PRESENTAZIONE

L’insegnamento fornisce le conoscenze e gli strumenti di analisi per la progettazione e la selezione di operazioni unitarie di separazione fisica e di reattori chimici (omogenei ed eterogenei). Si esamineranno operazioni unitarie meno comuni (mescolamento, adsorbimento, sedimentazione, flottazione e filtrazione), si analizzerà il comportamento di reattori non ideali studiando gli effetti della distribuzione dei tempi di permanenza sulle prestazioni dei reattori. Verranno fornite le conoscenze di base per lo studio e l’analisi dei degli impianti a fanghi attivi.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso 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. 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 e gli strumenti di analisi dei fenomeni elementari che governano le operazioni unitarie dell’industria chimica di processo e dell’industria dei trattamenti chimico-fisici del settore acqua. In particolare, si approfondiranno le conoscenze:

• di cinetica delle reazioni omogenee, eterogenee, catalitiche (fluido-solido) e biologiche;
• dei fenomeni di mescolamento in sistemi agitati;
• dei fenomeni di trasporto in matrici porose;
• dei principi di funzionamento di alcune operazioni unitarie meno comuni: adsorbimento (cromatografia industriale), sedimentazione, flottazione e filtrazione;
• di reattoristica chimica.

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

• formulare modelli concettuali che descrivono la fenomenologia dei processi chimico-fisici di interesse;
• pianificare le campagne sperimentali alla scala di laboratorio per ottenere le informazioni necessarie per il dimensionamento delle apparecchiature industriali;
• governare il processo di scale-up dalla scala di laboratorio alla scala industriale;
• formulare le equazioni di progetto per il dimensionamento di massima delle apparecchiature utilizzate nelle separazioni fisiche;
• formulare le equazioni di progetto per il dimensionamento di massima dei reattori chimici (omogenei, eterogenei, ideali e non ideali);

• formulare le equazioni di progetto per il dimensionamento di massima delle operazioni unitarie tipiche del settore acqua (sedimentazione, flottazione, filtrazione, e impianti a fanghi attivi);
• selezionare le operazioni unitarie più adeguate per la specifica applicazione;
• acquisire la capacità di esprimersi con una terminologia tecnica adeguata.

PREREQUISITI

Non sono previsti prerequisiti essenziali.

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento è erogato tramite lezioni frontali per un totale di 80 ore (equivalenti ai 10 CFU).

Durante l’anno saranno assegnati dei compitini da risolvere a casa che aiuteranno gli studenti ad acquisire i concetti trattati a lezione.

Il materiale didattico di supporto alla preparazione dell’esame sarà reso disponibile all’istanza di AulaWeb dedicata all’insegnamento.

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.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Parte 1 (T, 5CUF)

• Approfondimento dei fenomeni di trasporto; analisi critica delle correlazioni disponibili per la stima dei coefficienti trasporto – materiale e termico – in sistemi a due fasi (gas-liquido e gas-solido) e a tre fasi (gas-liquido-solido). Modello di diffusione di Stefan Maxwell; modelli di trasporto in matrici porose.
• Operazioni unitarie tradizionali: soluzione rigorosa di una colonna di distillazione binaria (metodo Ponchon-Savarit); equazione cinetica di progetto per le apparecchiature a contatto continuo – colonne a letto impaccato -.
• Sistemi di agitazione: introduzione alla selezione e alla progettazione dei sistemi di agitazione.
• Processi di adsorbimento: introduzione al processo di adsorbimento in letti impaccati; introduzione alle teorie lineari e non-lineari dei processi di adsorbimento; separazioni a letto mobile e a letto mobile simulato; processi a scambio ionico.
• Problematiche relative allo scale-up: similitudini, concetti di regime di funzionamento, ricerca alla scala di laboratorio, di impianto pilota e di unità dimostrativa.

Argomenti opzionali

• Introduzione alle problematiche del controllo e del monitoraggio di processo.
• Introduzione ai concetti di analisi del rischio (Process Safety)

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)

• Introduzione al trattamento delle acque, definizioni e parametri e generalità sui processi integrati di depurazione delle acque
• Richiami su sedimentazione, flottazione e filtrazione
• Trattamenti biologici: Definizioni, curva di crescita, cinetiche di crescita microbica, processi di trattament 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.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Libri di testo

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

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

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)

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

Commissione d'esame

ALBERTO SERVIDA (Presidente)

ANTONIO COMITE

CAMILLA COSTA

ORIETTA MONTICELLI

MARCELLO PAGLIERO

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Le lezioni avranno inizio a partire dal 17/10/2022

Orari delle lezioni

IMPIANTI REATTORISTICA E TECNOLOGIE CHIMICHE

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame solo orale. L’ammissione all’orale è subordinata alla consegna del progetto assegnato nel corso dell’anno.

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.

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 degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Nel caso in cui questi non fossero raggiunti, 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.

Calendario appelli