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INTRODUZIONE ALL'INGEGNERIA CHIMICA

CODICE 108655
ANNO ACCADEMICO 2022/2023
CFU
  • 6 cfu al 1° anno di 10375 INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO (L-9) - GENOVA
  • SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-IND/24
    SEDE
  • GENOVA
  • PERIODO 2° Semestre
    MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

    OBIETTIVI E CONTENUTI

    OBIETTIVI FORMATIVI

    L’insegnamento intende introdurre gli studenti all’ingegneria chimica e di processo, presentando in particolare le equazioni di bilancio macroscopico di materia e di energia e la loro applicazione in contesti di interesse per il settore.

    OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

    L’insegnamento vuole introdurre gli studenti già dal primo anno  alle tematiche proprie dell’ingegneria chimica e di processo e a tal fine si propone di fornire agli studenti gli strumenti logico formali di base necessari allo studio dei processi di trasformazione. Principalmente sono presentate le equazioni di bilancio macroscopico di materia e di energia, dedicando particolare attenzione ad esempi applicativi su temi di interesse dell’ingegneria chimica e di processo.

    La partecipazione alle attività formative proposte (lezioni frontali, esercizi, laboratorio informatico), lo studio individuale e la discussione in gruppo permetteranno allo studente di:

    • scrivere correttamente i bilanci macroscopici di materia ed energia e discuterli con lessico appropriato;

     

    • applicare i bilanci macroscopici di materia (in massa e in moli) e di entalpia a singole operazioni unitarie proprie dell’ingegneria chimica;

     

    • individuare eventuali ipotesi semplificative adottabili nell’ambito di un problema di processo risolubile sulla base di bilanci macroscopici di materia ed energia;

     

    • integrare la risoluzione di bilanci di materia ed energia con le conoscenze acquisite di termodinamica chimica in termini di equilibri di fase e di reazione;

     

    • calcolare il diagramma quali-quantitativo (portate, concentrazioni, temperature) che descrive uno schema di processo articolato su più operazioni unitarie;

     

    • valutare macroscopicamente flussi convettivi e diffusivi in relazione a diversi volumi di controllo;

     

    • usare le principali funzioni del software di simulazione Aspen Plus per la soluzione di bilanci.

    MODALITA' DIDATTICHE

    Alla presentazione di contenuti teorici si alternano lezioni con esercizi svolti alla lavagna dal docente o a gruppi guidati per favorire l’apprendimento e la discussione di specifici esempi di applicazioni proprie dell’ingegneria di processo. È previsto inoltre un laboratorio informatico nell’ambito del quale sono proposte esercitazioni numeriche da svolgere in gruppo utilizzando un software commerciale. Si consiglia la frequenza delle lezioni.

    Le competenze trasversali in termini di abilità comunicativa e autonomia di giudizio verranno acquisite tramite i lavori di gruppo, l'esecuzione di una esercitazione in aula con l’uso di manuali tecnici messi a disposizione e una simulazione d’esame scritto.

    PROGRAMMA/CONTENUTO

    Il programma del modulo prevede la presentazione e discussione dei seguenti argomenti:   

    1. Introduzione (5 ore)

             Principali grandezze chimico fisiche, lessico e nomenclatura, impostazione generale dei bilanci.

             2.Bilancio macroscopico di materia (25 ore)

             Bilancio macroscopico in massa e in moli (formulazione completa e semplificata);

             casi stazionari e no, in sistemi aperti e chiusi;

             casi in presenza di reazione ipotizzando resa, selettività, grado di avanzamento, cinetica o equilibrio;

             calcolo gradi di libertà su schemi di processo;

             metodologia per la risoluzione di un problema di processo;

             consultazione di manuali tecnici per il reperimento di dati;

             coefficiente di trasporto di materia e numero;

             flussi diffusivi all’interfaccia in presenza di reazione e di passaggio di fase.

          3. Bilancio macroscopico di energia (20 ore)

             Bilancio macroscopico di energia e sua degenerazione a bilancio entalpico (formulazione completa e semplificata);

             casi stazionari e no, in sistemi aperti e chiusi;

             casi in presenza di reazione e relazione con i bilanci di materia;

             applicazione su schemi di processo;

             coefficiente di trasporto di calore;

             resistenze termiche in serie su geometria piana e cilindrica.

            4. Esercitazioni riassuntive (6 ore)

                Casi di studio che richiedano la soluzione di bilanci macroscopici sia di materia sia di energia.

              5. Laboratorio informatico (4 ore)

                Fondamenti per l’uso del software di simulazione di processo Aspen Plus;

               risoluzione con Aspen Plus di semplici problemi di processo basati su bilanci macroscopici e conduzione di analisi    parametriche

    TESTI/BIBLIOGRAFIA

    Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà disponibile in Aulaweb dell’insegnamento, così come gli esempi delle prove scritte proposte negli anni precedenti e una traccia per la loro soluzione. Gli appunti presi durante le lezioni e il materiale in Aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell’esame, ma i libri seguenti sono suggeriti come testi di appoggio e approfondimento:

    - D.M. Himmelblau amd J.B. Riggs, Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, Prentice Hall Pearson Edication.

    - M.C. Annesini, “Fenomeni di trasporto. Fondamenti e applicazioni”, Edizioni Hoepli.

    - R. Mauri, Elementi di fenomeni di trasporto, Plus Pisa University Press.

    - R.H. Perry, D.W. Green,“Perry’s chemical engineers’ handbook” VIII ed., Mc Graw Hill.

    DOCENTI E COMMISSIONI

    Commissione d'esame

    ELISABETTA ARATO (Presidente)

    RENZO DI FELICE

    CRISTINA ELIA MOLINER ESTOPINAN

    BARBARA BOSIO (Presidente Supplente)

    LEZIONI

    Orari delle lezioni

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

    ESAMI

    MODALITA' D'ESAME

    La prova finale del modulo consiste nel superamento di una prova scritta per l’ammissione al colloquio orale. Lo scritto consiste in un problema da risolversi per rispondere a una o più domande specifiche e una domanda aperta correlata alla discussione dei risultati. Sono a disposizione 2 ore di tempo. I dati necessari possono essere forniti dal testo o sono da ricavare da manuali tecnici messi a disposizione dal docente, mentre non è consentito l’uso di alcun materiale personale di consultazione. Gli studenti trovano in Aulaweb dell’insegnamento esempi di prove proposte negli anni precedenti e una traccia per la loro soluzione. Alcune prove d’esempio sono svolte a lezione e il docente è comunque a disposizione per spiegazioni sullo svolgimento dei problemi previo appuntamento.

    Lo scritto può essere sostenuto sia in appelli precedenti, sia nello stesso appello in cui lo studente intende sostenere l’esame orale. La prova scritta non ha limiti di scadenza, può essere ripetuta, ma in tal caso vale il voto dell’ultimo scritto consegnato.

    Per accedere alla prova orale gli studenti devono aver superato la prova scritta con un voto minimo di 16/30. La prova orale può essere ripetuta pur conservando il voto conseguito di prova scritta.

    Sono disponibili 3 appelli di esame per la sessione ‘estiva’ (giugno, luglio, settembre) e 2 appelli per la sessione ‘invernale’ (gennaio e febbraio). La prova orale, inoltre, può essere sostenuta anche durante le pause didattiche previste dalla Scuola Politecnica in autunno e in primavera. Non sono concessi appelli straordinari al di fuori dei periodi indicati dalla Scuola Politecnica, fatta eccezione per studenti che non abbiano inserito nel piano di studi attività formative nell’anno accademico in corso.

    MODALITA' DI ACCERTAMENTO

    La prova scritta verte su un problema che richiede la risoluzione di bilanci macroscopici di materia e/o energia applicati singola unità operativa o schema di impianto. Oltre alla capacità di impostare e risolvere correttamente il problema, saranno valutati il rigore logico della metodologia applicata, la giustificazione delle eventuali ipotesi assunte, la chiarezza dell’esposizione scritta.

    L’esame orale prevede domande che possono riguardare tutto il programma presentato a lezione, formulate in termini di quesiti teorici o in forma di problemi applicativi.  L’esame si prefigge di accertare le specifiche competenze acquisite e soprattutto la capacità di utilizzarle combinate insieme per orientarsi in casi di studio concreti. Saranno valutate inoltre la qualità dell’esposizione, l’utilizzo corretto della terminologia tecnica e la capacità di ragionamento critico.

    Calendario appelli

    Data Ora Luogo Tipologia Note

    ALTRE INFORMAZIONI

    Per un proficuo apprendimento sono richieste conoscenze base di matematica, chimica e fisica, ma non è prevista alcuna propedeuticità formale.

    Si consigliano  gli studenti lavoratori e gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare la 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 e forniscano idonei strumenti compensativi.