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DINAMICA E CONTROLLO DEI REATTORI CHIMICI

CODICE 80384
ANNO ACCADEMICO 2022/2023
CFU
  • 5 cfu al 2° anno di 10376 INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO (LM-22) - GENOVA
  • SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-IND/24
    LINGUA Italiano
    SEDE
  • GENOVA
  • PERIODO 2° Semestre
    MODULI Questo insegnamento è un modulo di:
    MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

    PRESENTAZIONE

    Il corso fornisce strumenti e metodi per la definizione di modelli dinamici dei più comuni reattori chimici, la regolazione e controllo e l'analisi del comportamento degli stessi durante tutte le fasi di esercizio.

    OBIETTIVI E CONTENUTI

    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 presenza o in modalità di didattica mista (online mediante la piattaforma Teams).

    Si consigliano gli studenti lavoratori e gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio del corso per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

    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.

    DOCENTI E COMMISSIONI

    Commissione d'esame

    RENZO DI FELICE (Presidente)

    CRISTINA ELIA MOLINER ESTOPINAN

    OMBRETTA PALADINO (Presidente Supplente)

    LEZIONI

    Orari delle lezioni

    L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

    ESAMI

    MODALITA' D'ESAME

    Esercitazione scritta (svolta in gruppo sulle attività di simulazione/analisi dati) ed esame orale (discussione esercitazione).

    Il voto conseguito nell'insegnamento  sarà la media dei voti attribuiti nei due moduli in cui si articola 'insegnamento.

    MODALITA' DI ACCERTAMENTO

    Esercitazione scritta (svolta in gruppo sulle attività di simulazione) su un problema reale a scala pilota o laboratorio: per valutare la capacità dello studente di progettare campagne sperimentali e realizzare schemi di simulazione.

    Esame orale con domande su argomenti svolti durante le lezioni frontali per valutare le capacità dello studente di discriminare tra i differenti modelli dinamici, calcolare la stabilità di un reattore, scegliere le strategie di regolazione, progettare secondo criteri di sicurezza e sull' esercitazione scritta per valutare il contributo di ogni studente all'interno del lavoro in team e le capacità di applicazione della teoria a casi reali.

    Calendario appelli

    Data Ora Luogo Tipologia Note
    06/06/2023 11:00 GENOVA Scritto + Orale
    15/06/2023 11:00 GENOVA Scritto + Orale
    14/09/2023 11:00 GENOVA Scritto + Orale