66693 - FONDAMENTI DI CHIMICA INDUSTRIALE CON LABORATORIO

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Salute e benessere Istruzione di qualità Energia pulita e accessibile Imprese innovazione e infrastrutture

Anno Accademico 2021/2022

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente è in grado di progettare schemi di processi chimici semplificati, che includano trattamento dei reagenti; reazione; separazione e purificazione dei prodotti. Gestire processi pericolosi e che usano miscele di reazione infiammabili. Condurre reazioni complesse a livello di laboratorio, valutandone le prestazioni in termini di conversione, rese e selettività, determinare schemi di reazione complessi. Gestire e controllare i principali parametri operativi, sia a livello teorico che a livello pratico, di un processo chimico. Scegliere i catalizzatori ottimali in funzione della tipologia di processo.Impostare i bilanci di materia per un processo chimico continuo e discontinuo.

Contenuti

Prerequisiti

Nozioni di termodinamica, per comprendere il concetto di equilibrio applicato alle reazioni condotte in reattori industriali. Nozioni di cinetica, per comprendere i concetti di velocità di reazione applicata alle reazioni condotte in reattori industriali, e per comprendere il significato delle grandezze resa, selettività, conversione, in presenza di schemi di reazione complessi.

Capacità di condurre operazioni chimiche fondamentali, necessarie per lo svolgimento delle esperienze di laboratorio: preparazione di soluzioni, campionamenti, titolazioni redox. Conoscenze di base del rischio associato con operazioni di laboratorio e sullo smaltimento corretto dei rifiuti delle attività.

Conoscenze di base di chimica organica per razionalizzare la reattività delle classi di composti nei principali processi industriali illustrati.

Nozioni di base di chimica generale ed inorganica per razionalizzare il comportamento e le proprietà dei principali catalizzatori omogenei o eterogenei.

Capacità di bilanciare reazioni chimiche.

 

Contenuti

- Industria chimica e chimica industriale. Struttura dell’industria chimica: chimica di base, intermedia primaria e derivata, chimica fine e chimica delle specialità. Aspetti economici dell’industria chimica: costi fissi e costi variabili, principali indicatori economici. circa 6 ore

- Tecnologie di produzione di reagenti primari per l’industria chimica da differenti materie prime: carbone, petrolio, gas naturale e fonti rinnovabili. Produzione di biocombustibili e concetto di bioraffineria. circa 10 ore

- Rischio e pericolo. Sicurezza dei prodotti e delle reazioni chimiche: infiammabilità ed esplosività; run-away di reazioni esotermiche, schede di sicurezza di sostanze chimiche. Indici e limiti di tossicità, loro significato e valenza. circa 3 ore

- Aspetti fondamentali dei brevetti industriali ed esempi pratici di lettura. circa 2 ore

- Condotta delle reazioni chimiche. Ruolo della catalisi nell’industria chimica; catalizzatori omogenei ed eterogenei. Curve isoterme ed isocrone. Tipi di reattori. circa 6 ore

- Caratteristiche delle principali classi di reazioni chimiche industriali: ossidazione, deidrogenazione, idrogenazione, alogenazione e reazioni acido base. Esempi di processi industriali. circa 15 ore

- Gestione dei processi di ossidazione, in relazione alla formazione di miscele infiammabili. Scelta delle condizioni operative per un processo di ossidazione selettiva. circa 3 ore (modulo 1)

- Esperienze di laboratorio: determinazione dell'area interfacciale in sistemi di reazione bifasici; determinazione dello schema di reazione in reazioni complesse; equazione di massimo profitto, utilizzo ed esempi. (modulo 2)

- Creazione di flow-sheets di processi chimici: struttura entrate-uscite, del riciclo, di separazione di fasi, sistemi di purificazione di liquidi, gas e solidi. (modulo 3)

Le esperienze di laboratorio iniziano circa 2 settimane dopo l'inizio delle lezioni. La collocazione temporale e la stima dei tempi necessari sono da considerare solo come un'indicazione di massima.

Testi/Bibliografia

Non è necessario l'acquisto di testi specifici.

Per eventuali approfondimenti

J.A. Moulijn, M. Makkee, A. van Diepen, Chemical Process Technology, Wiley & Sons, 2001.
K. H. Buchel, H.-H. Moretto, P. Woditsch, Industrial Inorganic Chemistry, Wiley-VCH, 2000.

Il materiale didattico presentato in queste occasioni è messo a disposizione degli studenti in formato elettronico. Dispense sono fornite relative alle esperienze condotte in laboratorio.

Metodi didattici

Il corso si svolge attraverso lezioni ed attività esercitazionali svolte in aula e in laboratorio.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula: spiegazione che si avvale di presentazioni in Powerpoint e videoproiezione e con grafica di supporto realizzata alla lavagna o con sistemi alternativi.

Esercitazioni pratiche in laboratorio: sperimentazioni realizzate dagli studenti in gruppi di 2.

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento da parte di tutti gli studenti dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio

La frequenza a lezione è fortemente consigliata al fine dei rendere più efficace e veloce il processo di apprendimento, mentre non costituisce elemento di valutazione.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Tipo di verifica: La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una Prova finale, deputata all’accertamento dell’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. La prova finale si articola in una prova orale, suddivisa a sua volta in due parti, e in una relazione sull’attività svolta in laboratorio.

Modalità di svolgimento: la prova orale è suddivisa in due parti, che possono essere sostenute dallo studente in tempi diversi, e nella successione preferita dallo studente:

  1. la prima parte consiste in un colloquio sull’argomento: Creazione di flow –sheet di processi chimici. L’esito di questa parte concorre per il 20% alla valutazione finale.
  2. la seconda parte consiste in un colloquio sugli argomenti: (i) Rilevanza e struttura dell’industria chimica: aspetti economici. (ii) Materie prime tradizionali e rinnovabili. (iii) Rischio e pericolo; sicurezza dei prodotti e delle reazioni chimiche; limiti di tossicità. (iv) I brevetti industriali. (v) Ruolo della catalisi nell’industria chimica; principali classi di reazioni ed esempi di processi industriali. (vi) schema di reazioni complesse ed equazione di massimo profitto; (vii) identificazione delle condizioni di reazione per ossidazioni industriali. L’esito di questa parte concorre per il 60% alla valutazione finale.

La votazione in trentesimi è scalata da 18, prova sufficiente ma con evidenti lacune di conoscenza, a 30, prova eccellente con preparazione completa e capacità di affrontare contestualmente argomenti di varie aree tematiche, la lode richiede approfondimenti individuali.

La relazione sulla attività svolta in laboratorio, la cui consegna da parte di ogni gruppo di lavoro viene di norma richiesta almeno una settimana prima dello svolgimento della prova orale sostenuta da un componente di quel gruppo di lavoro, viene valutata in relazione alla accuratezza nella descrizione della metodologia sperimentale applicata, e alla correttezza nella elaborazione e discussione del risultato finale; l’esito concorre per il 20% alla valutazione finale.

Il voto finale, espresso in trentesimi, risulta quindi dalla media pesata dei tre contributi sopra detti; viene applicato un arrotondamento ad N per voto finale mediato compreso tra N,01 e N,44; ad N+1 per voto finale mediato compreso tra N,45 e N,99.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico: le attività si avvalgono anche di supporti quali presentazioni in Powerpoint e videoproiezione; il materiale didattico presentato in queste occasioni è messo a disposizione degli studenti in formato elettronico. Dispense sono fornite relative alle esperienze condotte in laboratorio. Username e password sono riservati a studenti iscritti all'Università di Bologna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giuseppe Fornasari

Consulta il sito web di Tommaso Tabanelli

Consulta il sito web di Francesco Basile