PRESENTAZIONE

Il modulo 2 dell’insegnamento fornisce le conoscenze e gli strumenti di analisi per la progettazione e la selezione dei reattori chimici. Si analizzerà il comportamento di reattori non ideali studiando gli effetti della distribuzione dei tempi di permanenza sulle prestazioni dei reattori. Infine, verranno fornite le conoscenze di base per l’applicazione della reattoristica allo studio e all’analisi degli impianti di depurazione delle acque reflue e in particolare di impianti con bioreattori sia convenzionali (fanghi attivi, letto percolatore) che emergenti (bioreattore a membrana).

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento si propone di approfondire le conoscenze sulle operazioni unitarie (di separazione fisica) e sui reattori chimici fornendo gli strumenti di base per la loro progettazione e selezione per le applicazioni di interesse all’industria chimica di processo e all’ambiente. Le conoscenze di base acquisite nell’insegnamento del CdS in Chimica e Tecnologie Chimiche verranno utilizzate per formulare le equazioni di progetto delle principali operazioni di separazione fisica e dei più comuni reattori (ideali e non ideali) dell’industria chimica di processo. Inoltre, si fornirà una solida base teorico-pratica per affrontare la risoluzione di problemi di inquinamento (industriale e non) nel comparto acqua.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’obiettivo di questo insegnamento è quello di fornire agli studenti le conoscenze di cinetica e loro applicazione nella reattoristica chimica. In particolare, si approfondiranno le conoscenze:

• di cinetica delle reazioni omogenee, eterogenee, catalitiche (fluido-solido) e biologiche;
• di reattoristica chimica;
• di operazioni unitarie e reattoristica per la depurazione delle acque reflue.

Al termine dell’insegnamento gli studenti saranno in grado di:

• individuare le equazioni di progetto per il dimensionamento di massima dei reattori chimici (omogenei, eterogenei, ideali e non ideali);
• individuare le equazioni di progetto per il dimensionamento di massima delle operazioni unitarie tipiche del settore acqua (sedimentazione, flottazione, impianti a fanghi attivi convenzionali e con reattore biologico a membrana);
• acquisire la capacità di esprimersi con una terminologia tecnica adeguata.

PREREQUISITI

Si richiede una conoscenza base di Chimica Fisica, Matematica e Fenomeni di Trasporto

MODALITA' DIDATTICHE

Il modulo II dell’insegnamento è erogato tramite lezioni frontali per un totale di 40 ore (equivalenti ai 5 CFU).

L'insegnamento prevede lezioni svolte anche attraverso la discussione con gli studenti. Al fine di stimolare la discussione con gli studenti e la loro partecipazione attiva, verranno proposti scenari reali o ipotetici, video e si farà uso di clickers, per un monte ore approssimativo di 3 ore. Copia delle slide, presentate a lezione, saranno disponibili su AulaWeb ed utilizzabili come base per lo studio. Le slide possono essere solo un riferimento per lo studio degli argomenti trattati da affiancare alla frequenza delle lezioni e allo studio sui testi suggeriti. 

PROGRAMMA/CONTENUTO

Parte 2 (T, 3CUF)

• Richiami sui reattori ideali discontinui, reattori continui ideali a flusso a pistone (PFR), reattori continui ideali a mescolamento (CSTR).
• Moto dei fluidi non ideale: distribuzione dei tempi di permanenza.
• Modelli di flusso non ideale: modello di dispersione, modello dei reattori in serie, modelli a più parametri.
• Mescolamento dei fluidi.
• Reazioni fluido-particella: modello del nucleo non reagente per particelle di dimensioni invariabili, velocità di reazione per particelle sferiche di dimensioni decrescenti.
• Reazioni fluido-fluido: studio dell’espressione cinetica. Reazioni in sospensione.
• Reazioni catalizzate da solidi.
• Reattori catalitici.

Parte 3 (T, 2CUF)

• Elementi di gestione della risorsa idrica, introduzione al trattamento delle acque reflue, definizioni, parametri e generalità sui processi integrati di depurazione delle acque
• Richiami su sedimentazione, flottazione e filtrazione
• Trattamenti biologici: Definizioni e metabolismo cellulare, curva di crescita, cinetiche di crescita microbica, processi di trattamento a biomassa sospesa ed a biomassa adesa. Aerazione. Bilanci di materia per processo a fanghi attivi, tempo di ritenzione idraulica ed età dei fanghi. Cenni sulla rimozione biologica di azoto. Bioreattori a membrana convenzionali e a biofilm. Cenni su applicativi di calcolo di processo nel trattamento delle acque.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Testi

W.L. McCabe, J.C. Smith, and P. Harriot, Unit Operations of Chemical Engineering, 7th edition, McGraw-Hill (2005).

H.S. Fogler, Elements of Chemical reaction Engineering, 4th edition, Prentice Hall (2006).

R.E. Treybal, Mass-Transfer Operations, 3-rd edition, McGraw-Hill Book Co.(1980) (International Edition, softcover) (alternativo al McCabe)

Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, 4th Edition, McGraw-Hill, New York (2013)

I.S. Choi, E.-M. Dombrowski, U. Wiesmann, Fundamentals of Biological Wastewater Treatment, Wiley-VCH (2006) (alternativo al Metcalf)

Testi di consultazione:

R.B. Bird, W.E. Stewart, and E.N. Lightfoot, Transport Phenomena, 2nd edition, John Wiley (2007)

P.C. Wankat, Rate-Controlled Separations, Elsevier Applied Science (1990).

N.B.: le copie dei lucidi delle lezioni non sono sufficienti per una buona preparazione dell’esame, si suggerisce caldamente di utilizzare i libri di testo e quelli di consultazione.

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

L'inizio delle lezione è dispobile su easyacademy.unige.it/portalestudenti/

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame verrà svolto oralmente. Lo svolgimento dell'esame prevede che ogni co-docente faccia almeno una domanda sulla parte di programma di sua competenza, con un peso proporzionale al numero di crediti dei due moduli. In casi di emergenza e solo in seguito a specifiche disposizioni emanate espressamente dall’Ateneo di Genova, la modalità di svolgimento degli esami di profitto potranno essere modificate fino a prevedere la possibilità di sostenere la prova on line. L’iscrizione deve essere fatta registrandosi on-line e inviando una e-mail ai docenti dell’insegnamento entro 7 giorni dalla data dell’appello.

La registrazione on-line all’esame può essere fatta dalla pagina web: https://servizionline.unige.it/studenti/esami/prenotazione.

Per gli studenti disabili o con DSA, le modalità d'esame sono uniformate alla regolamentazione di Ateneo per lo svolgimento degli esami di profitto (https://unige.it/disabilita-dsa).

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La Commissione è costituita da almeno due componenti di cui (almeno) uno è co-docente dell’insegnamento; l’esame orale ha una durata di almeno 30 min. Con queste modalità, la Commissione è in grado di verificare il conseguimento delle conoscenze di:

• di cinetica delle reazioni omogenee, eterogenee, catalitiche (fluido-solido) e biologiche;
• di reattoristica chimica.

Nel caso in cui queste conoscenze non fossero acquisite, lo studente è invitato ad approfondire lo studio richiedendo anche eventuali spiegazioni aggiuntive ai docenti responsabili.

La valutazione complessiva tiene conto anche delle capacità di applicare le conoscenze teoriche nel risolvere problemi di interesse industriale.

ALTRE INFORMAZIONI

Rivolgersi al docente per ulteriori informazioni non comprese nella scheda di insegnamento