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.

Inoltre, la frequenza e la partecipazione attiva alle attività formative proposte e lo studio individuale permetteranno allo studente di acquisire le seguenti soft skills: 

• comunicare efficacemente in forma scritta e orale, adattando la propria comunicazione al contesto;
• utilizzare fonti e ausili di varia natura;
• individuare le proprie abilità, capacità di concentrazione e riflessione rispetto a un compito;
• gestire le proprie interazioni sociali con atteggiamento collaborativo;
• essere consapevoli  rispetto alle proprie strategie di apprendimento preferite;
• organizzare e valutare l’apprendimento personale secondo quanto compreso e imparato;
• comprendere le proprie necessità e modalità di sviluppo di competenze;
• essere capaci di individuare e perseguire obiettivi di apprendimento propri;
• sviluppare la propria immaginazione e creatività, riflessione critica, pensiero strategico;
• conseguire autonomia decisionale, attitudine collaborativa, impare a gestire risorse umane e materiali;
• essere capaci di negoziare e gestire le incertezze.

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 _ attività di gruppo) finalizzate a favorire l’apprendimento e la discussione su situazioni di progetto critiche e che necessitano l’analisi approfondita del comportamento dinamico dei reattori e richiedono scelte sulla base di ipotesi di lavoro definite in funzione degli obiettivi individuati e delle competenze all'interno del gruppo.

Le lezioni e le esercitazioni saranno svolte in presenza (o in modalità di didattica mista, online mediante la piattaforma Teams, se necessario).

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.

Dettaglio Soft skills: lo "studio di caso", il "team working" e il "project based learning" permetteranno di lavorare sulle competenze alfabetico-funzionale livello base,  personali livello base,  sociali livello base,  imparare livello avanzato,  creazione progetto livello base, gestione progetto livello avanzato.

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 ESTOPIÑAN

OMBRETTA PALADINO (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/corsi/10376/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

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

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