Modellazione CFD di moduli a membrana per la purificazione di H2

L’oggetto del presente lavoro è la modellazione di apparati a membrana per la purificazione di idrogeno,con l'obiettivo di mettere a punto una strategia di calcolo basata sui metodi della Fluidodinamica Computazionale (Computational Fluid Dynamics, CFD) che permetta di predire accuratamente le prestazioni di apparati realizzati in scala di laboratorio e che possa essere quindi utilizzata per l’ottimizzazione di apparati industriali di grandi dimensioni e di geometria complessa. Lo studio è stato incentrato sull'individuazione di una strategia di calcolo interamente predittiva per la fluidodinamica all'interno dell'apparato e sulla individuazione di una modellazione affidabile per la caratterizzazione del trasporto di materia attraverso la membrana. E' stato modellato un modulo equipaggiato con tre differenti membrane: una ceramica e due rivestite da un film di Pd-Ag, operanti in diverse condizioni di pressione, portata e composizione delle correnti alimentate. Le simulazioni CFD si basano sulla soluzione numerica delle equazioni di Navier-Stokes in un dominio di calcolo tridimensionale rappresentante fedelmente le caratteristiche geometriche del modulo, mentre la membrana è modellata come uno strato selettivo. Nella modellazione del trasporto di materia sono state considerate le resistenze convettive lato alimentazione e lato permeato, la resistenza nella membrana Pd-Ag e quella nel supporto. Il confronto tra i risultati ottenuti dalle simulazioni numeriche e i dati sperimentali permette di concludere che la modellazione CFD può essere utilizzata con successo per prevedere il comportamento di questo tipo di apparati. L’analisi dei risultati permette, inoltre, di identificare la resistenza controllante il processo, e le eventuali singolarità fluidodinamiche dovute ad effetti geometrici.