Insegnamento PROCESSI CHIMICI E BIOLOGICI SOSTENIBILI

Corso
Ingegneria dei materiali e dei processi sostenibili
Codice insegnamento
A002454
Curriculum
Processi sostenibili
Docente
Stefano Falcinelli
CFU
12
Regolamento
Coorte 2021
Erogato
2022/23
Tipo insegnamento
Obbligatorio (Required)
Tipo attività
Attività formativa integrata

PROCESSI BIOLOGICI SOSTENIBILI

Codice A002456
CFU 6
Docente Giovanni Gigliotti
Docenti
  • Giovanni Gigliotti
Ore
  • 60 ore - Giovanni Gigliotti
Attività Affine/integrativa
Ambito Attività formative affini o integrative
Settore AGR/13
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento Italiano
Contenuti Nella moderna Ingegneria di processo un ruolo centrale assumono i processi biologici che portano allo sfruttamento sostenibile di risorse naturali rinnovabili per l’ottenimento di nuovi materiali e/o di energia, al trattamento biologico o chimico di rifiuti o effluenti per ricavarne energia e/o nuove risorse.
Il programma del corso parte dallo studio delle caratteristiche chimiche e chimico-fisiche di alcune tipologie di biomasse di recupero, quali rifiuti agricoli e agroindustriali, Rifiuti solidi urbani, Fanghi di depurazione, per poi passare ad applicazioni industriali di processi sostenibili. Tra questi verranno esaminati alcuni esempi di bioraffineria per la produzione di bioetanolo, bio-olio, biodiesel. Inoltre, si prenderanno in considerazione i processi anaerobici per la produzione di biogas da biomasse di differente natura e i processi integrati anaerobico-aerobico di trattamento dei rifiuti solidi urbani cha portano alla produzione di biometano e fertilizzanti compostati.
Per quanto riguarda gli impianti di trattamento dei reflui inquinati, verranno descritti i processi a fanghi attivi e i processi biologici e chimici per la rimozione di azoto e fosforo.
Testi di riferimento Materiale didattico fornito dal docente.
Obiettivi formativi Lo scopo del corso è quello di fornire allo studente le conoscenze scientifiche ed ingegneristiche
necessarie alla comprensione, analisi e progettazione dei processi biologici industriali in una logica sostenibile e di economia circolare.
Prerequisiti Conoscenze acquisite nel corso di Chimica.
Metodi didattici Il corso è organizzato nel seguente modo: - lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso; - esercitazioni in aula volte alla corretta applicazione dei concetti studiati per la risoluzione di esercizi numerici e di problemi pratico-applicativi. Durante tutto il corso si cerca di abituare lo studente a ragionare non solo in maniera qualitativa sui fenomeni studiati, ma anche quantitativamente, valutando le grandezze fisiche e chimiche coinvolte. Questo viene fatto oltre che tramite le lezioni frontali teoriche anche attraverso dimostrazioni pratiche di laboratorio e visite guidate a reattori prototipo e industriali.
Altre informazioni Lezioni frontali: tre/quattro ore settimanali, comprensive di tutorato con dimostrazioni anche sperimentali in laboratorio ed esercitazioni numeriche. Visite guidate presso industrie chimiche di interesse possono essere organizzate. L'orario delle lezioni frontali, e l'aula dove esse si svolgeranno, è reperibile collegandosi al seguente indirizzo http://www.ing1.unipg.it/didattica/studiare/orario-delle-lezioni
Modalità di verifica dell'apprendimento L'esame prevede una prova scritta e una prova orale.
La prova scritta è costituita da 4-5 problemi a stimolo chiuso e risposta chiusa, e/o 1-2 problemi a stimolo chiuso e risposta aperta. Essa ha la durata di 1 ora e 30 minuti ed è finalizzata a verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso, ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche, iii) l'abilità di formulare in autonomia di giudizio osservazioni appropriate sulle possibili alternative modellistiche, iv) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta. La prova orale consiste in un colloquio a stimolo aperto con risposta aperta della durata di circa 20-30 minuti. La valutazione finale verrà effettuata dalla Commissione in trentesimi.
Programma esteso Il programma del corso parte dallo studio delle caratteristiche chimiche e chimico-fisiche di alcune tipologie di biomasse di recupero, quali rifiuti agricoli e agroindustriali, Rifiuti solidi urbani, Fanghi di depurazione, per poi passare ad applicazioni industriali di processi sostenibili. Tra questi verranno esaminati alcuni esempi di bioraffineria per la produzione di bioetanolo, bio-olio, biodiesel. Inoltre, si prenderanno in considerazione i processi anaerobici per la produzione di biogas da biomasse di differente natura e i processi integrati anaerobico-aerobico di trattamento dei rifiuti solidi urbani cha portano alla produzione di biometano e fertilizzanti compostati.
Per quanto riguarda gli impianti di trattamento dei reflui inquinati, verranno descritti i processi a fanghi attivi e i processi biologici e chimici per la rimozione di azoto e fosforo.

PROCESSI CHIMICI SOSTENIBILI

Codice A002455
CFU 6
Docente Stefano Falcinelli
Docenti
  • Stefano Falcinelli
Ore
  • 60 ore - Stefano Falcinelli
Attività Caratterizzante
Ambito Discipline dell'ingegneria
Settore CHIM/07
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento ITALIANO
Contenuti ELEMENTI di TERMODINAMICA.
ELEMENTI di CINETICA CHIMICA.
FONDAMENTI di CATALISI.
MECCANISMI E CINETICA DELLE REAZIONI CATALITICHE.
DIFFUSIONE E CINETICA DI REAZIONE.
CHIMICA INDUSTRIALE, CATALISI E GREEN CHEMISTRY.
REATTORI CHIMICI di LABORATORIO.
REATTORI CHIMICI INDUSTRIALI.
PROCESSI CHIMICI INDUSTRIALI.
Testi di riferimento Materiale didattico e slide delle lezioni fornito dal docente.
- G. Natta, I. Pasquon, Principi della Chimica Industriale, Vol. 1, Città Studi, Milano (1993).
- G. Natta, I. Pasquon, P. Centola, Principi della Chimica Industriale, Vol. 2, Catalisi e cinetica
applicata alle reazioni dell’industria chimica, CLUP, Milano (1978).
- O. Levenspiel, Ingegneria delle reazioni chimiche, Casa Editrice Ambrosiana (1978).
- H. Scott Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, Pearson International Edition (2014).
Obiettivi formativi Lo scopo del corso è quello di fornire allo studente le conoscenze scientifiche ed ingegneristiche
necessarie alla comprensione, analisi e progettazione dei processi chimici industriali in una logica
sostenibile e di economia circolare. La prima parte del Corso è dedicata all’apprendimento ed
all’applicazione delle leggi fondamentali della termodinamica e della cinetica chimica, per un’adeguata
comprensione dei fenomeni catalitici eterogenei. La seconda parte è dedicata ai fenomeni di trasporto
di materia ed energia, utili per la comprensione del funzionamento dei diversi tipi di reattori chimici
industriali. Nella parte conclusiva, il corso fornisce una panoramica delle principali tipologie di processi
chimici industriali sostenibili attraverso lo studio delle più recenti tecnologie innovative nella
produzione di idrogeno, ammoniaca e nei processi di conversione dell’anidride carbonica a
combustibili in una logica di economia circolare.
Prerequisiti Conoscenze acquisite nel corso di Chimica.
Metodi didattici Il corso è organizzato nel seguente modo: - lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso; - esercitazioni in aula volte alla corretta applicazione dei concetti studiati per la risoluzione di esercizi numerici e di problemi pratico-applicativi. Durante tutto il corso si cerca di abituare lo studente a ragionare non solo in maniera qualitativa sui fenomeni studiati, ma anche quantitativamente, valutando le grandezze fisiche e chimiche coinvolte. Questo viene fatto oltre che tramite le lezioni frontali teoriche anche attraverso dimostrazioni pratiche di laboratorio e visite guidate a reattori prototipo e industriali.
Altre informazioni Lezioni frontali: tre/quattro ore settimanali, comprensive di tutorato con dimostrazioni anche sperimentali in laboratorio ed esercitazioni numeriche. Visite guidate presso industrie chimiche di interesse possono essere organizzate. L'orario delle lezioni frontali, e l'aula dove esse si svolgeranno, è reperibile collegandosi al seguente indirizzo http://www.ing1.unipg.it/didattica/studiare/orario-delle-lezioni
Modalità di verifica dell'apprendimento L'esame prevede una prova scritta e una prova orale.
La prova scritta è costituita da 4-5 problemi a stimolo chiuso e risposta chiusa, e/o 1-2 problemi a stimolo chiuso e risposta aperta. Essa ha la durata di 1 ora e 30 minuti ed è finalizzata a verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso, ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche, iii) l'abilità di formulare in autonomia di giudizio osservazioni appropriate sulle possibili alternative modellistiche, iv) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta. La prova orale consiste in un colloquio a stimolo aperto con risposta aperta della durata di circa 20-30 minuti. La valutazione finale verrà effettuata dalla Commissione in trentesimi.
Programma esteso ELEMENTI di TERMODINAMICA: Fondamenti. Equilibrio Termodinamico e reazioni chimiche.
Equilibri multipli. La regola delle fasi. Resa delle reazioni chimiche: influenza di T e P. Analisi
termodinamica dei processi industriali.
ELEMENTI di CINETICA CHIMICA: Cinetica delle reazioni chimiche. Cinetiche semplici. Molecolarità
e ordini di reazione. Equazioni cinetiche differenziali e integrali. Energia di attivazione: legge di
Arrhenius. Effetto compensazione.
FONDAMENTI di CATALISI: Struttura e proprietà chimiche dei catalizzatori: catalisi omogenea,
eterogenea ed enzimatica. Catalizzatori in bulk e supportati. Catalisi redox e acido-base.
MECCANISMI e CINETICA delle REAZIONI CATALITICHE: Tempo di contatto e tempo di residenza.
Velocità di Reazione. Cinetica in sistemi chiusi e stazionari. Reazioni consecutive e stadio
cineticamente limitante. Reazioni catalitiche reversibili. Modellazione cinetica. Principio della
microreversibilità. Grandezze tipiche dei processi catalitici eterogenei: conversione, selettività, resa,
velocità di reazione.
DIFFUSIONE E CINETICA DI REAZIONE: Deviazione dall’idealità dei reattori industriali. Principi
teorici della diffusione di materia ed energia. Fenomeni di diffusione nei reattori chimici industriali.
CHIMICA INDUSTRIALE, CATALISI E GREEN CHEMISTRY: Generalità. Il ruolo della Catalisi nella
Chimica Industriale. L’industria dei catalizzatori. La Green Chemistry.
REATTORI CHIMICI di LABORATORIO: Reattori Batch e Reattori Continui.
REATTORI CHIMICI INDUSTRIALI: Generalità e classificazione. Reattori discontinui e continui.
PROCESSI CHIMICI INDUSTRIALI per la produzione di idrogeno & syngas, per la sintesi
dell’ammoniaca e per la conversione di anidride carbonica a sostanze combustibili mediante processi
sostenibili e in una logica di economia circolare.
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