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Davide Pinelli

Professore associato confermato

Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali

Settore scientifico disciplinare: ING-IND/25 IMPIANTI CHIMICI

Temi di ricerca

Parole chiave: Produzione di composti organici da residui dell'industria agroalimentare Produzione di biogas da residui dell'industria agroalimentare Fermentatori e Reattori gas-liquido Biotrattamento di acque di falda e di scarico Depurazione biologica di siti contaminati Trasporto di materia in sistemi gas-liquido Reattori per Biodiesel

1) Sviluppo di processi per la produzione di composti organici (intermedi per l’industria chimica), biogas (metano e idrogeno) da scarti dell'industria agro-alimentare e da altri rifiuti organici in reattori a biomassa sospesa e adesa.

2) Separazione e recupero di composti fenolici (polifenoli) da scarti dell'industria agro-alimentare mediante processi di adsorbimento.

3) Caratterizzazione di fermentatori e reattori gas-liquido agitati meccanicamente o con configurazione non convenzionale. Vengono determinati parametri fluidodinamici globali e coefficienti di trasporto di materia gas-liquido.

4) Studio dei processi di biodegradazione aerobica ed anaerobica di idrocarburi alifatici clorurati (solventi clorurati) anche in miscela. La ricerca viene condotta in microcosmi e in reattori a flusso.

5) Studio della decontaminazione biologica (bioremediation) di terreni contaminati da miscele complesse di idrocarburi alifatici e aromatici.

6) Sviluppo di impianti e processi di nuova generazione per la produzione di biodiesel con particolare attenzione agli aspetti di mixing.

7) Modellazione di bioreattori e studi cinetici di fermentazioni.

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1) Sviluppo di processi per la produzione di composti organici (intermedi per l’industria chimica), biogas (metano e idrogeno) da scarti dell'industria agro-alimentare e da altri rifiuti organici in reattori a biomassa sospesa e adesa:

- test in reattori batch di piccola dimensione, per valutare la trattabilità di diversi scarti organici e per individuare le condizioni operative ottimali

- test in reattori batch su scala pilota (10-20 L)

- conduzione del processo in continuo su scala pilota (10-20 L)

- modellazione cinetica e fluidodinamica del processo.

2) Separazione e recupero di composti fenolici (polifenoli) da scarti dell'industria agro-alimentare mediante processi di adsorbimento. La ricerca riguarda l'utilizzo di adsorbenti innovativi, l'ottimizzazione tecnica ed economica del processo, la simulazione del processo.

3) Caratterizzazione di fermentatori e reattori gas-liquido agitati meccanicamente o con configurazione non convenzionale. Questo filone di ricerca riguarda l'analisi del comportamento fluodinamico di apparati agitati meccanicamente (prevalentemente reattori di elevato rapporto di snellezza, agitati con agitatori multipli di varie tipologie) in cui vengono trattati sistemi gas-liquido (ampiamente impiegati nell'industria chimica e di processo come fermentatori e bioreattori nonché reattori chimici per idrogenazione, ossidazione, clorurazione, ecc.). Le indagini sono finalizzate alla caratterizzazione della fase liquida (in presenza del gas), della fase gassosa e del trasporto di materia interfase. Nello studio vengono studiati i seguenti aspetti: regimi fluidodinamici, stato di miscelazione del liquido, potenza dissipata in presenza della fase gassosa, hold-up gassoso, dispersione e stato di miscelazione del gas, il ruolo degli aspetti fluidodinamici sui coefficienti di trasporto di materia. Gli studi prevedono indagini sperimentali, correlazioni dei dati, modellazione del comportamento fluidodinamico delle due fasi con modelli fenomenologici. Le tecniche sperimentali utilizzate – sviluppate ad hoc per gli specifici obiettivi – comprendono l'analisi analisi dinamica applicata a ciascuna delle due fasi all'affinamento e al trasporto di materia interfase.

4) Studio dei processi di biodegradazione aerobica ed anaerobica di idrocarburi alifatici clorurati (solventi clorurati) anche in miscela. La ricerca viene condotta sia su acque di falda che acque reflue industriali. Questa linea di ricerca ha come obiettivo la selezione di specifici ceppi batterici e consorzi di ceppi batterici per la biodegradazione diretta o cometabolica, aerobica o anaerobica di solventi clorurati e l'individuazione dei substrati di crescita più idonei. Vengono valutate le velocità di degradazione utilizzando diversi tipi di reattore: reattore liquido-gas, reattore solido-liquido-gas (slurry), reattore solido-liquido contenente una matrice porosa. Vengono studiati modelli cinetici di cometabolismo aerobico ed anaerobico, considerando anche i fenomeni di inibizione fra substrato primario e substrato cometabolico e l'eventuale tossicità esercitata dai solventi clorati. Infine vengono studiati i parametri significativi ai fini dello scale-up da reattori batch di piccole dimensioni (0,1 L) a reattori pilota a flusso del volume indicativo di alcune decine di litri. Gli studi vengono condotti in modo specifico con contaminanti e condizioni (ad es., elevate concentrazioni, presenza contemporanea di altri contaminanti organici) tipicamente riscontrati nelle acque reflue industriali contenenti solventi clorurati.

5) Studio della decontaminazione biologica (bioremediation) di terreni contaminati da miscele complesse di idrocarburi alifatici e aromatici. Questa linea di ricerca si occupa della decontaminazione biologica di terreni contaminati da miscele complesse di idrocarburi (kerosene, gasolio, oli minerali, idrocarburi policiclici aromatici). In particolare si intende mettere a punto un protocollo per valutare tramite test di laboratorio la fattibilità di un trattamento di bioremediaiton in-situ, con stima delle concentrazioni residue attese, del fabbisogno di macro- e micro-nutrienti e valutazione dei fenomeni di trasporto dell'ossigeno in terreni caratterizzati da diverse granulometrie. Gli studi condotti inoltre comprendono una valutazione dell'efficacia di trattamenti di inoculazione di consorzi microbici (bioaugmentation) in reattori pilota simulanti porzioni di acquiferi insaturi.

6) Sviluppo di impianti e processi di nuova generazione per la produzione di biodiesel con particolare attenzione agli aspetti di mixing. Studio di configurazioni e reattori innovativi per riduzione dei consumi energetici. La presente linea di ricerca prevede lo sviluppo di soluzioni innovative per il processo di produzione del biodiesel; in particolare: 1) sviluppo di un processo in catalisi eterogenea (attualmente il processo utilizza una catalisi basica in fase omogenea), 2) sviluppo di reattori con minor consumo energetico. Lo scopo principale della linea di ricerca è identificare tipologie di reattore e condizioni operative che consentano da una parte una riduzione dei costi di produzione, dall'altro una riduzione dell'energia consumata per produrre il biodiesel (energia per kg prodotto). Nel quadro di questa linea di ricerca viene studiato l'impiego di opportuni dispositivi per la produzione ed il mantenimento della dispersione della fase alcolica nella fase oleosa. Scopo della ricerca è l'ottimizzazione di un reattore di questo tipo ed il confronto delle sue prestazioni con quelle ottenibili con un convenzionale reattore agitato meccanicamente.

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