67068 - CHIMICA INDUSTRIALE CON LABORATORIO

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce i fondamenti della chimica industriale e della struttura dell'industria chimica, con gli aspetti economici e dimensionali dei vari settori. Inoltre, lo studente è in grado di comprendere le fasi di un processo di produzione e di utilizzo di materiali ceramici, dei vetri e dei vetri-ceramici, dei silicati, dei pigmenti e delle principali ed innovative fibre ceramiche. Questi processi vengono analizzati applicando concetti chimico-fisici di base quali il comportamento reologico dei sistemi, i principali metodi per la sintesi delle polveri, l'evoluzione delle proprietà dei materiali in funzione dei trattamenti termici, ecc. Al termine del corso lo studente è inoltre in grado di valutare l'influenza dei diversi parametri di processo sulle proprietà dei materiali prodotti, soprattutto nell'ottica di un trasferimento di scala dal laboratorio alla produzione industriale. Partendo dalla descrizione dalle materie prime, il corso esamina, infatti, i differenti aspetti dei processi industriali, inclusi quelli economici, ed i problemi connessi con la proprietà intellettuale. L'approccio con la realtà industriale è favorito da visite guidate ad aziende ed ad un approfondimento delle conoscenze di base riguardanti le norme per la gestione della qualità, ambiente e sicurezza nell'industria. In particolare, riguardo a questo aspetto, lo studente acquisisce le competenze necessarie alla specifica professionalità richiesta, come le basi per l'effettuazione di un'analisi ambientale e le metodologie per l'analisi e la riduzione del rischio legato alle attività produttive.

Contenuti

modulo 1: chimica industriale

• Industria chimica e chimica industriale. Sviuppo economico e storico. Concetti di economia industriale, pay-back e metodi di calcolo. Tempo di vita di un prodotto industriale e scelta dell'impianto. Tipologia delle innovazioni. Struttura dell'industria chimica e principali caratteristiche di ogni segmento.
• Materie prime inorganiche: caratteristiche, proprietà e costi  (produzione di vetri, ceramici, pigmenti e fibre). Materie prime organiche  (carbone, petrolio, gas naturale): caratteristiche, proprietà e costi. Principali processi di trasformazione. 
• Capitale intellettuale, beni materiali ed immateriali, proprietà intellettuale, brevetti di marchio ed industriali. Rilevanza economica ed industriale dei brevetti. Esercitazione pratica su alcuni esempi di brevetti industriali.
• Concetti di rischio e pericolo. Principali cause di incidenti. Esplosioni e combustioni. Metodi di valutazione del rischio. Tossicità  compatibilità di sostanze. Limiti di soglia per le sostanze chimiche (TLV CL, MAC, ecc).
• Vetri: definizioni e modelli strutturali. Ruolo dei differenti elementi. Vetri a uno o più componenti. Formazione, cristallizzazione ed immiscibilità. Principali proprietà chimico-fisiche e loro rilevanza nella produzione o utilizzo. Proprietà meccaniche ed ottiche. Principali classi di vetri industriali e loro rilevanza economica. Principali processi produttivi: caratteristiche, valutazioni energetiche ed economiche. Problematiche di sicurezza ed ambientali. Tecniche di formatura: soffiatura, pressatura, stiramento  e laminazione. Casting, redrawing e fritting. Operazioni secondarie. Vetri speciali (fibre, pannelli solari, fotocromici, ecc.).
• Vetriceramici: definizioni e principali proprietà. Nucleazione (omogenea ed eterogenea) e crescita dei cristalli. Trattamenti termici. Natura delle fasi. Proprietà fisiche, elettriche e meccaniche. Strutture, classi e principali utilizzi.
• Silicati alcalini: importanza economica, preparazione ed utilizzi. Zeoliti: principali strutture e proprietà. Importanza economica ed applicazioni. Catalisi acida.
• Prodotti ceramici: definizioni e classificazioni. Ceramici tradizionali ed avanzati. Materie prime: componenti plastici, fondenti ed inerti. Processi di macinazione. Metodi di formatura per colaggio e processi allo stato plastico (estrusione, iniezione e pressatura). Smalti e smaltatura: processi di produzione e tecniche di applicazione. Criteri generali di scelta. Ceramiche refrattarie: classificazione e composizione. Caratteristiche principali,  proprietà e produzione. Ceramiche refrattarie non-ossidiche. Porcellana: tipologie e metodi di produzione. Materiali ceramci avanzati: proprietà, produzione, applicazioni e rilevanza economica.
• Pigmenti inorganici: definizioni, classi e rilevanza economica. Principali caratteristiche ed analisi. Pigmenti bianchi (TiO2, ZnS, ZnO). Pigmenti colorati (ossidi di ferro, ossidi misti, CdS, lapislazuli). Pigmenti speciali: magnetici, brillanti, metallici e cangianti.
• Fibre inorganiche e compositi: definizioni, proprietà e principali utilizzi. Fibre, wiskers e polveri. Fibre di vetro e fibre ottiche. Fibre minerali. Fibre al C o al B. Fibre metalliche, ceramiche ed ossidiche. Wiskers: proprietà, produzione ed utilizzi.

modulo2: gestione sicurezza e qualità,  laboratorio di chimica industriale

• Il sistema volontario di certificazione internazionale. Cenni alla normativa di riferimento per la gestione della qualità, dell'ambiente, e della sicurezza. La gestione dell'organizzazione per processi. Introduzione all'analisi dei processi e ai fattori di criticità. Cenni agli strumenti tecnici e statistici per la gestione dei processi di produzione.

• La valutazione dell'impatto ambientale. Elementi per la gestione del rischio ambientale. La comunicazione ambientale: indicatori di qualità ambientali, bilanci e dichiarazioni ambientale.

•  La sicurezza nei processi chimici. Proprietà dei prodotti chimici connessi alla sicurezza. Nocività, ecotossicità, reattività. Comportamento infiammabile di gas, liquidi e polveri.

•  Come si valuta la pericolosità di un processo: metodologie di analisi del rischio (albero dei guasti, Hazop). Criteri di previsione dell'instabilità termica, reazioni fuggitive. Discussione di alcuni casi reali (incidente di Seveso, Bophal etc.).

Il corso di laboratorio illustra e completa gli argomenti introdotti nella parte fondamentale, con particolare attenzione alle fasi del processo di produzione dove più forte è l'impatto dei concetti chimico-fisici di base: comportamento reologico dei sistemi, sintesi di polveri, evoluzione delle proprietà in funzione del trattamento termico. Il corso intende sollecitare gli studenti ad utilizzare gli strumenti teorici appresi nei corsi fondamentali degli anni precedenti ed a riconoscerne l'importanza nella gestione industriale dei processi. Ulteriore obiettivo del corso è fornire un punto di vista concreto sulla realtà industriale offrendo l'opportunità di visite guidate ad aziende e laboratori ceramici.

• Introduzione alla produzione di polveri: concetti generali.

• Gli impasti ceramici: cenni di reologia applicata, composizione, processi di produzione e parametri fondamentali di controllo. Analisi di curve di flusso. Sospensioni e colloidi. Misure di Potenziale zeta e tensione superficiale.

• Preparazione di polveri ceramiche mediante tecniche non convenzionali (coprecipitazione, sol-gel, reazioni idrotermali, reazioni in fase vapore).

• Evoluzione delle proprietà dei solidi in funzione del trattamento termico.

• Processi di essiccamento e sinterizzazione. Descrizione delle principali tecnologie utilizzate e dei principali parametri di controllo. Esempi di analisi termica.
  

•   Introduzione alle proprietà di nanopolveri e sols di interesse per l'industria ceramica. Effetto delle dimensioni sulle proprietà di questi materiali. Laboratorio

Testi/Bibliografia

• P. Emiliani, F. Corbara 'Tecnologia Ceramica ', Vol. 1-3, Faenza Editrice, 1999.
• Yasuo Arai 'Chemistry of powder production', Chapman & Hall –1996.
• Società Ceramica Italiana 'Reologia ceramica applicata' Faenza Editrice.
• COLORE, PIGMENTI E COLORAZIONE IN CERAMICA: COLOUR, PIGMENTS AND COLOURING IN CERAMICS , Società Ceramica Italiana; Modena; 2003.
• ENGINEERING CERAMICS , Bengisu, M; ,Sprinter Heidelberg, ; 2001. Società Ceramica Italiana “Reologia ceramica applicata” Faenza Editrice.
• M. Ratner, D. Ratner “Nanotechnology: a gentle introduction to the next big idea”, Ed. Prentice Hall (2003).
• N. R. Rao, A. Müller, A.K. Cheetham “The Chemistry of Nanomaterials. Synthesis, Properties and Applications” Wiley-VCH (2004), vol. 1 e 2.
• F. Cavani “ Lo sviluppo e la gestione dei processi chimici industriali” Clueb- Bologna 2004.
• F. Fortunati, S. Sergi “La certificazione della sicurezza” - Il Sole 24 Ore - Milano 2002.
• K. Ishikawa “Guida al controllo qualità” F. Angeli, Milano 1990.
• A. Chiarini “ Guida alla realizzazione di un sistema di gestione ambientale secondo le norme 14000”-FrancoAngeli – Milano 2001.
• P. Cardillo “Incidenti in Ambiente Chimico – Guida allo studio ed alla valutazione delle reazioni fuggitive” Stazione Sperimentale per i combustibili, S. Donato Milanese, 1998.
• P. Cardillo “Guida allo studio ed alla valutazione delle esplosioni di polveri” SC Sviluppo Chimica SpA, Milano
•   http://www.csb.gov
• K.H. Buchel, H.-H. Moretto, P. Woditsch Industrial Inorganic Chemistry, Wiley-VCH, 2000 (vetri, ceramici, pigmenti e fibre).
•  Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, VCH, 1996 (vetri, pigmenti e fibre).
•  A. Girelli, L. Matteoli, F. Parisi Trattato di Chimica Industriale e Applicata, Vol. 1, Zanichelli (vetri).

Metodi didattici

• Lezioni frontali, con l'utilizzo di numerosi esempi pratici e di specifici esercizi illustrativi.
• Il materiale è disponibie preliminarmente per gli studenti, in forma cartacea e come copia su CD.
  
  Laboratorio:
  

  Il corso prevede una parte introduttiva teorica ed una parte da svolgersi in laboratorio con esercitazioni mirate (a gruppi di 3 o 4 studenti). Esercitazioni in aula, con interpretazione di dati e analisi condivisa di documentazione supportano il processo di comprensione ed apprendimento.
  La frequenza  è obbligatoria.

  
  

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

• Stesura di relazioni sulle attività di laboratorio, per valutare i risultati dell'apprendimento pratico
• Elaborazione di una ricerca su una specifica tematica concordata tra docente e studente, con successiva esposizione e discussione agli studenti e docenti del corso. Scopo è sviluppare la capacità critica di sintetizzare varie fonti in un documento finale e quella di saper affrontare una discussione critica.
• Esame orale finale integrato fra entrambi i moduli, per valutare l'assimilazione dei principali temi trattati, con valutazione complesssiva con i giudizi delle relazioni e della presentazione. La semplice conoscenza meccanica e/o mnemonica della materia saranno valutati come un aspetto negativo.

Strumenti a supporto della didattica

Le attivita' didattiche svolte in aula si avvalgono di supporti quali proiezione di trasparenze e videoproiezione. Il materiale didattico presentato durante le lezioni e' reso accessibile agli studenti. Le attivita' di laboratorio sono svolte presso i laboratori didattici e prevedono l'assegnazione di una postazione di lavoro strumentale e la dotazione del materiale di laboratorio con cui vanno condotte le attività sperimentali.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Angelo Vaccari

Consulta il sito web di Stefania Albonetti