13238 - FONDAMENTI DI CHIMICA INDUSTRIALE

Conoscenze e abilità da conseguire

L’insegnamento si propone di introdurre i fondamenti della chimica industriale di processo. Gli studenti saranno in grado di leggere i diagrammi semplificati di processo e di comprendere gli aspetti termodinamici e cinetici e la loro importanza nella gestione di una reazione chimica. Saranno inoltre in grado di comprendere l’effetto delle principali variabili operative, tenendo conto anche degli aspetti di sicurezza e di sostenibilità economica ed ambientale. Durante l’insegnamento, gli studenti avranno l’opportunità di analizzare diversi “case history” di incidenti in processi industriali (es. Seveso, Bophal) e di apprendere i principi base delle normative di riferimento per le aziende a rischio rilevante.

Contenuti

L’insegnamento è organizzato in moduli tematici che introducono progressivamente le studentesse e gli studenti alla logica, alle tecnologie e alle sfide contemporanee della chimica industriale.

1. Industria chimica e chimica industriale

Definizione e ambiti della chimica industriale. Differenze tra chimica di laboratorio e chimica industriale. Struttura e articolazione dell’industria chimica a livello globale ed europeo. Principali settori della produzione chimica (chimica di base, chimica fine, specialità chimiche). Il ruolo della chimica industriale nella società contemporanea e nelle catene del valore industriali.

2. Elementi di economia dei processi chimici industriali

Introduzione ai principi di economia industriale applicati ai processi chimici. Concetti di costo delle materie prime, energia, capitale e scala produttiva. Relazione tra efficienza chimica, resa di processo e sostenibilità economica. Introduzione al concetto di economia di processo e al ruolo dell’ottimizzazione nella progettazione degli impianti industriali.

3. Sostenibilità dei processi chimici industriali

Principi di sostenibilità applicati alla chimica industriale. Impatto ambientale dei processi chimici. Introduzione alla chimica verde, all’uso efficiente delle risorse e alla riduzione delle emissioni. Economia circolare e valorizzazione dei sottoprodotti. Transizione energetica e ruolo dell’industria chimica nello sviluppo di tecnologie sostenibili.

4. Catalisi e catalisi industriale

Principi fondamentali della catalisi omogenea, enzimatica ed eterogenea. Ruolo dei catalizzatori nella progettazione dei processi industriali. Impatto della catalisi sull’efficienza energetica, sulla selettività delle reazioni e sulla sostenibilità dei processi. Esempi di processi industriali catalitici rilevanti. Preparazione, formatura e proprietà dei catalizzatori industriali.

5. Sicurezza dei processi chimici industriali

Principi di sicurezza industriale e gestione del rischio negli impianti chimici. Introduzione ai concetti di prevenzione, protezione e analisi del rischio. Studio di casi storici rilevanti per la sicurezza industriale, tra cui:

• incidente di Seveso (1976)

• disastro di Bhopal (1984)

• esplosione nel porto di Beirut (2020)

Analisi delle cause tecnologiche, organizzative e normative degli incidenti e delle loro conseguenze ambientali e sociali. Evoluzione della normativa sulla sicurezza industriale.

6. Materie prime dell’industria chimica

Origine, caratteristiche e ruolo industriale delle principali materie prime utilizzate dall’industria chimica:

• petrolio: composizione, raffinazione e principali frazioni;

• gas naturale: composizione e principali utilizzi nella chimica industriale;

• carbone: processi di trasformazione e utilizzo industriale;

• biomasse: potenziale come materia prima rinnovabile per la chimica sostenibile.

Confronto tra risorse fossili e rinnovabili, con attenzione alle prospettive della chimica da fonti rinnovabili e ai processi di transizione verso sistemi produttivi più sostenibili.

Testi/Bibliografia

Il corso attinge elementi da Fabrizio Cavani, Gabriele Centi, Martino Di Serio, Ilenia Rossetti, Antonella Salvini, Giorgio Strukul, Fondamenti di chimica industriale, Materie prime - Prodotti - Processi - Sostenibilità, Zanichelli, 2022.

Il libro di testo non è necessario per seguire il corso né per sostenere l'esame. Sarà cura del docente fornire agli strumenti tutto il materiale necessario al superamento dell'esame.

 

Metodi didattici

Per favorire l'apprendimento attivo, la contestualizzazione industriale e lo sviluppo del pensiero critico, le lezioni frontali saranno accompagnati da strumenti didattici innovativi quali:

1. Case-Based Learning (CBL)

Il case-based learning consiste nell’analisi guidata di casi reali provenienti dall’industria chimica, con discussione strutturata in aula.

Nel contesto del corso sarà applicato all’analisi di:

• incidenti industriali (Seveso, Bhopal, Beirut);

• sviluppo di processi industriali rilevanti;

• scelte tecnologiche legate alla sostenibilità dei processi.

L’analisi dei casi permette alle studentesse e agli studenti di comprendere la complessità dei sistemi industriali, integrando dimensioni chimiche, tecnologiche, economiche e sociali.

Dal punto di vista dei risultati di apprendimento, questa metodologia favorisce:

• capacità di applicare conoscenza e comprensione;

• sviluppo dell’autonomia di giudizio;

• miglioramento delle abilità comunicative attraverso la discussione.

L’uso di casi reali consente inoltre di promuovere una riflessione sulle responsabilità etiche e sociali dell’industria chimica.

2. Problem-Based Learning (PBL)

Il problem-based learning prevede che l’apprendimento parta da un problema realistico da analizzare e risolvere.

Nel contesto del corso possono essere proposti problemi come:

• confronto tra diverse materie prime per la produzione di un prodotto chimico;

• valutazione qualitativa della sostenibilità di un processo;

• individuazione dei fattori di rischio in un impianto chimico semplificato.

Questa metodologia:

• stimola la capacità di applicare conoscenze teoriche a contesti reali;

• sviluppa il ragionamento interdisciplinare;

• promuove il lavoro collaborativo tra pari.

Il PBL è particolarmente coerente con l’obiettivo di far comprendere alle studentesse e agli studenti che la chimica industriale è un sistema integrato di decisioni scientifiche, tecnologiche ed economiche.

3. Process Simulation e visualizzazione dei processi

Anche in un corso introduttivo è possibile utilizzare strumenti di visualizzazione dei processi industriali, ad esempio:

• schemi di processo semplificati;

• diagrammi di flusso;

• brevi simulazioni digitali.

Queste attività aiutano le studentesse e gli studenti a comprendere come le reazioni chimiche siano integrate in sistemi industriali complessi, facilitando il passaggio dal livello teorico a quello applicativo.

Dal punto di vista cognitivo, questo approccio supporta:

• lo sviluppo della capacità di modellizzazione;

• la comprensione delle relazioni tra unità di processo.

4. Dibattito scientifico su sostenibilità e industria chimica

Il dibattito strutturato può essere utilizzato per discutere temi complessi, ad esempio:

• ruolo delle biomasse nella chimica del futuro;

• rapporto tra industria chimica e transizione energetica;

• bilanciamento tra sviluppo industriale e sicurezza.

Il dibattito scientifico permette alle studentesse e agli studenti di:

• sviluppare pensiero critico;

• esercitare la capacità di argomentazione basata su evidenze scientifiche;

• comprendere la pluralità di prospettive presenti nei sistemi tecnologici complessi.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Colloquio orale

Strumenti a supporto della didattica

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile: sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandro Allegri