione pH: mantiene condizioni di reazione ottimali e garantisce stabilità al processo produttivo
- Autoconsumi ridotti grazie all’ottimizzazione del tempo di funzionamento delle utenze di impianto ad opera del sistema di controllo.
Per questi motivi, i reattori CSTR sono idonei per essere alimentati con biomasse di complessa digestione come gli scarti di macellazione.
Struttura e utilizzo dei reattori CSTR
Gli impianti biogas con reattore continuo a serbatoio agitato (CSTR) sono costituiti da:
- Uno o più digestori, vasche circolari realizzate in calcestruzzo o acciaio;
- Un sistema di agitazione composto da miscelatori lenti e veloci, verticali o inclinati, a seconda della tipologia e quantitativi di biomasse presenti nei digestori;
- Un sistema di riscaldamento interno o esterno;
- Una o più coperture gasometriche sui digestori.
In questa tipologia di reattori, il processo di digestione anaerobica avviene a temperature controllate e per tenori di sostanza secca tra il 5% e 10%.
Inoltre, il regime termico in cui avviene il processo di digestione è di mesofilia (circa 40°) o di termofilia (circa 55°), con tempi di ritenzione variabili, dai 20 a 60 giorni, a seconda delle tipologie di biomasse utilizzate come alimentazione dell’impianto.
I reattori CSTR sono una tecnologia matura e consolidata e consentono di realizzare impianti biogas agricoli, industriali o da FORSU performanti.
SOSTANZA SECCA
5% < SS < 10%
REGIME TERMICO
Mesofilia o termofilia
TEMPO RITENZIONE
20 < giorni < 60
MISCELAZIONE
Meccanica (mixer lenti e veloci) ed interna al reattore
Il tempo di ritenzione nei reattori CSTR
Il tempo di ritenzione indica indica il tempo medio di permanenza delle biomasse nel digestore e corrisponde al periodo di tempo necessario affinchè la parte organica venga completamente degradata dai batteri per la produzione di biogas.
Il tempo di ritenzione o tempo di permanenza nei reattori CSTR è variabile e dipende dalle tipologie di biomasse utilizzate come alimentazione dell’impianto. Può infatti andare da 20 a 60 giorni, a seconda della tipologia e quantitativi di biomasse presenti nel digestore.
La scelta del tempo di permanenza è cruciale per performance del reattore in quanto influisce sulla trasformazione della parte organica in biogas.
Differenza tra reattori discontinui e continui a serbatoio agitato (CSTR)
La differenza principale tra reattori discontinui (o semidiscontinui) e continui sta proprio nel processo che utilizzano.
Nei reattori discontinui, noti anche come batch reactors, il processo avviene in lotti separati: la reazione inizia con l’introduzione di tutti i reagenti nel reattore, seguita da un periodo di reazione, e infine, dalla rimozione dei prodotti.
Questo approccio può essere adatto per processi che richiedono una gestione più flessibile delle fasi di produzione, ma può comportare tempi morti tra ciascun lotto.
Dall’altra parte, i reattori continui a serbatoio agitato (CSTR) operano con un flusso continuo: la biomassa fresca viene alimentata con continuità e costantemente mescolata, a temperatura controllata, per garantire una perfetta omogeneizzazione.
Questo processo consente quindi una produzione di biogas costante e una migliore gestione delle variabili di processo.
Qual è la differenza tra reattori CSTR e reattori con flusso a pistone (PFR)?
I reattori CSTR e PFR funzionano entrambi con flusso continuo.
La differenza principale tra i reattori CSTR e reattori PFR con flusso a pistone, sta nel sistema di miscelazione.
I reattori CSTR funzionano con un flusso continuo in cui la biomassa viene costantemente miscelata grazie alla presenza di mixer all’interno del digestore.
Invece, nei reattori PFR, il processo non si basa su un sistema di miscelazione continua, bensì su un equipaggiamento costituito da sistemi a pale o coclee che movimentano lentamente il digestante dall’ingresso allo scarico.
FAQ – Domande frequenti sulla tecnologia CSTR
Quali biomasse possono essere utilizzate in un reattore CSTR?
- Letame animale (bovini, suini, pollame, ecc.)
- Residui agricoli (avanzi di colture, paglia, insilati, ecc.)
- Sottoprodotti agro-industriali (scarti di frutta e verdura, residui di lavorazione)
- Rifiuti urbani organici
- Scarti di macellazione e rifiuti dell’industria alimentare
Quante tipologie di biomassa possono essere utilizzate nella miscela dell’impianto?
Quale sistema di miscelazione viene utilizzato nel digestore?
Il sistema di miscelazione è personalizzato per ogni impianto e non standardizzato. La sua progettazione dipende da fattori quali le dimensioni del digestore, il contenuto di sostanza secca e il tipo di biomassa trattata.
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