73495 - REATTORISTICA E OPERAZIONI UNITARIE M

Conoscenze e abilità da conseguire

Fornire conoscenze e metodologie specialistiche relative alla analisi dei reattori chimici e delle operazioni unitarie nell’industria di processo, della relativa dinamica e stabilità di funzionamento.

Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

L'allievo che accede a questo insegnamento conosce e sa utilizzare bilanci di materia ed energia, sia in forma locale sia in forma integrale, modelli fluidodinamici di fase perfettamente miscelata e di corrente monodimensionale.

Tali conoscenze sono acquisite, di norma, avendo ottenuto il diploma in ingegneria chimica e biochimica.

Inoltre padroneggia l'uso di fogli di calcolo elettronici e di strumenti di calcolo per la soluzione numerica di equazioni differenziali ordinarie e di sistemi di equazioni algebriche.

Tutte le lezioni saranno tenute in Italiano. È quindi necessaria la comprensione della lingua italiana per seguire con profitto il corso e per poter utilizzare il materiale didattico fornito.

Programma

Parte A (comune a tutti i curricula)

Velocità di reazione ed analisi cinetica: metodo integrale e metodo differenziale. Reattore differenziale.

Regressione di dati sperimentali con il metodo dei minimi quadrati.

Reattori ideali: equazioni di bilancio di materia e di energia per reattore batch, PFR e CSTR.

Reattore batch. Massimizzazione della produttività. Caso isotermico ed adiabatico.

Reattore con flusso a pistone (PFR). Variazione della conversione, della temperatura e della pressione lungo il reattore.

Reattore continuo perfettamente miscelato. Batteria di CSTR in serie: calcolo del volume totale minimo.

Reattore a tino autotermico. Temperatura di ignizione.

Reattore con ricircolo. Effetto del rapporto di ricircolo sulla conversione.

Reazione autocatalitica in diversi tipi di reattore. Valore ottimale del rapporto di ricircolo per una reazione autocatalitica.

Reazioni multiple: selettività, conversione e resa. Selettività istantanea (locale). Reazioni parallele. Reazioni consecutive.

Schema di reazioni di Van de Vusse e scelta del migliore reattore e delle migliori condizioni operative.

Distribuzione dei tempi di permanenza all'interno di un reattore.

Effetto della temperatura sulla selettività di reazioni multiple. Scelta della temperatura ottimale.

Reazioni reversibili: Definizione di costante di equilibrio.

Effetto di temperatura, pressione e presenza di inerti sulla conversione di equilibrio. Percorso ottimale per una reazione reversibile. Conversione e temperatura di equilibrio adiabatico.

Catalisi eterogenea. Fattore di efficienza per catalizzatori porosi. Fattore di efficienza globale.

 

Parte B1 (solo per REATTORISTICA E OPERAZIONI UNITARIE e OPERAZIONI UNITARIE DELL'INDUSTRIA ALIMENTARE) 

Processi di sterilizzazione

Concentrazione di soluzioni

Processi di deidratazione e congelamento degli alimenti.

 

Parte B2 (solo per IMPIANTI PER LA TRANSIZIONE ENERGETICA)

Impianti e processi utili per la transizione energetica (abbattimento del biossido di carbonio, purificazione di biogas, produzione di vettori energetici da biomassa)

Reattori gas/liquido: concetti generali e tipologie di reattori. Interazione tra reazione chimica e trasporto di materia in un reattore gas/liquido. Determinazione dello stadio cineticamente determinante: reazione lenta, reazione veloce, reazione istantanea. Diagramma di Hatta. Cenni alla scelta della tipologia del reattore ed esempi di progettazione di reattore gas/liquido.
Richiami di metodi numeri per la risoluzione di integrali ed equazioni differenziali (ODE).

Adsorbimento: caratteristiche generali, effetto di pressione e temperatura, isoterme di adsorbimento, effetti termici. Caratteristiche generali di funzionamento di letti impaccati: profilo del solvente e profilo del soluto, curva di breakthrough e breakpoint, desorbimento. Soluzioni analitiche di curve di breakthrough, modello di Thomas.

Testi/Bibliografia

G.F.Froment e K.B.Bischoff, Chemical Reactor Analysis and Design, John Wiley and Sons, New York, 1979.

O.Levenspiel, Ingegneria delle reazioni chimiche, Casa editrice ambrosiana, Milano, 1978. (This the italian translation of the original version of this book in english).

K.G.Denbigh e J.C.R.Turner, Teoria dei reattori chimici, Principi generali, Etas Libri, Milano, 1978. (This the italian translation of the original version of this book in english).

Metodi didattici

Illustrazione con slide e lavagna dei passaggi e dei principi alla base della teoria.

Svolgimento in aula/laboratorio di calcolo di numerosi esempi ed esercizi per illustrare l'applicazione dei metodi presentati.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame di fine corso, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di circa 3 ore senza l'ausilio di appunti o libri.

La prova scritta consiste di norma di 4-6 quesiti articolati, la cui soluzione comporta l'applicazione di metodi sia teorici sia di calcolo. I dettagli e le regole specifiche delle prove sono illustrate nella prima lezione del corso. La prova scritta è svolta in un'unica seduta per tutti i moduli che costituiscono l'insegnamento.

Il superamento dell’esame richiede che lo studente dimostri padronanza e capacità operativa nell'affrontare i problemi di analisi e progetto degli apparati e processi applicando i concetti illustrati nell’insegnamento. I punteggi più elevati saranno attribuiti agli studenti che dimostreranno di aver compreso ed essere capaci di utilizzare i contenuti del corso mostrando chiarezza, completezza e sintesi nelle risposte, illustrandole con adeguate giustificazioni e discussioni. Il mancato superamento dell’esame potrà essere dovuto all’insufficiente conoscenza dei concetti chiave, alla mancata padronanza del linguaggio tecnico od alla mancata o ad insufficiente capacità operativa. La valutazione è unica per tutti i moduli e non può parzializzata per modulo.

Strumenti a supporto della didattica

Analisi di alcuni casi esemplificativi.

Risoluzione di esempi.

Utilizzo di software per la soluzione di una selezione di problemi.

Materiale didattico (documentazione sulla teoria ed esercizi svolti) a supporto della didattica.

Il materiale è disponibile sulla piattaforma Virtuale.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandro Tugnoli

Consulta il sito web di Alessandro Dal Pozzo

Consulta il sito web di Giordano Emrys Scarponi