OBIETTIVI FORMATIVI

Fornire i criteri generali per la realizzazione razionale dei diversi tipi di processi chimici industriali , basati su principi chimico-fisici e tecnologici e su considerazioni economiche, con riferimento agli aspetti di inquinamento e di sicurezza

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo scopo dell’insegnamento di Principi di Chimica Industriale è quello di fornire i concetti generali per la realizzazione razionale dei diversi tipi di processi chimici industriali.  Al termine del corso lo studente avrà acquisito sia conoscenze teoriche sulla cinetica, termodinamica e sulla reattoristica che capacità di applicare tali principi all'esecuzione di semplici processi industriali. Nello specifico lo studente sarà in grado di: • conoscere e comprendere le principali leggi cinetiche e termodinamiche • conoscere e comprendere le caratteristiche dei principali reattori ideali • conoscere e comprendere le principali leggi che regolano l'economicità di un processo chimico e il suo impatto ambientale • applicare le leggi cinetiche e termodinamiche alla scelta delle condizioni più opportune per effettuare una reazione chimica • dedurre la tipologia di reattore economicamente più vantaggiosa per effettuare un determinato processo chimico.

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso prevede lezioni frontali svolte anche attraverso l’esecuzione di esercizi. 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 o allo studio sui testi suggeriti. Verranno, inoltre, utilizzati clicker per porre domande a scelta multipla e mostrare in tempo reale la distribuzione delle risposte fornite mediante un app per smartphone. Al fine di stimolare la discussione con gli studenti, verranno proposti scenari che potranno presentare solo informazioni rilevanti (definiti well structured) o anche informazioni irrilevanti (definiti ill-structured). Tale metodoligia didattica verrà applicata per descrivere una situazione reale o ipotetica, breve e generale, su cui discutere e prendere decisioni. 

PROGRAMMA/CONTENUTO

Modulo I:

• Definizione della velocità di reazione
• Reazioni elementari e non elementari, molecolarità di reazione
• Trattamento cinetico delle reazioni irreversibili e reversibili di I ordine e II ordine
• Tempo di dimezzamento
• Reazioni in serie, parallelo e autocatalitiche
• Temperatura e velocità di reazione
• Definizione del reattore chimico
• Definizione di tempo di permanenza e velocità spaziale
• Bilanci di materia
• Confronto tra processi continui e discontinui
• Equazione di progetto di reattori continui a mescolamento e a flusso a pistone e reattori discontinui
• Reattori in serie
• Valutazione della combinazione reattoristica migliore per ottenere il prodotto desiderato in reazioni in serie e parallelo
• Caso di studio: produzione industriale del nylon 6.

Modulo II:

• Industria chimica: caratteristiche, vincoli di ubicazione, ciclo produttivo, organizzazione aziendale, ricerca e innovazione di prodotto e di processo, concetto di scale-up, mercati ed economie di scala, vincoli ambientali e di sicurezza.
• Schematizzazione di processi di produzione in presenza di reattori chimici. Sviluppo di processo.
• Resa, conversione e selettività di un processo chimico. Applicazione a diversi schemi di reazione. Considerazioni sui vantaggi e svantaggi nel realizzare il processo desiderato.
• Aspetti termodinamici e loro importanza nelle definizione delle condizione operative per la conduzione di una reazione chimica. Richiami di concetti termodinamici fondamentali per lo sviluppo di processi chimici. Leggi dei gas perfetti e gas reali. Condizioni termodinamiche da soddisfare per la realizzazione di un processo chimico. Conversione di equilibrio in reazioni esotermiche ed endotermiche.
• Combustibili e cenni a fonti energetiche rinnovabili. Bilanci di materia su reazioni di combustione.
• Definizione di rischio e cenni di affidabilità. Esempio di incidenti chimici rilevanti.
• Caso di studio: gas di sintesi. Applicazioni, materie prime, termodinamica, processi, reattori, catalizzatori. 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

L. Berti, M. Calatozzolo, R. Bartolo, “Aspetti teorici e pratici dei processi chimici”, G. D’Anna, Messina-Firenze;

F. Cavani, “Lo sviluppo e la gestione dei processi chimici industriali”, CLUEB, Bologna;

J.A. Moulijn, M. Makkee, A. E. van Diepen, Chemical Process Technology, 2nd Edition, Wiley.

L. Berti, M. Calatozzolo, R. di Bartolo, Aspetti teorici e pratici dei processi chimici, Casa Editrice G. D’Anna;

O. Levenspiel, Ingegneria delle reazioni chimiche, Casa Editrice Ambrosiana;

H. Scott Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, Pearson International Edition.