OBIETTIVI FORMATIVI

Il modulo fornisce strumenti e metodi per la modellazione del comportamento e il controllo dei reattori chimici, con particolare riferimento alla conduzione in sicurezza e all'analisi delle fasi di start-up e shut-down. -Modelli dinamici deterministici, meccanicistici, stocastici, metodi per l'analisi dei dati di processo, gross errors detection e filtri, stima dei tempi di risposta delle apparecchiature di processo. - Stati stazionari, oscillazioni e dinamica non lineare delle reazioni e dei reattori chimici, runaway termico, controllo dei reattori chimici, controllo adattativo, start-up e shut-down, on-line fault diagnosis. (Analisi di una serie temporale di dati reali e identificazione comportamento anomalo). - Attività sperimentale su acquisizione, trasmissione dati di processo e regolazione di variabili su reattori a scala di laboratorio.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

CAPACITA' OPERATIVE:

La frequenza e la partecipazione attiva alle attività formative proposte (lezioni frontali, esercizi e esercitazioni numeriche) e lo studio individuale permetteranno allo studente di:

• saper definire le condizioni operative di reattori chimici continui e discontinui e saper valutare le eventuali problematiche di avviamento ed esercizio;
• saper analizzare dati di processo e/o provenienti da banche dati di esercizio ed estrarre informazioni utili alla identificazione di guasti o problematiche di gestione;
• progettare campagne sperimentali a scala pilota o schemi di simulazione con differenti tipologie di modelli per lo studio delle condizioni dinamiche di reattori chimici;
• progettare le fasi di avviamento (riempimento, svuotamento, riscaldamento) e spegnimento dei reattori chimici;
• progettare e verificare (mediante simulazione) i principali schemi di regolazione e controllo sui reattori chimici.

MODALITA' DIDATTICHE

I contenuti teorici (30 ore) si alternano ad esercitazioni guidate (20 ore -  che comprendono lo svolgimento di un progetto in passi successivi  e un laboratorio di simulazione con sw dedicato) finalizzate a favorire l’apprendimento e la discussione su situazioni di progetto critiche e che necessitano l’analisi approfondita del comportamento dinamico dei reattori.

Le lezioni e le esercitazioni saranno svolte in modalità online mediante la piattaforma Teams, o in modalità di didattica mista. Le lezioni saranno registrate e rese disponibili.

Le competenze trasversali in termini di autonomia di giudizio verranno acquisite tramite l’elaborazione di un progetto da svolgere in gruppo con l’utilizzo di software commerciale;  le abilità comunicative verranno acquisite durante la preparazione della presentazione e l’esposizione del progetto e saranno valutate in sede di esame orale.

PROGRAMMA/CONTENUTO

I principali argomenti trattati nel corso sono i seguenti:

• Modelli dinamici deterministici, black-box, meccanicistici, stocastici.
• Rappresentazione state-space dei sistemi dinamici.
• Stima dei tempi di risposta delle apparecchiature di processo.
• Studio della stabilità, stati stazionari, oscillazioni e dinamica non lineare delle reazioni e dei reattori chimici.
• Runaway termico, sensitività parametrica, regolazione e controllo dei reattori chimici, controllo adattativo, dinamica di start-up e shut-down, on-line fault diagnosis.
•  Criteri di early warning.
• Metodi per l'elaborazione dei dati di processo, gross errors detection e filtri.
• Attività  di gruppo su elaborazione di dati di processo e simulazione dinamica di reattori controllati (Matlab, Simulink).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Dispense e diapositive fornite dal docente (contenenti bibliografia completa).

Kravaris C. e Kookos I. K., "Understanding Process Dynamics and Control", Cambridge University Press, 2021, ISBN 978-1-107-03558-4

Said S. E. H. el-Nashaie, Shadia S. el-Shishini, "Dynamic Modelling, Bifurcation and Chaotic Behaviour of Gas-Solid Catalytic Reactors", Gordon & Breach Publishers, 1996, ISBN 2-88449-078-7.

William L. Luyben, "Chemical Reactor Design and Control", John Wiley & Sons Ltd., 2007, ISBN: 978-0-470-09770-0.

Roffel B., Betlem B., "Process Dynamics and Control", Wiley, 2006, ISBN-10: 0-470-01663-9.