Regolamento laurea magistrale ingegneria chimica 2020 21

RegolamentodidatticodelCorsodiLaureaMagistraleinIngegneriaChimica

dell'UniversitàdeglistudidiNapoliFedericoIIAnnoAccademico2020/2021

ClassedelleLaureemagistraliinINGEGNERIACHIMICA,ClasseLM-22Art.1.Definizionia)perScuola,laScuolaPolitecnicaedelleScienzediBasedell'UniversitàdegliStudidiNapoliFedericoII;b) per Dipartimento, il Dipartimento di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale (DICMAPI)dell’UniversitàdegliStudidiNapoliFedericoIIc) per Regolamento sull'Autonomia didattica, di seguito denominato RAD, il Regolamento recante norme concernentil'AutonomiaDidatticadegliAteneidicuialD.M.del3novembre1999,n.509comemodificatoesostituitodalD.M.del23ottobre2004,n.270;d)perRegolamentoDidatticodiAteneo(RDA),ilRegolamentoapprovatodall'UniversitàdegliStudidiNapoliFedericoIIaisensidell'Art.11delD.M.del23ottobre2004,n.270,emanatoconD.R.2014/2332del02/07/2014;

e)perDecretiministeriali,diseguitodenominatiDCL,iDecretiM.U.R.16marzo2007dideterminazionedelleclassidellelaureeuniversitarieedelleclassidellelaureemagistrali;f)perCorsodiLaurea(CdL)oCorsodiStudi(CdS),ilCorsodiLaureaMagistraleinIngegneriaChimica,comeindividuatodall'Art.2delpresenteregolamento;g)perSUA-CdS(SchedaUnicaAnnualeriferitaalsingoloCorsodiStudio) ladocumentazioneprevistadalDM47del30gennaio2013perl’istituzionedeiCorsidiLaureaediLaureamagistraleesuccessivemodificazioni;h)perCommissionediCoordinamentoDidattico(CCD), l’organismodigovernodelCdS,comeindividuatodall’Art.3delpresenteregolamento;i)pertitolodistudio,laLaureaMagistraleinIngegneriaChimica,comeindividuatadall'Art.2delpresenteregolamento;j)perRARilRapportoAnnualediRiesamenonchétuttelealtredefinizionidicuiall'Art.1delRDAArt.2.TitoloefinalitàdelCorsodiLaureaMagistraleIlpresenteregolamentodisciplinailCorsodiLaureaMagistraleinIngegneriaChimica,appartenenteallaClassedellelaureemagistrali in IngegneriaChimica,Classen.LM-22,di cui alla tabellaallegataalDCLeal relativoOrdinamentodidatticoriportatonellaSUA-CdS,afferenteallaScuolaeincardinatonelDipartimento.IltitoloininglesedelCorsodiLaureaMagistraleè“ChemicalEngineering”.IlpercorsodidatticodellaLaureaMagistraleinIngegneriachimicaèdestinatoaformareunafiguraprofessionaledialtolivello preposta all'ideazione, ricerca, progettazione, pianificazione, sviluppo, gestione e controllo di sistemi, processi eservizicomplessinell'areadell'ingegneriachimicaed inquelleaffini. Ilpercorsocompleta la formazionedellaLaurea inIngegneriaChimicapuntandoastabilireunapiùampialatitudinediapproccioaiproblemi,maallostessotempoancheunbenpiùelevatolivellodiapprofondimentoeconsapevolezzaprofessionale.IlLaureatoMagistralein IngegneriaChimicaacquisiscelapadronanzadegliaspettimetodologicidell'ingegneriadiprocesso,basatisuconoscenzeavanzatedellematerieproprie dell'ingegneria chimica, e delle applicazioni specifiche al settore delle tecniche di controllo e di analisi dellasicurezza.Lapreparazione, completatae integratadaesperienzedi laboratorioe/oda tirocini industriali, impartisceallaureatolacapacitàdirispondereallediverseesigenzespecialistichecollegabiliall'analisiavanzataeallaprogettazionediprocessidi trasformazionedi interesse industriale. Inoltre, il laureatomagistraleacquisisce leconoscenze,glistrumentimetodologiciela"curiositàintellettuale"necessarieperilprosieguodelleattivitàdistudioe/odiricercaadunlivellopiùavanzato(masterdisecondolivello,dottoratodiricerca).TuttiilaureatimagistralinelCorsodiStudiodevonoinparticolare:-essereingradodiprodurremodellifisico/matematicicapacidianalizzarecaratteristicheeprestazionidegliapparati,degliimpiantiedeiprocessiperlaproduzionediprodottiemateriali;- essere capacidiprocedereallaprogettazionedi impianti ediprocessi ediprogettaree condurreattivitàdi ricercaesvilupponelsettore;-essereingradodistudiareedapplicaremetodiavanzatiperlaregolazioneedilcontrollodeiprocessi;-esserecapacidisviluppareedapplicaretecnologieancheinnovative,connotatedallerichiestecaratteristichedisicurezzaedicompatibilitàambientale.Ilcorsosiproponediinsegnareapprofondimentideimetodigeneralinelletecnichedimodellazioneavanzateinbuonapartedelprimoanno,mentreilsecondoannoèorientatoalleapplicazioniindustriali.Nell’ambitodell’inquadramentogeneraledicuisopra,emantenendounaimportantebasecomunecondivisaeirrinunciabilenellaformazionedell’ingegnerechimico,ilCorsodiLaureaMagistraleèorganizzatointre“curricula”(vediloroarticolazioneall’Art.5)chepermettonodiesplorareedacquisirecompetenzepiùspecificheeprofessionalizzantinelledifferentiareedelmercatodellavorooggiadisposizionedeilaureatiinIngegneriaChimica:

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1) Curriculum“IngegneriadiProcesso”(inlinguaItaliana)2) Curriculum“SustainableEngineering”(inlinguaInglese)3) Curriculum“ProductEngineering”(inlinguaInglese)

Qualunque sia il curriculum scelto, il Laureato Magistrale in Ingegneria Chimica dovrà essere in grado di utilizzarecorrettamentelalinguaIngleseinformascrittaeoraleedessereinpossessodiadeguateconoscenzechepermettanol’usodeglistrumentiinformatici,necessarinell'ambitospecificodicompetenzaeperloscambiodiinformazionigenerali.Art.3.StrutturadidatticaIlCdSèrettodallaCommissionediCoordinamentoDidattico(CCD)che,aisensidell’Art.4delRDA,condivideconilCorsodiLaureainIngegneriaChimica,culturalmenteaffine.FannopartedellaCCDtuttiiprofessori,inclusiiprofessoriacontratto,eiricercatoriresponsabilidiuninsegnamentonelcorsodistudio,oltrecheirappresentantideglistudentidelCdSelettinelConsigliodiDipartimento.IlConsigliodeiCorsidiStudioinIngegneriaChimicaèpresiedutodaunPresidente,elettosecondoquantoprevistodalloStatutodell'Ateneo.IlPresidentehalaresponsabilitàdelfunzionamentodelConsiglio,neconvocaleriunioniordinarieestraordinarie.LaCCD:a)coordinal'attivitàdidattica;b)esaminaeapprovaipianidistudiopresentatidaglistudenti;c) esamina ed approva le pratiche didattiche relative a riconoscimenti di crediti, stage e/o tirocini formativi el’internazionalizzazioneall’internodeiprogrammieuropeiattivi;d)valutal’idoneitàdiLaureenoneuropeeaifinidell’ammissioneaiCorsidiStudio;e)istituiscealpropriointernoilgruppodelriesamecheelaborailRAR.IlRARèesaminatoedapprovatodallaCCDepoitrasmessoallaCommissionepariteticadocentistudenti;f)sperimentanuovemodalitàdidattiche;g)espletatuttelefunzioniistruttorie;h)formulaproposteepareriinmeritoall’Ordinamentodidattico,alRegolamentodidatticoealManifestodegliStudideiCorsidiStudio,cheilcoordinatoretrasmetteperl’approvazionealConsigliodiDipartimento;i)esprimepareresurichiestediNullaOstaperAnnoSabbaticooperinsegnamentipressoaltriAtenei;j)intrattieneirapporticonlaSegreteriaStudentiinordineallecarrieredeglistudenti;k)esaminaeapprovalepropostedicultoridellamateria;l)proponelacomposizionedellecommissionidiesamidiprofittoedegliesamifinaliperilconseguimentodeltitolodistudiom)svolgetuttelealtrefunzioniaessadelegatedalConsigliodelDipartimento;n)puòistituireunaopiùsottocommissioniconspecificicompitiistruttori.IlConsigliodelDipartimentopuòeventualmenteattribuireallesottocommissionipoterideliberantilimitatamenteaipuntib),c)ed).LaCCDèpresiedutadalCoordinatore,chevieneelettodalConsigliodelDipartimentotraiprofessoridiruoloatempopienoresponsabilidiuninsegnamentonelCdS.IlCoordinatore:a)convocaepresiedelaCCD;b)promuoveecoordinal'attivitàdidatticadelCdSeriferiscealConsigliodelDipartimentoedellaScuola;c)sottoponealConsigliodelDipartimentoedellaScuolalepropostedellaCCDecural'esecuzionedelledeliberedelCCDinmateriadidattica;d)collaboraconilDirettoredelDipartimentooilPresidentedellaScuolaperirapporticonilNucleodiValutazioneeperlavalutazionedeirequisitidell'offertaformativa.Art.4.Requisitiperl'ammissionePerl’iscrizionealCdSsonoprevisti,inottemperanzaall’art.6comma2delDM270/04econlemodalitàdiseguitodefinite,specificicriteridiaccessoriguardantiilpossessodirequisiticurriculariel'adeguatezzadellapersonalepreparazionedellostudente.Oltreatalirequisitisiprevederà,tral’altro,ladocumentatacapacitàdiutilizzarecorrettamente,informascrittaeorale, lalinguaInglese.Inmancanzadiquest'ultima,allostudenteverràrichiestodirecuperareilcorrispondentedebitoformativodurantelosvolgimentodelcorsodistudi.4.1RequisiticurriculariPeressereammessialCorsodiLaureaMagistraleinIngegneriaChimicaoccorreessereinpossessodellaLaurea,ovverodialtrotitolodistudioconseguitoall'esteroriconosciutoidoneo.Irequisiticurriculariperl’ammissionesonoautomaticamentepossedutidailaureatideicorsidiLaureainIngegneriaChimicaistituitipressoquestoAteneo,aisensidelD.M.509/99edelD.M.270/04,inquantoicreditiformativiuniversitaridelcurriculumattivosonodichiaratiintegralmentericonoscibiliperl’immatricolazionealcorsodiLaureaMagistraleinIngegneriaChimica.L’iscrizionealCdSperlaureatidiversidaquellispecificatinelprecedentecommanonèconsentitaindifettodeirequisitiminimi curriculari specificati nella sottostante tabella. La CCD, eventualmente avvalendosi di un’apposita commissioneistruttoria,valutainquestocasoirequisiticurricularipossedutidalcandidatoenericonosceicreditiintuttooinparte.

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SSD CFUminimi

MAT/** 24FIS/01 8CHIM/06-07 12ING-INF/05 6ING-IND/24-27 40ING-IND/06,ING-IND/08,ING-IND/10,ING-IND/13,ING-IND/14,ING-IND/15,ING-IND/22,ING-IND/23,ING-IND/31-33,ICAR/08-09 18

Eventualiintegrazionicurriculariandrannoeffettuatedallostudenteanteriormenteallaiscrizione,aisensidell’art.6comma1delD.M.16marzo2007(DecretodiIstituzionedelleClassidelleLaureeMagistrali).L’integrazionepotràessereeffettuata,asecondadeicasi,medianteiscrizioneasingolicorsidiinsegnamentoattivatipressoiCorsidiStudiodiquestoAteneoaisensidell’art.16comma6delRDA,ovveromedianteiscrizionealCorsodiLaureainIngegneriaChimicadiquestoAteneoconabbreviazionedipercorsoedassegnazionediunPianodiStudicheprevedale integrazionicurricularirichiesteperl’immatricolazionealCorsodiLaureaMagistrale.4.2VerificadellapersonalepreparazionedellostudenteLaverificadelpossessodeirequisitirelativiallapersonalepreparazionedellostudentesaràeffettuata,esclusivamenteperglistudenti immatricolatisuccessivamenteal1settembre2011,sullabasedellamediaMdellevotazioni(intrentesimi)conseguitenegliesamidiprofittoperilconseguimentodeltitolodiLaurea,pesatesullabasedellerelativeconsistenzeinCFU,nonchédelladuratadeglistudiD1espressainannidicorso,confrontataconladuratanormaleD2=3annidelpercorsodistudi.IlcriterioperlaautomaticaammissionedellostudenteaiCorsidiLaureaMagistraleèstabilitosecondolatabellaallegata:

D1=D2 D1=D2+1 D1≥D2+2M≥21 M≥22.5 M≥24

In presenza di richieste di ammissione al Corso di Laurea Magistrale da parte di studenti in difetto dei criteri per laautomaticaammissione,laCommissionediCoordinamentoDidatticopotràesaminareilcurriculumseguitodall’interessato,prendendoinconsiderazionelevotazionidiprofittoconseguiteininsegnamenticaratterizzantioininsegnamenticomunqueritenuti di particolare rilevanza ai fini del proficuo svolgimento del percorso di Laurea Magistrale, ed eventualmenteimponendopercorsidiallineamento,incoerenzaconl’art.6comma3delD.M.16marzo2007,senzaaggraviodiCFU.Adesempio,nelcasolostudentescelgailcurriculumIngegneriadiProcesso,sipotrebbeimporredidoveresostenerel’esamecaratterizzante di Complementi di Termodinamica e Fenomeni di Trasporto (SSD ING-IND/24: Principi di IngegneriaChimica) come primo esame, al fine di poter verificare l’acquisizione delle competenze necessarie per la correttaprosecuzionedeglistudi.Nelcasoinveceincuilostudenteoptiperunodeicurriculainingleseilvincolosiriferisceall’esameiningleseequivalente(AdvancedThermodynamicsandTransportPhenomena).4.3ConoscenzadellalinguaInglesePeressereammessialCorsodiLaureaMagistraleinIngegneriaChimicaèrichiestaladocumentatacapacitàdiutilizzarecorrettamente,informascrittaeorale,lalinguaInglese,almenopariallivelloB2.Inassenza,ladocumentazionedeveessereacquisita entro la fine dell’a.a. di iscrizione e certificata attraverso l’attribuzione dei 3CFU per “ulteriori competenzelinguistiche”comeriportatonellaTabellaIdell’AllegatoI(DidatticaProgrammata).Qualorailrequisitononvengaraggiuntoentroilterminedelprimoannoècomunqueprevistal’iscrizionealsecondomanonèpossibilesostenerealtriesamiprimadell’acquisizionedellasuddettadocumentazione.Art.5.Articolazionedeglistudi5.1.CurriculaI curricula del CdS sono stabiliti dal piano dell’Offerta Didattica Programmata della SUA-CdS riportata nella Tabella Idell’Allegato I. L’Allegato I riporta, per ciascun curriculum, l'elenco degli insegnamenti, con l'eventuale articolazione inmoduli,l'indicazionedeisettoriedegliambitiscientificodisciplinaridiriferimento,l'elencodellealtreattivitàformative,icreditiassegnatiaciascunaattivitàformativa.Inparticolare,ilCdSèarticolatointrecurricula:1)Curriculum“IngegneriadiProcesso”(inlinguaItaliana)2)Curriculum“SustainableEngineering”(inlinguaInglese)3)Curriculum“ProductEngineering”(inlinguaInglese)LaLaureaMagistralesiconseguemediantel'acquisizionedi120CreditiFormativiUniversitari(CFU)conilsuperamentodegliesami,innumerononsuperiorea12,elosvolgimentodellealtreattivitàformative,secondoleprevisionidelpresente

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regolamento.Aifinidelconteggiodegliesamivannoconsiderateleattivitàcaratterizzanti, leaffiniointegrativeequelleautonomamentesceltedallostudente.Perl’attribuzionedeiCFUprevistiperquesteultimedeveesserecomputatoununicoesame,fermerestandodapartedellostudentelalibertàdisceltatratuttigliinsegnamentiattivatinell’Università,purchécoerenticonilprogettoformativo,elapossibilitàdiacquisizionediulterioriCFUnelledisciplinedibaseecaratterizzanti.Restanoesclusedalconteggioleprovechecostituisconounaccertamentodiidoneitàrelativamentealleattivitàdicuiall’art.10comma5letterec),d)ede)delRAD.5.2.AttivitàformativeerelativetipologieL'impegnoorarioriservatoallostudiopersonaleeadaltreattivitàformativeditipoindividualenondeveessereinferioreal50%dell'impegnoorariocomplessivo.L'allegatoIIspecifica,perciascuninsegnamento,imodulidacuiessoècostituitoe,perciascunmodulo:a) ilsettorescientifico-disciplinarediriferimento,b) iCreditiFormativiUniversitari(CFU),c) letipologiedidattichepreviste(Lezioni,Esercitazioni,ecc.),d) gliobiettiviformativispecifici,e) icontenuti.5.3.ObsolescenzadeiCreditiformativiuniversitariIcreditiacquisitinonsonodinormasoggettiadobsolescenza,fattasalvaladisciplinacheregolalecondizionididecadenzadaglistudi.L’obsolescenzadicreditiformativirelativiaspecificheattivitàformativepuòesseredeliberatadalConsigliodiDipartimento, supropostamotivatadellaCCD.Ladeliberadi obsolescenza riporterà l’indicazionedellemodalitàper laconvalidadeicreditiobsoleti,stabilendoleeventualiproveintegrativechelostudentedovràsostenere.Art.6.Organizzazionedidattica6.1.TipodiorganizzazioneLaduratanormaledelCdSèdi2anni.Leattivitàformativeprogrammateperognisingoloannosonosomministrateindueperiodididattici,esisvolgono,intempidifferentidaquellidedicatiagliesami,conl'eccezionedegliappellidiesamededicatia particolari categorie di studenti, secondo quanto specificato all'Art.10. In Allegato II viene indicato, per ogni attivitàformativa,l’annodicorsoincuiessaèprogrammata.6.2.SUA-CdSTutteleatttivitàformativedelCdLsonoriportatenellaSUA-CdS.OgniannoilCCDdeveprovvedere,secondoilcalendariotemporalespecificatoogniannodalMIURedall'Ateneo,allaprogrammazionedelleattivitàformativeattraversolastesuradellaSUA-CdS.LaSUA-CdSvienesuccessivamentediscussaeratificatadagliorganidiAteneoediDipartimentocompetentiinmateria,secondoitempielemodalitàprevistedallalegge.6.3.PianidistudioOgniannoglistudentipossonopresentareilPianodistudioperilsuccessivoAnnoAccademico.Lapresentazionehaluogo,di norma, entro il 31Ottobre. Il Pianodi studiopuò esserepresentato ancheprimadell'iscrizione all'anno accademicosuccessivo e prima del versamento del bollettino di iscrizione. Esclusivamente allo studente che intenda presentaredomandadipassaggioodiopzioneèconsentitodipresentarecontestualmenteilPianodistudioinderogaallescadenzepreviste.L'approvazione sarà comunque subordinata all’avvenuta iscrizione entro i termini previsti e alla conformitàdei dati diiscrizioneconquellidipresentazionedelPianodistudio.IPianidistudiosonoesaminatieapprovatidallaCCDentro45giornidalladataditrasmissioneallaCCDdapartedellaSegreteriaStudenti.Inmancanzadideliberaentroqueltermine,essisonoconsideratiapprovatilimitatamenteallaparteconformeacurriculaedinsegnamentiopzionaliriportatinelpresenteRegolamento(AllegatoI,TabelleIeII).InognicasolaCCDdeliberaespressamenteinordinealleattivitàautonomamentesceltedallostudente.Qualora lo studente non perfezioni, nelle forme e nei tempi previsti per questo adempimento, l'iscrizione all'annoaccademicocuiilPianodistudiosiriferisce,essononavràefficacia.IncasodimancatapresentazionedelPianodistudioentroiterminidiscadenza,allostudenteverràassegnatod’ufficiounpianodi studio comprendente gli insegnamenti obbligatoriper l’annodi corso a cui si iscrive, nonchèuna selezionediinsegnamenti stabiliti dal ConsigliodeiCorsi di Studionel cui ambito lo studentepuò sostenerequalsiasi esame fino acoperturadeicreditinecessari.E’fattasalvalafacoltàperlostudentedimodificarlonell’annosuccessivoentroiterministabiliti.Sono esentati dalla presentazione del Piano di Studio i soli studenti che sostengono tutti gli insegnamenti curriculaririportatinellatabelladelladidatticaprogrammataecheintendonoinserirecomeesami‘asceltaautonomadellostudente’(vediTab.IinAllegatoI)duetragliinsegnamentiriportatinellaTabellaIIdell’AllegatoI.Inognialtrocaso,allostudenteche non presenti il Piano di studio entro i termini di scadenza ne verrà assegnato d’ufficio uno comprendente i soliinsegnamentiobbligatoriperl’annodicorsoacuisiiscrive.6.4.Frequenza

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Inconsiderazionedeltipodiorganizzazionedidatticaprevistanelpresenteregolamentoe,inparticolare,diquantoregolal'accertamentodelprofitto,dinormaèprevistalafrequenzaobbligatoriaatutteleattivitàformative.Inparticolare,pergliinsegnamenti che comprendonoattivitàdiLaboratorio, la frequenzaadalmeno il70%di esseèprerequisitoperpoteraccedereallavalutazione.Pergliinsegnamentineiqualilaverificadelprofittoincludegliaccertamentiinitinere,conprovedasvolgersidurantelosvolgimentodelcorso,ilprerequisitoperaccedereallavalutazioneèl'aversvoltoalmenoil70%delleprove.6.5.Insegnamentoadistanza(teledidattica)PertaluneattivitàformativeilDipartimento,supropostadellaCCD,potràstabilirel’attivazionedimodalitàdiinsegnamentoa distanza (teledidattica). Lo studente che intenda avvalersi degli strumenti di insegnamento a distanza ne presenteràistanza, la quale sarà valutata dal Consiglio dei Corsi di Studio. Lo studente la cui istanza di avvalersi di strumenti diinsegnamento a distanza sia stata accolta favorevolmente è esonerato dagli obblighi di frequenza di cui al commaprecedente.Art.7.TutoratoNell'ambitodellaprogrammazionedidattica,laCCDorganizzaleattivitàdiorientamentoetutoratosecondoquantoindicatonell'appositoRegolamentoprevistodall'Art.8delRDA.Art.8.PassaggietrasferimentiLedomandeditrasferimentopressoilCdSdistudentiprovenientidaaltroAteneoodaaltriCorsidiStudidellostessoAteneosonosottoposteall’approvazionedellaCCD,chenedeliberailriconoscimentodeicreditiacquisiti.Aquestofine,essapuòistituireun'appositacommissioneistruttoriache,sentitiidocentidelsettorescientifico-disciplinarecuil’attivitàformativaafferisce,formuliproposteperlaCCD.Icreditiacquisitiinsettoriscientifico-disciplinarichenoncompaiononeicurriculadelCdSpotrannoesserericonosciutiacondizionecheleattivitàformativeacuifannoriferimentosianoinseriteinunPianodistudioapprovato.Art.9.Esamiealtreverifichedelprofitto1.L'esamediprofittohaluogoperogniinsegnamentosecondolemodalitàgeneralidisciplinatedall’art.20delRegolamento Didattico di Ateneo. In particolare (Art. 20, comma 8 del suddetto Regolamento: “In ciascunasessionelostudenteinregolacongliadempimentiamministrativipuòsosteneresenzaalcunalimitazionetuttigliesaminelrispettodellepropedeuticitàedelleeventualiattestazionidifrequenzaprevistedalregolamentodidatticodiciascuncorsodistudio.Icandidatichesostengonounesamediprofittopossonoritirarsinelcorsodellosvolgimentodellaprova.Iltempochedeveintercorreretraunesamenonsuperatoel'ammissionedellostudenteadunasuccessivasedutadellostessodinormaèstabilitodallaStrutturadidatticacompetente”.2.Nelcasoincuil’insegnamentosiacostituitodapiùmodulididattici,l’esamesiriferisceallatotalitàdeimodulididattici. Esso deve tenere conto dei risultati conseguiti in eventuali prove di verifica sostenute durante losvolgimentodelcorso(proveinitinere).3.Leprovediverificaeffettuateinitineresonoinseritenell’orariodelleattivitàformative.Leloromodalitàsonostabilitedaldocentenell’ambitodelcoordinamentogeneraledegliinsegnamentiimpartitinelmedesimoperiododidattico,ecomunicateagliallieviall'iniziodelcorso.4.Leprovediesamee/oleproveinitinerepossonoconsisterein:-colloquioorale;-elaboratoinformascrittae/ografica;-questionario/esercizionumerico-provadilaboratorio-sviluppodiattivitàprogettuale.5.Ilsuperamentodell'esamedeterminal'acquisizionedeicorrispondentiCFU.6.LosvolgimentodegliesamidiprofittodiquestoCorsodiStudiavvienesecondolaseguentedisciplinastabilitacondeliberadellaScuolaPolitecnicaedelleScienzediBase:6.1.Periodididatticieperiodidiesami.LeStruttureDidatticheindividuano,coerentementeconl’organizzazionedidatticasemestraledeiCorsidiStudio,iperiodididattici(IeIIperiododidattico)ediperiodidiesami(Iperiododiesami:dinormatralafinedelprimoperiododidatticoel’iniziodelsecondo;IIperiododiesami:dinormatralafinedelsecondoperiododidatticoe

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l’iniziodelperiododivacanzaaccademicaestiva;IIIperiododiesami:dinormatralafinedelperiododivacanzaaccademicaestivaedil30settembre).Fattosalvoquantostabilitoalsuccessivopunto6.3,glistudentiiscrittiincorsoagliannidiversidall’ultimononpossonosostenereesaminelcorsodeiperiodididattici.Glistudentiiscrittiall’ultimoannodelpercorsonormaledistudipossonosostenereesamiindebitoapartiredallaconclusionedeicorsidelIperiododidattico,anchealdifuoridei“periodidiesami”sopraindicati,seguendolaprogrammazionedellesedutediesamestabilitadalleStruttureDidattichediconcertoconidocenti.Glistudentiiscrittifuoricorsopossonosostenereesamidurantetuttol’anno,secondolaprogrammazionedellesedutediesamestabilitadalleStruttureDidattichediconcertoconidocenti.9.2Calendariodegliesami.Ledatediinizioefinedeiperiodididatticielecorrispondentidatediinizioefinedeiperiodidiesamifannopartedel Calendario delle Attività Didattiche, stabilito all’inizio dell’Anno Accademico dalle Strutture Didattichenell’ambitodelcoordinamentooperatodallaScuola.IlcalendariodettagliatodegliesamidiprofittoèpubblicatosulportaledelCorsodiStudientroil30settembrediognianno.9.3Numerodiappellidiesameelorodistribuzione.Per tuttigli insegnamenticurricularichecostituiscono ilprospettodellaDidatticaProgrammatadelCorsodiStudieperglistudentiiscrittiincorsoèprevistounnumerominimodiappelli,traiqualidevonointercorrerealmeno15giornisolari,cosìarticolato:-dueappellinelprimoperiododiesami;-dueappellinelsecondoperiododiesami;-unappellonelterzoperiododiesami;-unappellostraordinarioperilrecuperodegliesamiindebitonelmesediottobre;-unappellostraordinarioperilrecuperodegliesamiindebitonelmesedimarzo.Idocentipossonoprevedereappelliaggiuntivirispettoaquelliprecedentementeindicati,dandonetempestivacomunicazionealleStruttureDidattichecompetenti.Secomunicateintempoutile,ledatedegliappelliaggiuntivisarannoinseritenelcalendariodettagliatodegliesamipubblicatoneitempiprevistidalcomma5.2.Inognicasotutteledatediesamedovrannoessereopportunamentepubblicizzatesuirispettivisitidocenti.IlCalendariodegliesamièstabilitodalleStruttureDidattiche(CorsidiStudio,Dipartimenti,Scuola),diconcertocon idocenti titolari,assicurando launiformedistribuzionedegliappellineiperiodidiesamee laassenzadisovrapposizionedisedutediesameriferiteadinsegnamentiimpartitinelmedesimoperiododidattico.9.4Ripetizionediunesame.Nell’ambitodelladisciplinageneralestabilitadalRegolamentoDidatticodiAteneo*,sidisponecheglistudentipossanosostenereunesamenonsuperatosenzaalcunalimitazione,purchétral’appellodell’esamesostenutoeilsuccessivosianotrascorsialmeno15giornisolari.9.5RaccomandazionielineediindirizzoPericorsitenutinelIperiododidatticoenell’ambitodelcoordinamentotrasversalepotrannoessereprevisti“pre-appelli” immediatamente successivi alla fine del corso, nel quadro di una bilanciata collocazionecomplessivadegliappellinelIperiododiesame.Pergliesamicheprevedonopiùprove(ades.scrittoeorale)siraccomandafortementedicontenerel’intervallotemporale intercorrente tra le stesse al minimo compatibile con le normali operazioni di correzione deglielaborati. Si raccomanda inoltre di curare la tempestiva trasmissione dei verbali alle Segreterie Studenticompetenti.Art.10.TempiLaduratanormaledelCorsodiLaureaMagistraleinIngegneriaChimicaèdi2anni.Art.11.EsamediLaureaMagistraleL'esamediLaureaMagistralesiriferisceallaprovafinaleprescrittaperilconseguimentodelrelativotitoloaccademico.Peressereammessoall'esamediLaureaMagistrale,lostudentedeveavereacquisitotuttiicreditiformativiprevistidalsuoPiano di studio, tranne quelli relativi all'esame finale. Inoltre, è necessario che lo studente abbia adempiuto ai relativiobblighiamministrativi.LaprovafinaleconsistenelladiscussionediunaTesidiLaureaMagistraleredattainmodooriginaledallostudentesottolaguidadiunoopiùrelatori.Illavoroditesipuòancheessereredattoinlinguainglese.Intalcasoadessodeveessereallegatounestrattoinlinguaitaliana.

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L’elaboratosaràpredispostosottolaguidadiunDocentecheassumeilruolodiRelatore(eventualmentecoadiuvatodaco-relatori),assolvendoalleseguentifunzioni:- attestal’avvenutoproficuosvolgimentodelleeventualiattivitàpropedeutiche(tirociniintramoeniaoextramoenia,ove

previsti,diconcertoconiltutoruniversitario,laddovesiadiversodalRelatore);- valutalostatodiavanzamentocomplessivodelleattivitàfinalizzateallapredisposizionedell’elaborato,verificandoche

sussistano le condizioni perché l’allievo possa presentarsi a sostenere con profitto l’esame di laurea magistrale(attraversol’apposizionedellapropriafirmaalladomandadiammissioneall’esamedilaureamagistraleneitempieneimodiprevisti);

- guidal’allievonellapredisposizionedell’elaboratodilaureamagistrale;- assistel’allievonellapreparazionedell’esamedilaureamagistrale.La Commissione di Laurea perverrà alla formulazione del voto di laurea magistrale tenendo conto: a) della qualitàdell’elaboratopresentatoalladiscussioneedellasuaesposizione;b)dellamediadeivotiottenutinegliinsegnamentiinclusinel curriculumdello studente,pesatiper il numerodiCFUattribuiti a ciascun insegnamento; c)delle eventuali attivitàintegrativesvoltedallostudente,qualitirocini,periodidistudioinUniversitàecentridiricercaitalianiestranieri.Aifinidell’esposizioneneiRegolamentiDidattici,i15creditiprevistiperlaprovafinalesonosuddivisiin:

- 14crediti:attivitàperlapreparazionedell’elaboratodilaureamagistrale- 1credito:esamedilaureamagistrale

Leattivitàrelativeallapreparazionedell’elaboratodilaureamagistralepossonoesseresvolteall’estero,adesempionelquadrodegliscambiERASMUS,edessereesposteaifinidelleattivitàdiinternazionalizzazione.Art.12.OpzionidaipreesistentiOrdinamentiall’OrdinamentoexD.M.270/04GlistudentiiscrittiaiCorsidiLaureaSpecialisticainIngegneriaChimicadell’ordinamentoexD.M.509/99,oppureaCorsidiLaureaMagistrale in Ingegneria Chimica exD.M. 270/04 con ordinamenti precedenti rispetto a quello attuale possonooptare per l'iscrizione al Corso di LaureaMagistrale in Ingegneria Chimica dell’attuale ordinamento exD.M. 270/04. IlriconoscimentodeglistudicompiutisaràdeliberatodalConsigliodeiCorsidiStudio,previalavalutazioneincreditidegliinsegnamenti dell’ordinamento di provenienza e la definizione delle corrispondenze fra gli insegnamenti/modulidell’attualeordinamentoexD.M.270/04ediquellodiprovenienza.

8

TabellaIDidatticaProgrammatadelCorsodiLaureaMagistraleinIngegneriaChimicaA.A.2020/2021

Curriculum“IngegneriadiProcesso”

Insegnam

entoo

attivitàform

ativa

Modulo

(ove presente)

CFU

SSD

Tipologia(*)

Ambitodisciplinare

Propedeuticità

IAnnoIsemestre

ComplementidiTermodinamicaeFenomenidiTrasporto 8 ING-IND/24 2 Ingegneriachimica

SicurezzaneiProcessiChimici 6 ING-IND/27 2 Ingegneriachimica DinamicanonLinearedeiProcessichimici 6 ING-IND/26 2 Ingegneriachimica

Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività IIsemestre

SviluppoeAnalisidelRischiodeiProcessiChimici 9 ING-IND/27 2 Ingegneriachimica DinamicaeControllodeiProcessiChimici 8 ING-IND/26 2 Ingegneriachimica

ReattoriChimicieBiochimici 8 ING-IND/25 2 Ingegneriachimica Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività

UlterioriconoscenzeLinguistiche 3 6 Altreattività IIAnno

IsemestreOperazionidell’IndustriadiProcesso 9 ING-IND/25 2 Ingegneriachimica

Economiaedorganizzazioneaziendale 9 ING-IND/35 4 Attivitàformativeaffini/integrative

CatalisiIndustriale 6 ING-IND/27 2 Ingegneriachimica Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività

IIsemestre

FondamentidiIngegneriaStrutturale 9 ICAR/09 4 Attivitàformativeaffini/integrative

Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività Tirociniformativiediorientamento 6 6 Altreattività

Provafinale 15 5 Altreattività a)I18CFUperinsegnamentisceltiautonomamentedallostudentesonocollocabilisiaalprimochealsecondoanno,alprimooalsecondosemestre.(*)LegendadelletipologiedelleattivitàformativeaisensidelDM270/04

Attivitàformativa 1 2 3 4 5 6 7

rif.DM270/04

Art.10comma1,

a)

Art.10comma1,

b)

Art.10comma5,

a)

Art.10comma5,

b)

Art.10comma5,

c)

Art.10comma5,

d)

Art.10comma5,

e)AttivitàformativeasceltaautonomadellostudentePerquantoriguardaleattivitàasceltaautonoma,laCommissionepropone,nell’ambitodelManifestodegliStudi,annualmenteunalistadiinsegnamentichepermettonodiapprofondireparticolariaspettidelledisciplinechecostituisconoilbagaglioculturaleirrinunciabileperciascunostudente.

9

Curriculum“ProductEngineering”

Insegnam

entoo

attivitàform

ativa

Modulo

(ovepresente)

CFU

SSD

Tipologia(*)

Ambitodisciplinare

Propedeuticità

IAnnoIsemestreAdvancedThermodynamicsandTransportPhenomena 8 ING-IND/24 2 Ingegneriachimica

SafetyinChemicalProcesses 6 ING-IND/27 2 Ingegneriachimica

AppliedPhysicalChemistry 9 ING-IND/23 4 Attivitàformativeaffini/integrative

Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività IIsemestreRheology 9 ING-IND/24 2 Ingegneriachimica ProcessDynamicsandControl 8 ING-IND/26 2 Ingegneriachimica ChemicalandBiochemicalReactors 8 ING-IND/25 2 Ingegneriachimica Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività UlterioriconoscenzeLinguistiche 3 6 Altreattività

IIAnnoIsemestreModelingandNumericalSimulationofChemicalProcesses 6 ING-IND/26 2 Ingegneriachimica

SoftMatterEngineering 9 ING-IND/26 2 Ingegneriachimica UnitOperationsforProductEngineering 6 ING-IND/25 2 Ingegneriachimica Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività IIsemestre

StructureEngineering 9 ICAR/09 4 Attivitàformativeaffini/integrative

Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività Tirociniformativiediorientamento 6 6 Altreattività Provafinale 15 5 Altreattività

a)I18CFUperinsegnamentisceltiautonomamentedallostudentesonocollocabilisiaalprimochealsecondoanno,alprimooalsecondosemestre.(*)LegendadelletipologiedelleattivitàformativeaisensidelDM270/04


rif.DM270/04

Art.10comma1,

a)

Art.10comma1,

b)

Art.10comma5,

a)

Art.10comma5,

b)

Art.10comma5,

c)

Art.10comma5,

d)

Art.10comma5,


10

Curriculum“SustainableEngineering”

Insegnam

entoo

attivitàform

ativa

Modulo

(ovepresente)

CFU

SSD

Tipologia(*)

Ambitodisciplinare

Propedeuticità

IAnnoIsemestreAdvancedThermodynamicsandTransportPhenomena 8 ING-IND/24 2 Ingegneriachimica

SafetyinChemicalProcesses 6 ING-IND/27 2 Ingegneriachimica

FermentationChemistryandIndustrialMicrobiology 9 CHIM/11 4 Attivitàformativeaffini/integrative

Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività IIsemestreProcessDynamicsandControl 8 ING-IND/26 2 Ingegneriachimica FundamentalsofBioprocessEngineering 6 ING-IND/24 2 Ingegneriachimica ChemicalandBiochemicalReactors 8 ING-IND/25 2 Ingegneriachimica Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività UlterioriconoscenzeLinguistiche 3 6 Altreattività

IIAnnoSustainableProcessDesign 9 ING-IND/25 2 Ingegneriachimica EnvironmentalChemicalEngineering 6 ING-IND/25 2 Ingegneriachimica IndustrialChemistryfromrenewablefeedstocks 9 ING-IND/27 2 Ingegneriachimica Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività IIsemestre

StructureEngineering 9 ICAR/09 4 Attivitàformativeaffini/integrative

Attivitàformativeasceltaautonomadellostudentea 0-18 3 Altreattività Tirociniformativiediorientamento 6 6 Altreattività Provafinale 15 5 Altreattività

a)I18CFUperinsegnamentisceltiautonomamentedallostudentesonocollocabilisiaalprimochealsecondoanno,alprimooalsecondosemestre.(*)LegendadelletipologiedelleattivitàformativeaisensidelDM270/04


rif.DM270/04

Art.10comma1,

a)

Art.10comma1,

b)

Art.10comma5,

a)

Art.10comma5,

b)

Art.10comma5,

c)

Art.10comma5,

d)

Art.10comma5,


11

Esami opzionali Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica

In

segn

amen

to o

at

tività

form

ativ

a

Sem

estr

e

CFU

SSD

Propedeuticità

Advanced numerical techniques for soft matter simulation II 6 ING-IND/26

Modeling and numerical simulation of chemical processes

Applied statistical thermodynamics II 6 ING-IND/23

Biomateriali I 6 ING-IND/34

Biotechnological processes II 6 ING-IND/25 Chimica fisica dei materiali e delle superfici I 6 CHIM/02

Combustione e fluidodinamica di sistemi reagenti I 6 ING-IND/25

Environmental biotechnology I 6 ING-IND/24 Food formulation engineering II 6 ING-IND/25

Formulation chemistry I 6 CHIM/02 Heterogeneous photocatalytic processes II 6 ING-IND/27

Ingegneria dei materiali nanofasici per l’energia e la sensoristica I 6 ING-IND/22

Ingegneria dei sistemi elettrochimici e celle a combustibile II 6 ING-IND/27

Ingegneria Sanitaria Ambientale II 6 ICAR/03

Interfacial engineering I 6 ING-IND/24

Meccanica dei fluidi complessi* II 6 ING-IND/24 Monitoraggio di inquinanti nell’ambiente** II 6 ING-IND/24

Reattori e apparecchiature multifase II 6 ING-IND/25

Regenerative chemistry I 6 CHIM/07 Rischi di esplosione nei luoghi di lavoro: prevenzione e protezione*** II 6 ING-IND/27

Sicurezza di materiali solidi e liquidi ed attività laboratoriali*** I 6 ING-IND/27

Sicurezza strutturale antiincendio di edifici industriali*** I 6 ICAR/09

Sustainable technologies for pollution control I 6 ING-IND/25

Thermo-chemical conversion of biomass and waste II 6 ING-IND/26

Tossicologia e igiene industriale*** II 6 MED/42 *solo per studenti dei curricula “Ingegneria di Processo” e “Sustainable Engineering” **a partire dall’A.A. 2021/2022 sarà offerto in inglese e cambierà denominazione (Environmental monitoring) ***corsi offerti a partire dall’a.a. 2021/2022

12

Allegato II

Attività formative del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica

Parte 1 – Insegnamenti curriculari

13

Curriculum“IngegneriadiProcesso”

SCHEDA DELL’ INSEGNAMENTO DI CATALISI INDUSTRIALE

Corso di Studio X Insegnamento X Laurea Magistrale A.A. 2020/2021

Docente: Maria Turco ( 081 7682259 email: [email protected]

SSD ING-IND/27 CFU 6 Anno di corso I Semestre I

Insegnamenti propedeutici previsti: RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI

Conoscenza e capacità di comprensione Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le applicazioni industriali di catalizzatori nei processi di maggiore rilevanza per l’industria chimica. In particolare lo studente deve essere in grado di valutare e confrontare i diversi sistemi catalitici in relazione alle specifiche funzioni richieste dal tipo di reazioni ed alle caratteristiche dei processi cui sono destinati.. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Lo studente deve dimostrare di essere in grado di individuare, sulla base di conoscenze di letteratura e dei settori di applicazione industriale, i criteri di scelta di opportuni sistemi catalitici e dell’insieme delle condizioni di processo Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a: • Autonomia di giudizio:

Lo studente dovrà essere in grado di individuare autonomamente gli aspetti di rilievo inerenti la gestione di processi catalici, quali la stabilità e l’efficienza dei sistemi catalitici, la selettività ai prodotti di interesse, le tipologie e le condizioni operative di reattori catalitici

• Abilità comunicative:

• Capacità di apprendimento: Lo studente dovrà essere in grado di apprendere e trattare in maniera organica i diversi contributi culturali su cui fonda la catalisi, termodinamica, cinetica, chimica-fisica dei solidi, reattorisitca per giungere alla descrizione dei processi catalitici.

PROGRAMMA

Crediti 2 Concetti di base della catalisi. Definizione di catalizzatore. Catalisi omogenea ed eterogenea: fattori che condizionano o determinano l'attività catalitica. Catalizzatori industriali. Classificazione e tipi di catalizzatori: catalizzatori acido-base, di ossido riduzione, polifunzionali, organo-metallici, enzimi. Proprietà dei catalizzatori eterogenei. Composizione e metodi di preparazione di catalizzatori eterogenei. Fase attiva, supporti e promotori; Precipitazione ed impregnazione; Fenomeni di disattivazione ed avvelenamento Crediti 2 Cinetica di reazioni catalizzate. Richiami di cinetica chimica. Modelli cinetici empirici: equazioni legge di potenza. Modelli cinetici formali: meccanismi di reazione, stadi elementari. Concetto di stadio limitante ed approssimazione dello stato stazionario. Esempi di modelli cinetici formali in catalisi eterogenea. Fattori fisici che influenzano la cinetica in catalisi eterogenea: regimi di reazione. Crediti 2 Efficienza di catalizzatori eterogenei. Regimi di reazione. Reattori catalitici industriali. Criteri generali di scelta del reattore e delle condizioni operative; esempi di reattori catalitici industriali. Esempi di processi di interesse industriale

CONTENTS

2CFU Catalysis basic concepts. Definition of catalyst. Homogeneous and heterogeneous catalysis. Factors affecting or determining the catalytic activity Industrial catalysts. Catalysts types and classification: acid-base catalysts, oxidation-reduction, polyfunctional, organo-metallic, enzymes. Properties of heterogeneous catalysts. Composition and preparation of heterogenous catalysts. Active phase, support, promotors. Precipitation and impregnation; Poisoning and deactivation mechanisms 2CFU Catalyzed reaction kinetics. Chemical kinetics primer. Empirical kinetic models: power-law equations. Formal kinetic models: reaction mechanisms, elementary stages. limiting stage and steady-state approximation. Examples of formal kinetic model in heterogeneous catalysis. Physical factors affecting the heterogeneous catalyzed kinetics: reaction regimes.

14

2CFU Heterogenous catalyst efficiency. Reaction regimes. Industrial catalytic reactors. General criteria for the reactor selection and for operating conditions; examples of industrial catalytic reactors. Examples of processes of industrial interest.

MATERIALE DIDATTICO

- C. N. Satterifield Heterogeneous Catalysis in Industrial Practice , 2nd Edition, Krieger Publishing Company, - J. M. Thomas; W. J. Thomas Pronciples and Paractice of Heterogeneous Catalysis, Wiley-VCHJ. Steinbach, Safety

Assessment for Chemical Processes, Wiley-VCH. Durante il corso il docente fornirà appunti delle lezioni.

FINALITA’ E MODALITA’ PER LA VERIFICA DI APPRENDIMENTO

a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Lo studente dovrà essere in grado di condurre un’analisi completa degli aspetti che descrivono un processo catalitico e di discuterne le condizioni operative.

b) Modalità di esame:

L'esame si articola in prova Scritta e orale Solo scritta Solo orale X Discussione di elaborato progettuale Altro, specificare In caso di prova scritta i quesiti sono (*)

A risposta multipla

A risposta libera Esercizi numerici

15

SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: COMPLEMENTI DI TERMODINAMICA E FENOMENI DI TRASPORTO

CORSO DI STUDIO X Course X Master degree A.A. 2020/2021 Ingegneria Chimica

Teacher: S. Caserta/G. Ianniruberto ( 081 7685971/7682270 email:sergio.caserta/[email protected]

SSD ING-IND/24 CFU 8 Year I Term I

Propedeuticità: nessuna RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI

Conoscenza e capacità di comprensione Ci si aspetta che lo studente acquisisca conoscenze e capacità di comprensione di concetti avanzati di termodinamica e fenomeni di trasporto, con particolare attenzione a: - equilibri di fase e di reazione rilevanti nell'ingegneria chimica. Lo studente sarà in grado di analizzare sistemi con comportamento non ideale; - trasferimento di massa, energia e quantità di moto rilevanti per l'ingegneria chimica. Lo studente sarà in grado di analizzare sistemi dipendenti dal tempo in geometrie tridimensionali. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ci si aspetta che lo studente sia in grado di risolvere problemi di equilibri di fase e di reazione in sistemi non ideali. Lo studente sarà in grado di calcolare le condizioni di equilibrio e le proprietà termodinamiche dei sistemi di interesse nelle applicazioni di ingegneria chimica. Ci si aspetta inoltre che lo studente risolva problemi riguardanti la conservazione di massa, energia e quantità di moto e calcoli di proprietà di campo, quali velocità, pressione, concentrazione di specie chimiche, temperatura, nelle applicazioni tipiche dell’ingegneria chimica. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di valutare in modo autonomo la dipendenza delle condizioni termodinamiche e di trasporto dai parametri rilevanti nelle applicazioni. Lo studente sarà anche in grado di valutare quali sono i limiti imposti dalla termodinamica e dai fenomeni di trasporto sul processo di interesse. • Abilità comunicative: Lo studente sarà in grado di lavorare in gruppi e di interagire con diversi professionisti (chimici, chimici industriali, fisici, biologi, medici, chimici farmaceutici, biotecnologi) per ottimizzare le potenziali applicazioni della termodinamica e dei fenomeni di trasporto. • Capacità di apprendimento: Lo studente sarà in grado di raccogliere in modo autonomo informazioni dettagliate sui fenomeni termodinamici e di trasporto di materia, energia e quantità di moto rilevanti nelle applicazioni.

PROGRAMMA

Equilibri di fase di sistemi non ideali e relativi metodi di calcolo. Equilibri di fase e stabilità. Equilibrio osmotico e pressione osmotica. Termodinamica delle interfacce. Tensione superficiale. Equazione di Young-Laplace. Adsorbimento. Isoterma di Langmuir. Angolo di contatto e bagnabilità. Concetti di base di elettrochimica. Il potenziale elettrochimico. Equazione di Nernst. Equilibri chimici di sistemi non ideali. Equilibri eterogenei. Formulazione 3D del bilancio di massa per fluidi comprimibili e incomprimibili. Formulazione 3D del bilancio di quantità di moto e del momento della quantità di moto. Il tensore degli sforzi. Equazioni costitutive per fluidi Newtoniani e non-Newtoniani. L'equazione di Navier-Stokes. Applicazioni: flusso intorno ad oggetti sommersi, approssimazione della lubrificazione; strato limite. Turbolenza: l'equazione di Navier-Stokes mediata nel tempo. Il tensore dello stress di Reynolds. Formulazione 3D del bilancio di energia. Equazioni costitutive per il trasferimento di calore. Cenni di irraggiamento. Formulazione 3D del bilancio delle specie chimiche. Equazione costitutiva per il trasferimento di massa diffusivo: diffusione Fickiana e non-Fickiana.

CONTENTS Introduction to the yeast technology. Phase equilibria of non-ideal systems and related calculation methods. Phase equilibria and stability. Osmotic equilibrium and osmotic pressure. Interfacial Thermodynamics. Surface tension. Young-Laplace equation. Adsorption. Langmuir isotherm. Contact angle and wetting. Basic concepts of electrochemistry. The electrochemical potential. Nernst equation. Chemical equilibria of non-ideal systems. Heterogeneous equilibria. 3D formulation of the mass balance for compressible and incompressible fluids.

16

3D formulation of the momentum and momentum of momentum balances. The stress tensor. Constitutive equations for Newtonian and non-Newtonian fluids. The Navier-Stokes equation. Applications: creeping flow past a sphere, lubrication approximation; boundary layer. Turbulence: the time-averaged Navier-Stokes equation. The Reynolds stress tensor. 3D formulation of the energy balance. Constitutive equations for heat transfer. Fundamentals of heat radiation. 3D formulation of the balance of chemical species. Constitutive equation for the diffusive mass transfer: Fickian vs. non Fickian diffusion.

MATERIALE DIDATTICO

• J. M. Smith e H. C. Van Ness, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, McGraw-Hill • H.-J. Butt, K. Graf, M. Kappl, Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley-VCH • R.B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Lightfoot, Transport Phenomena, Wiley (2007) • M. M. Denn, Process Fluid Mechanics, Prentice-Hall (1980) • Dispense fornite dai docenti

FINALITÀ E MODALITÀ PER LA VERIFICA DI APPRENDIMENTO

a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Lo studente deve dimostrare una buona conoscenza dei concetti avanzati di termodinamica e fenomeni di trasporto, e la capacità di applicarli alla soluzione di problemi di interesse pratico e di casi-studio.


L'esame si articola in prova Scritta e orale Solo scritta X Solo orale Discussione di elaborato progettuale

Altro (specificare) In caso di prova scritta i quesiti sono*

Risposta multipla X Risposta aperta X Esercizi numerici X

*è possibile indicare più opzioni

17

SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: DINAMICA E CONTROLLO DEI PROCESSI CHIMICI


Teacher: Colomba Di Blasi ( 081 7682232 email: [email protected]



Conoscenza e capacità di comprensione Comprensione dei metodi per la soluzione di modelli matematici a parametri concentrati di tipo lineare per la dinamica di processi chimici in continuo, capacità di identificare gli obiettivi del controllo, acquisizione dei metodi per il progetto e la gestione di processi controllati. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Capacità di modellare ed analizzare la dinamica di processi chimici descritti come sistemi del primo ordine, del secondo ordine e di ordine superiore, incluso linearizzazione e trasformazione nel dominio di Laplace. Abilità e competenza nell'identificare le variabili di processo (e dei relativi strumenti di misura) delle principali operazioni unitarie e le variabili di input da manipolare per il controllo. Abilità nel valutare la stabilità di processi controllati e nell'identificare i controllori più idonei (con relativo tuning) per realizzare specifici obiettivi (controllo feedback). Capacità di applicare sistemi di controllo avanzato (controllo in cascata, di rapporto, feedforward, inferenziale ed adattativo, compensatori di tempo morto e di risposta inversa). Abilità nell'impiego del software MATLAB per la simulazione della dinamica di processi chimici e per il tuning di controllori feedback. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Capacità di elaborare ed applicare autonomamente metodologie ingegneristiche per l'analisi della

dinamica ed il controllo di processi chimici. • Abilità comunicative: Capacità di collaborare in gruppi di lavoro e presentare in aula soluzioni di problemi assegnati. • Capacità di apprendimento: Acquisizione delle conoscenze/strumenti di base sufficienti per successivi

approfondimenti e specializzazioni di strategie di controllo complesse e/o innovative in ambito industriale.

PROGRAMMA Bilanci di materia ed energia non stazionari per le principali unità di processo. Strumenti di misura e relativi modelli dinamici. Linearizzazione. Soluzioni di equazioni differenziali ordinarie lineari con il metodo della trasformata di Laplace. Funzione di trasferimento. Stabilità di sistemi dinamici. Dinamica di sistemi lineari del primo ordine, del secondo ordine e di ordine superiore. Controllo feedback. Controllori di tipo proporzionale (P), integrale (I) e derivativo (D). Risposta closed-loop di sistemi dinamici con controllo feedback. Effetti del controllo P, PI, PD e PID. Stabilità di sistemi feedback ed analisi della risposta in frequenza. Progetto di controllori feedback. Analisi e progetto di sistemi di controllo avanzato. Controllo in cascata. Compensazione per sistemi con tempo morto e risposta inversa. Controllo di rapporto. Sistemi di controllo adattativo ed inferenziale. Controllo feedforward. Il corso si articola in lezioni, ed esercitazioni individuali e di gruppo anche con l'impiego del software MATLAB.

CONTENTS

Unsteady energy and mass conservation equations for the chief unit operations. Measuring devices and dynamic models. Linearization. Solution of linear ordinary differential equations using Laplace transforms. Transfer functions. Stability of dynamic systems. Dynamic behavior of first-order, second-order and higher-order systems. Feedback control. Proportional (P), integral (I) and derivative (D) controllers. Closed-loop response of feedback-controlled processes. Effects of P, PI, PD and PID controllers. Stability analysis of feedback systems and frequency response analysis. Design of feedback controllers. Analysis and design of advanced control systems. Cascade control. Compensation for dead-time and inverse-response systems. Ratio control. Adaptive and inferential control systems. Feedforward control. The course consists of lectures, and both individual and group exercises, also with the use of the MATLAB software.

MATERIALE DIDATTICO - G. Stephanopoulos, Chemical Process Control - An Introduction to Theory and Practice. Prentice-Hall International Series in Physical and Chemical Engineering Science, 1983-. - D. E. Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp - Process Design and Control. Wiley Series in Chemical Engineering, 1989-. - Dispense per le esercitazioni.


a) Risultati di apprendimento che si intende verificare:

18

Abilità nella descrizione ed analisi del comportamento dinamico di sistemi lineari, capacità di progettare ed applicare sistemi di controllo feedback e di tipo avanzato.

b) Modalità di esame: L'esame si articola in prova Scritta e orale Solo scritta x Solo orale Discussione di elaborato progettuale


Risposta multipla Risposta aperta x Esercizi numerici x


19

SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: DINAMICA NON LINEARE DEI PROCESSI CHIMICI


Teacher: Pier Luca Maffettone ( 0817682282 email: [email protected]



Conoscenza e capacità di comprensione Capacità di analizzare il comportamento di processi chimici e apparecchiature di processo attraverso la caratterizzazione dinamica. Capacità di valutare le condizioni di funzionamento stabilie di processi chimici ed apparecchiature chimiche. Capacità di condurre processi in condizioni sicure attraverso la caratterizzazione biforcazionale di sistemi dinamici. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Capacità di costruire diagrammi delle soluzioni di regime e diagrammi delle biforcazioni per modelli di processi chimici espressi da sistemi di equazioni differenziali ordinarie. Capacità di utilizzare software di continuazione parametrica per la caratterizzazione biforcazionale di modelli di processi chimici. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Capacità di elaborare ed applicare autonomamente metodologie ingegneristiche per l'analisi della

dinamica non lineare di processi chimici. Capacità di valutare risultati di simulazioni computazionale di modelli di processi chimici.

• Abilità comunicative: Capacità di collaborare in gruppi di lavoro e presentare in aula soluzioni di problemi assegnati. • Capacità di apprendimento: Acquisizione delle conoscenze/strumenti di base sufficienti per approfondimenti sulla

caratterizzazione biforcazionale di modelli di processi chimici rilevanti in ambito industriale.

PROGRAMMA 1. Modelli di processi chimici come Sistemi Dinamici. Sistemi continui e discreti. Sistemi a parametri concentrati e distribuiti. 2. Approccio sistemistico alla caratterizzazione di sistemi dinamici. Stabilità e instabilità di orbite e di regimi stazionari e

dinamici. 3. Dinamica di sistemi lineari. Operatori di evoluzione. Condizioni di stabilità. Autospazi stabili, instabili e centrali. 4. Sistemi dinamici non lineari e loro linearizzazione. Analisi della stabilità. Varietà stabili, instabili e centrali. Il modello del

CSTR. Il modello Predatore Preda e le applicazioni biotecnologiche. Regimi stazionari e non stazionari di sistemi tempo-continui.

5. Dinamica di popolazioni attraverso sistemi dinamici tempo-discreti. Il modello della crescita logistica. Regimi stazionari e non stazionari dei sistemi tempo-discreti.

6. Analisi biforcazionale e modelli per l’industria di processo: ll reattore di polimerizzazione. Introduzione all’analisi biforcazionale. Equivalenza topologica di sistemi dinamici. Stabilità strutturale. Definizione di biforcazione locale e globale.

7. Principali biforcazioni dei sistemi continui e dei sistemi discreti. 8. Metodi numerici per l’analisi della dinamica dei sistemi. Metodi di continuazione per la costruzione dei diagrammi delle

soluzioni di regime e dei diagrammi delle biforcazioni.

CONTENTS 1. Modelli di processi chimici come Sistemi Dinamici. Sistemi continui e discreti. Sistemi a parametri concentrati e distribuiti. 2. Approccio sistemistico alla caratterizzazione di sistemi dinamici. Stabilità e instabilità di orbite e di regimi stazionari e

dinamici. 3. Dinamica di sistemi lineari. Operatori di evoluzione. Condizioni di stabilità. Autospazi stabili, instabili e centrali. 4. Sistemi dinamici non lineari e loro linearizzazione. Analisi della stabilità. Varietà stabili, instabili e centrali. Il modello del

CSTR. Il modello Predatore Preda e le applicazioni biotecnologiche. Regimi stazionari e non stazionari di sistemi tempo-continui.

5. Dinamica di popolazioni attraverso sistemi dinamici tempo-discreti. Il modello della crescita logistica. Regimi stazionari e non stazionari dei sistemi tempo-discreti.

6. Analisi biforcazionale e modelli per l’industria di processo: ll reattore di polimerizzazione. Introduzione all’analisi biforcazionale. Equivalenza topologica di sistemi dinamici. Stabilità strutturale. Definizione di biforcazione locale e globale.

7. Principali biforcazioni dei sistemi continui e dei sistemi discreti. 8. Metodi numerici per l’analisi della dinamica dei sistemi. Metodi di continuazione per la costruzione dei diagrammi delle

soluzioni di regime e dei diagrammi delle biforcazioni.

MATERIALE DIDATTICO • B. W. Bequette “Process Dynamics. Modeling, Analysis, and Simulation”, Prentice Hall, 1998 • Strogatz, S. H., Nonlinear dynamics and chaos: with application to physics, biology, chemistry and engineering,

Addison Wesley, New York 1994 • D. G. Schaeffer e J. W. Cain, Ordinary Differential Equations: Basics and Beyond, Springer 2016 • Dispense delle lezioni.

20

FINALITÀ E MODALITÀ PER LA VERIFICA DI APPRENDIMENTO a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Abilità nella descrizione ed analisi del comportamento dinamico di

sistemi non lineari, capacità di progettare processi di trasformazione utilizzando l’analisi biforcazionale.

b) Modalità di esame: L'esame si articola in prova Scritta e orale Solo scritta Solo orale Discussione di elaborato progettuale

x


Risposta multipla x Risposta aperta x Esercizi numerici x


21

SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: ECONOMIA ED ORGANIZZAZIONE AZIENDALE


Docente: ………………………. ( 081…………. email: ________________________

SSD ING-IND/35 CFU 9 Year II Term I


Conoscenza e capacità di comprensione Fornire i concetti e i modelli fondamentali, in vista delle applicazioni, relativi al comportamento degli attori economici con riferimento ai sistemi micro e macroeconomici. Fornire le conoscenze di base per l’analisi delle decisioni aziendali operative e strategiche a partire dai dati sui costi e ricavi d’impresa. Fornire le conoscenze di base sulla gestione e progettazione delle organizzazioni, sia di tipo profit che no-profit. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Leggere e interpretare un bilancio aziendale. Calcolare il costo di produzione e valutare il margine ottenuto dall’azienda a seguito della vendita. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a

• Autonomia di giudizio: • Abilità comunicative: • Capacità di apprendimento:

PROGRAMMA

PARTE I - Microeconomia: Definizione di economia, principio della scarsità, razionalità dell’attore economico, problemi della microeconomia.Il mercato, l’economia di mercato, il mercato come meccanismo di coordinamento dell’azione collettiva. Curva didomanda, curva di offerta, equilibrio, efficienza economica, elasticità della domanda al prezzo. Elasticità e spesa. Utilità e utilità marginale. Curve di indifferenza e allocazione della spesa tra due beni. Domanda individuale e domanda di mercato. Il surplus del consumatore. Tecnologia e funzione di produzione. Costi, ricavi, profitti. Classificazione dei costi. Profitto contabile e profitto economico. La massimizzazione del profitto. Le forme di mercato e l’equilibrio di mercato. Modelli decisionali per la gestione: analisi di break-even e valutazione degli investimenti. PARTE II - Macroeconomia: Problematiche macroeconomiche. Il sistema/ciclo macroeconomico. Misurare l’attività economica: PIL, Redditonazionale e disoccupazione. Livello dei Prezzi e Inflazione. La moneta, i prezzi e la BCE. La politica economica. Ilmodello IS-LM. Bilancia dei pagamenti e tassi di cambio (cenni). PARTE III - Introduzione all’impresa: Definizione di impresa, azienda e organizzazione. Cenni alle forme giuridiche di azienda. Il rapporto impresa/ambiente e la creazione di valore. Analisi e la progettazione delle organizzazioni. Le variabili della progettazione organizzativa

MATERIALE DIDATTICO Sloman J., Garrat D. (2011) "Elementi di Economia". Il Mulino Ed. Frank R.F., Bernanke D.S.., McDowell M., Thom R., Pastine I. (2013). "Principi di Economia". McGraw Hill Ed. (IV Edizione) Lo Storto C., Zollo G. (1999). "Problemi di microeconomia". ESI Ed. Materiale fornito dal docecnte.

FINALITÀ E MODALITÀ PER LA VERIFICA DI APPRENDIMENTO a) Risultati di apprendimento che si intende verificare:


L'esame si articola in prova Scritta e orale X Solo scritta Solo orale Discussione di elaborato progettuale


Risposta multipla Risposta aperta Esercizi numerici


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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: FONDAMENTI DI INGEGNERIA STRUTTURALE


Docente: Gian Piero Lignona ( 081 7683492 email: [email protected]

SSD ICAR/09 CFU 9 Year II Term II


Conoscenza e capacità di comprensione Lo studente deve dimostrare di conoscere, saper comprendere ed elaborare le problematiche relative ai principi della statica e sicurezza per i continui strutturali e determinarne gli aspetti applicativi fondamentali. Deve inoltre dimostrare di sapere elaborare discussioni anche complesse concernenti la verifica e collaudo di semplici strutture metalliche di interesse per l’Ingegnere Chimico. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Il corso, anche attraverso l’analisi e la riflessione critica su casi reali di ricerca e di applicazione mostrati dal docente, in una prospettiva comparata e di interazione multidisciplinare, è finalizzato a fornire strumenti di analisi e valutazione. Lo studente deve dimostrare di essere in grado di gestire le operazioni di progetto di un serbatoio e degli elementi al contorno, adottando criteri di predimensionamento e verifica della sicurezza sia in esercizio che in condizioni ultime. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Attraverso lo studio di approcci teorici diversi e la valutazione critica delle diverse implicazioni per il

problema trattato, lo studente potrà migliorare la propria capacità di giudizio e di proposta sulla fattibilità e sull'efficacia dei progetti. L'autonomia viene sviluppata in particolare tramite esercitazioni e la predisposizione di un elaborato in cui viene data rilevanza alla capacità di analisi critica e di problem solving dello studente.

• Abilità comunicative: La presentazione di teorie ed applicazioni della statica e sicurezza strutturale sarà svolta in modo da consentire l’acquisizione della padronanza di un linguaggio tecnico e di una terminologia specialistica adeguati. Lo studente deve possedere elevate competenze relazionali che gli permettano di padroneggiare argomentazioni a differente livello di complessità, in modo da adeguare stili comunicativi e contenuti ai diversi tipi di interlocutori.

• Capacità di apprendimento: La capacità di apprendimento sarà stimolata attraverso la discussione in aula e le esercitazioni, finalizzate anche a verificare l’effettiva comprensione degli argomenti trattati. Lo studente deve sviluppare elevate capacità di approfondimento analitico e teorico in un percorso multidisciplinare. Ciò lo rende aperto ad acquisire strumenti analitici e di metodo da una pluralità di campi del sapere, assicurando non solo l'aggiornamento, ma anche l'originalità di approccio alle soluzioni dei problemi.

PROGRAMMA

1. Proprietà meccaniche dei materiali: prove di laboratorio, modulo elastico, legame costitutivo, fragilità, energia di frattura e size effect, plasticità e incrudimento, effetto Baushinger, creep, fatica e strain rate.

2. Meccanica del continuo: stati di sollecitazione e di deformazione, stato piano di tensione e di deformazione, teoria di Cauchy, cerchi di Mohr, direzioni e tensioni principali, criteri di resistenza: coefficiente e margine di sicurezza; effetto Poisson e distorsioni termiche; Isotropia, piccoli spostamenti e sovrapposizione degli effetti.

3. Sicurezza strutturale: approccio semi-probabilistico, distribuzioni gaussiane, valori: media, caratteristica e di progetto; probabilità di failure, vita utile; cenni al Metodo Montecarlo. Gerarchia delle resistenze, le combinazioni di carico.

4. Teoria delle strutture ad asse rettilineo: I vincoli, equazioni cardinali della statica, principio di sezionamento, travi semplici isostatiche e iperstatiche, diagrammi del taglio, momento, sforzo normale; equazione della linea elastica.

5. Teoria delle strutture ad asse non rettilineo: strutture isostatiche, punti angolosi, diagrammi dello sforzo normale, momento e taglio; poligono funicolare. Catene cinematiche.

6. Analisi delle sezioni: equazioni binomie e trinomie di Navier, teoria di Jourawski; dominio di resistenza. 7. Metodi per risolvere le strutture: per le isostatiche: equazioni cardinali della statica; equazioni globali e per il singolo corpo

in caso di strutture a più corpi; principio dei lavori virtuali e metodo della catena cinematica; per le strutture iperstatiche: condizioni di congruenza, metodo delle forze; equazione della linea elastica; catene cinematiche e linee di influenza; simmetria ed emisimmetria.

8. Teoria della plasticità: teoria della cerniera plastica, ridistribuzione. 9. Travi su continuo elastico: particolarizzazione della linea elastica, costante di sottofondo; lunghezza d’onda; casi notevoli. 10. Stabilità Euleriana: lunghezza libera di inflessione e snellezza limite; cenni di instabilità flesso-torsionale. 11. Serbatoi: tubi in pressione (regime membranale); rigidezza delle molle degli anelli (regime flessionale); tubi infinitamente

lunghi, definizione delle costanti elastiche (cenni di cedevolezze anche per cupole, piastre circolari ed anelli). 12. Collegamenti in acciaio: bullonature e saldature; calcolo di semplici collegamenti.

CONTENTS

1. Mechanical properties of materials: laboratory tests, elastic modulus, constitutive relationships, brittleness, fracture energy and size effect, plasticity and hardening, Baushinger effect, creep, fatigue and strain rate. 2. Continuum mechanics: stress and strain states, plane state of stress and strain, Cauchy theory, Mohr circles, principal directions and stresses, strength criteria: coefficient and safety margin; Poisson effect and thermal distortions; Isotropy, small displacements and overlapping effects. 3. Structural safety: semi-probabilistic approach, Gaussian distributions, values: mean, characteristic and design; probability of failure, lifetime; outline of the Montecarlo Method. Capacity Design, load combinations.

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4. Theory of rectilinear structures: Constraints, cardinal equations of equilibrium, sectioning principle, simple isostatic and hyperstatic beams, shear diagrams, moment, normal stress; equation of the elastic line. 5. Theory of non-rectilinear structures: isostatic structures, angular points, diagrams of normal stress, moment and shear; Thrustline. Kinematic chains. 6. Sectional analysis: Navier binomial and trinomial equations, Jourawski theory; interaction domains. 7. Methods for solving structures: for isostatics: cardinal equations of equilibrium; global equations for the single body and in the case of multi-body structures; principle of virtual works and kinematic chain method; for hyperstatic structures: compatibility conditions, force method; equation of the elastic line; kinematic chains and influence lines; symmetry and hemisymmetry. 8. Theory of plasticity: theory of the plastic hinge, redistribution. 9. Beams on elastic continuum: particularization of the elastic line, ground constant; wavelength; remarkable cases. 10. Eulerian stability: free inflection length and maximum slenderness; outline of flexural-torsional instability. 11. Vessels: pressurized tubes (membrane regime); stiffness of the ring springs (flexural regime); infinitely long tubes, definition of elastic constants (outline also for domes, circular plates and rings). 12. Steel connections: bolts and welds; calculation of simple connections.

MATERIALE DIDATTICO • Materiale didattico disponible sul sito del docente ONLINE; • M. Capurso – Lezioni di Scienza delle costruzioni – Pitagora Editrice; • E. Viola – Esercitazioni Di Scienza Delle Costruzioni 1&2 – Pitagora Editrice; • S. Timoshenko - Theory of Elasticity –McGraw-Hill; • J. Jackson, H. Wirtz - Statics and Strength of Materials –McGraw-Hill

FINALITÀ E MODALITÀ PER LA VERIFICA DI APPRENDIMENTO a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Si intende verificare l’effettivo conseguimento dei risultati di apprendimento attesi di cui sopra (box “Conoscenza e capacità di comprensione”, “Conoscenza e capacità di comprensione applicata” e “Autonomia di giudizio”, “Capacità comunicative” e “Capacità di apprendimento”).



X


Risposta multipla Risposta aperta Esercizi numerici X


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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: OPERAZIONI DELL'INDUSTRIA DI PROCESSO


Teacher: ………………………. ( 081…………. email: ________________________



Conoscenza e capacità di comprensione L’insegnamento intende fornire allo studente conoscenze relative a: - Le caratteristiche fondamentali delle apparecchiature impiegate nei processi di separazione mediante: distillazione, estrazione liquido/liquido, adsorbimento, scambio ionico e estrazione solido/fluido, concentratori, raffreddamento evaporativo.

- Le caratteristiche fondamentali di sistemi ausiliari (scambiatori, pompe…) e la loro incidenza sul funzionamento dei separatori - Le linee guida per il dimensionamento di massima delle apparecchiature di separazione in esame - I modelli matematici e i metodi di risoluzione per il calcolo di: sezioni e altezze di sistemi di contatto a corpi di riempimento, colonne a bolle/spray, colonne di separazione liquido/liquido e colonne a piatti;

Conoscenza e capacità di comprensione applicate L’insegnamento intende fornire allo studente competenze relative a come: - definire le condizioni operative critiche di funzionamento delle apparecchiature; - definire i criteri di saturazione dei gradi di libertà dei processi in esame in relazione ai vincoli tecnici ed economiche del processo

- selezionare i sistemi di contatto più adeguati per la realizzazione di un processo di separazione; - dimensionare sistemi di contatto: scelta di materiali di riempimento, disegno di piatti e di sistemi di contatto liquido-liquido, valutazione delle perdite di carico e dell’altezza e della sezione di apparecchiature;

- utilizzo di banche dati per reperire dati chimico-fisici, costruttivi ed economici di riferimento - definire criteri di funzionamento e di ottimizzazione di massima di impianti complessi. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Lo studente dovrà essere in grado di valutare quale apparecchiatura, o sistema di apparecchiature

utilizzare per condurre uno specifico processo e definire le condizioni operative ottimali sulla base di valutazioni tecniche ed economiche.

• Abilità comunicative: Lo studente dovrà acquisire la capacità di scrivere report tecnici e di presentare in forma orale i risultati dei propri studi

• Capacità di apprendimento: L’insegnamento intende stimolare capacità di auto-apprendimento degli studenti mediante risoluzione di case studies, favorendo il reperimento autonomo di processi e apparecchiature e favorendo l’uso di banche dati online e manuali tecnici di produttori.

PROGRAMMA

Richiami sulle operazioni unitarie fondamentali ed esempi specifici relativi a: distillazione, assorbimento, estrazione liquido-liquido; adsorbimento, scambio ionico e leaching; concentrazione di sospensioni, raffreddamento evaporativo e umidificazione. Bilanci di materia ed energia per sistemi complessi, singole apparecchiature e loro sezionamenti. Concetti di pinch point e valutazione delle condizioni limite termodinamiche per la realizzazione di un processo di separazione. Algoritmi di progettazione per apparecchiature di separazione multifase basate sul contatto continuo e per numero arbitrario di componenti: colonne impaccate, colonne spray e colonne a bolle. Applicazioni ai processi di assorbimento, adsorbimento, concentrazione di solidi e raffreddamento evaporativo. Algoritmi di progettazione per apparecchiature di separazione multifase basate su sequenze di stadi multipli e per numero arbitrario di componenti. Concetti di stadio teorico e di efficienza globale e locale. Criteri di dimensionamento di piatti reali. Applicazioni ai processi di distillazione (con cenni a distillazione estrattiva, azeotropica e reattiva) ed estrazione liquido-liquido. Esempi di ottimizzazione economica di processo. Risoluzione di “case studies”, anche mediante l’ausilio di simulatori di processo.

MATERIALE DIDATTICO

- Materiale distribuito dal docente - W.L. McCabe, J.L. Smith, P. Harriott - Unit operation of chemical engineering; McGraw-Hill, 2007 - R K Sinnott, G. Towler, Chemical Engineering Design 6th Ed.. Butterworth-Heinemann, 2019

FINALITÀ E MODALITÀ PER LA VERIFICA DI APPRENDIMENTO a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Con riferimento alle specifiche operazioni unitarie presentate nel corso, lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito una adeguata autonomia nella risoluzione di problemi di dimensionamento di apparecchiature unitarie di separazione, con esempi di sistemi complessi.

b) Modalità di esame: L'esame si articola in prova Scritta e orale X Solo scritta Solo orale Discussione di elaborato progettuale X Altro (specificare) In caso di prova scritta i quesiti sono* Risposta multipla X Risposta aperta Esercizi numerici

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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: REATTORI CHIMICI E BIOCHIMICI


Teacher: ………………………. ( 081…………. email: ________________________

SSD ING-IND/25 CFU 8 Year I Term II


Conoscenza e capacità di comprensione Lo studente deve dimostrare di conoscere e comprendere i criteri di selezione e progettazione dei reattori chimici e biochimici, con specifico riferimento alle non idealità del flusso e dei modelli di miscelazione e all'effetto di cinetiche chimiche omogenee/eterogenee complesse. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Lo studente deve dimostrare di essere in grado di applicare i criteri generali di selezione e progettazione per risolvere specifici problemi di ingegneria delle reazioni chimiche e biochimiche in funzione delle caratteristiche del sistema reagente. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Lo studente deve dimostrare di essere in grado di elaborare autonomamente muovendo da principi

e criteri generali. Sarà stimolato a sviluppare doti di pensiero critico e di capacità di sviluppare/proporre in autonomia soluzioni innovative a problemi di ingegneria delle reazioni chimiche e biochimiche.

• Abilità comunicative: Lo studente deve essere in grado di riportare sia in forma scritta che orale i contenuti tecnici della disciplina in modo corretto ed efficace e con proprietà di linguaggio.

• Capacità di apprendimento: La capacità di reperire e raccogliere dati e/o informazioni in libri di testo, riviste tecniche e/o banche dati sarà stimolata indicando le fonti più significative per il reperimento di informazioni nel settore della ingegneria delle reazioni chimiche e biochimiche.

PROGRAMMA

Formulazione delle equazioni di progetto di sistemi chimici e biochimici reattivi per flussi e modelli di miscelazione arbitrari. Approssimazioni usuali e particolarizzazione a condizioni di flusso ideali. Criteri progettuali e metodologie di analisi di reattori continui a flusso non ideale. Tempo di residenza ed età degli elementi fluidi in reattori continui e relative funzioni di distribuzione. Conversione in flusso non ideale per condizioni di massima miscelazione e massima segregazione. Modelli di conversione per segregazione parziale. Turbolenza e miscelazione in flussi omogenei. Dispersione assiale e modelli compartimentali. Criteri progettuali e metodologie di analisi di reattori eterogenei. Reazioni fluido-particella. Regimi di reazione controllati dalla cinetica e dalla diffusione e relativi modelli ed equazioni di progetto. Rassega delle principali tipologie di reattori eterogenei industriali Criteri progettuali e metodologie di analisi di reattori biochimici. Reattori enzimatici e fermentativi. Cenni alle singolarità biforcazionali e dinamiche dei bioreattori. Cellule come bioreattori. Rassegna delle principali tipologie dei bioreattori industriali. Scale-up di reattori chimici. Model-based scale up, e scale up basato su modellistica fisica e criteri di similitudine Introduzione alle problematiche dell'ottimizzazione del processo: selezione e formulazione di funzioni obiettivo e criteri ricorrenti di ottimizzazione economica.

COURSE MAIN CONTENTS/PROGRAMMA

Development of the design equation governing the behaviour of chemical and biochemical reactive systems for arbitrary flow and mixing patterns. Recurrent approximations and particularization to ideal flow conditions. Principles of non-ideal flow reactor design and operation. Residence time and age of fluid elements in continuous reactors and relevant distribution functions. Conversion in non-ideal flow for maximum mixedness and maximum segregation. Conversion models for partial segregation. Turbulence and mixing in homogeneous flows. Axial dispersion and compartmental models. Principles of heterogeneous reactor design and operation. Fluid-particle reactions. Kinetic- and diffusion-controlled reaction regimes and relevant design equations and models. Survey of the main types of heterogeneous industrial reactors. Principles of biochemical reactor design and operation. Enzymatic and fermentation reactors. Introduction to bifurcational and dynamical patterns of bioreactors. Cells as bioreactors. Survey of industrial bioreactors. Scale-up of chemical reactors. Model-based scale up and scale up based on physical modelling and similarity criteria. Introduction to process optimization: selection and formulation of objective functions and fundamental criteria for economic optimization. MATERIALE DIDATTICO • Levenspiel, O., Chemical Reaction Engineering, 3rd Ed., Jhon Wiley & Sons, 1999 • Villadsen J, Nielsen J, and Lidén G. (2011) BIOREACTION ENGINEERING PRINCIPLES. Springer • Lecture notes.

FINALITÀ E MODALITÀ PER LA VERIFICA DI APPRENDIMENTO a) Risultati di apprendimento che si intende verificare:

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Lo studente deve dimostrare una buona conoscenza dei criteri progettuali e delle metodologie di analisi di reattori chimici e biochimici e capacità di applicare i criteri di progettazione e le metodologie di analisi a problemi pratici e casi di studio.




Risposta multipla Risposta aperta Esercizi numerici X


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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: SICUREZZA NEI PROCESSI CHIMICI


Teacher: Roberto Andreozzi ( 0817682251 email:[email protected]________________________



Conoscenza e capacità di comprensione Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere le problematiche di sicurezza che possono originarsi nella manipolazione, stoccaggio e trasformazione di sostanze chimiche in ambito industriale Conoscenza e capacità di comprensione applicate Lo studente deve dimostrare di essere in grado di individuare, sulla base di conoscenze di letteratura e dei risultati di opportune indagini sperimentali, condizioni operative idonee a effettuare uno stoccaggio e/o trasformazioni chimiche sicure per le sostanze di interesse Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Lo studente dovrà essere in grado di individuare autonomamente le informazioni necessarie a una

caratterizzazione completa degli aspetti di sicurezza delle operazioni di manipolazione, stoccaggio e trasformazione delle sostanze di interesse nonché delle indagini sperimentali più idonee alla loro raccolta.

• Abilità comunicative: Lo studente deve dimostrare di aver acquisito la capacità di spiegare anche a non esperti i concetti di base della disciplina e le loro possibili applicazioni in maniera rigorosa e concisa

• Capacità di apprendimento: Lo studente deve essere in grado di aggiornare e ampliare le proprie conoscenze sulla disciplina, individuando autonomamente gli strumenti (testi, articoli scientifici, partecipazione a seminari specialistici) a tal fine necessari

PROGRAMMA

Cenni sulla normativa italiana relativa ai siti a rischio di incidente rilevante. Tipologie incidentali nell’industria chimica e di processo. Stabilità termica delle sostanze ed esplosione termica. Tecniche calorimetriche per la caratterizzazione termocinetica di sistemi reagenti. Modalità di conduzione di processi chimici (batch isoterma, batch isoperibolica e semibatch). Esempi di processi interessati da esplosioni termiche.(nitrazioni, polimerizzazioni) . (2CFU) Incendi ed esplosioni.; Esplosioni omogenee: autoignizione,.temperatura di autoignizione. Esplosioni eterogenee: Limiti di infiammabilità, Flash-point, contenuto minimo di ossigeno (MOC), energie minime di innesco. Sorgenti di ignizione; elettricità statica. Esplosioni meccaniche: esplosioni di recipienti contenenti gas compressi ed esplosioni di recipienti contenenti liquidi sotto pressione (BLEVE). Stima dei danni dovuti ad incendi ed esplosioni. (3 CFU) Tossicologia e igiene industriale: identificazione, valutazione e controllo dell’esposizione ad agenti tossici nei luoghi di lavoro. Procedure per la prevenzione di incendi ed esplosioni/protezione dalle esplosioni (inertizzazione di apparecchiature, ventilazione locale e generale, dischi di rottura e valvole di sicurezza, agenti estinguenti).(1CFU)

CONTENTS

Italian legislation for industrial sites interested by relevant accidents. Accidental scenarios in chemical and process industries. Thermal stability of chemical substances and thermal explosion. Calorimetric techniques for thermokinetic characterization of reactive systems. Processes carried out in isothermal batch mode, isoperibolic batch mode and semibatch mode. Examples of industrial processes interested by thermal explosions (nitration and polymerization). (2CFU) Fires and explosions. Homogeneous explosions: autoignition and temperature of autoignition. Heterogeneous explosions: Flammability limits, Flash-point, minimum oxygen content (MOC), minimum energy of ignition, Ignition sources and static electricity. Mechanical explosions: vessels containing pressurized gases, vessels containing liquids under pressure (BLEVE). Evaluation of damages due to fires and explosions.(3 CFU) Introduction to Toxicology and industrial hygiene:identification, evaluation and control of exposition to toxic agents in working places. Procedures for prevention of fires and explosions (inertization, local and general ventilation). Procedures for protection from fires and explosions (safety discs and valves, estinguishing agents) . (1 CFU)

MATERIALE DIDATTICO

- D.A.Crowl and J.F.Louvar, Chemical Process safety: Fundamentals with Applications, 2nd Edition, Prentice Hall

PTR. - J. Steinbach, Safety Assessment for Chemical Processes, Wiley-VCH. - P. Arpentinier, F. Cavani and F. Trifirò, The technology of catalytic oxidations. Safety aspects vol 2

Editions Technip - Durante il corso il docente fornirà copie di lucidi e appunti delle lezioni.


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a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Lo studente dovrà dimostrare la sua capacità di condurre un’analisi completa degli aspetti di sicurezza di un processo chimico e di identificare le condizioni operative più adatte per la manipolazione, lo stoccaggio e la trasformazione delle sostanze di interesse sulla base di conoscenze di letteratura e di informazioni raccolte mediante idonee prove sperimentali.


L'esame si articola in prova Scritta e orale Solo scritta Solo orale x Discussione di elaborato progettuale




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SCHEDA DELL’ INSEGNAMENTO DI SVILUPPO E ANALISI DEL RISCHIO DEI PROCESSI CHIMICI

Corso di Studio X Insegnamento X Laurea Magistrale A.A. Ingegneria Chimica

Docente: Almerinda Di Benedetto ( 0817682265 email: [email protected]

SSD ING-IND/27 CFU 9 Anno di corso I Semestre II

Insegnamenti propedeutici previsti: Sicurezza nei Processi Chimici RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI

Conoscenza e capacità di comprensione Analisi critica dei processi chimici industriali partendo dalle materie prime fino ad arrivare alla problematiche di analisi del rischio. Conoscenza e capacità di comprensione applicate

Capacità di compiere scelte di processo per ottimizzare le prestazioni nel rispetto della sicurezza industriale e di condurre l’ analisi del rischio di processi chimici industriali, anche mediante l’utilizzo di software disponibili in letteratura per l’analisi del rischio.

Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a: • Autonomia di giudizio:

Lo studente dovrà essere in grado di individuare autonomamente le informazioni per l’analisi di un processo chimico industriale in termini di diagrammi, bilanci e per la valutazione del rischio.

• Abilità comunicative: Lo studente deve dimostrare di aver acquisito la capacità di comunicare sia ad esperti che a non esperti i concetti di base della disciplina e le loro applicazioni, in maniera rigorosa ed efficace. Lo studente deve altresì saper presentare un elaborato con chiarezza e rigore, curandone sia gli aspetti formali che sostanziali e tecnici.

• Capacità di apprendimento: Lo studente deve essere in grado di aggiornarsi o ampliare le proprie conoscenze attingendo in maniera autonoma a testi, articoli scientifici, codici di calcolo e deve poter acquisire in maniera graduale la capacità di interagire con esponenti del settore del rischio industriale.

PROGRAMMA Principi di gestione del rischio: definizione e calcolo del rischio nell’industria di processo. Identificazione del pericolo: tecniche per l’identificazione del pericolo. Analisi HAZOP ed esercizi (2 CFU). Analisi delle conseguenze: parametri di infiammabilità ed esplosività, dispersione di gas infiammabili e tossici, effetti della radiazione termica, effetti delle esplosioni (1 CFU). Modellazione delle conseguenze: modelli matematici, esercitazioni in aula con il software ALOHA (2 CFU). Analisi delle frequenze: analisi tramite albero dei guasti, analisi tramite albero degli eventi. Esercizi (2 CFU). Esercizi di analisi di processi ed analisi del rischio: 1) processo di produzione dell’ossido di etilene; 2) processo di produzione dell’ipoclorito di sodio (2 CFU).

CONTENTS

General Risk Management Framework: Defining And Calculating Risk. Hazard Identification: Techniques For Hazard Identification, Hazop Analysis (2 CFU). Consequence Analysis: Physical Mechanisms And Parameters, Hazardous Material Releases: Gas Dispersion, Toxic Effects, Thermal Radiation Effects, Explosion Effects (1 CFU). Consequence Modelling: Mathematical Modeling, Exercise with Software (2 CFU). Frequency Analysis: Fault Tree Analysis, Event Tree Analysis (2 CFU). Examples Of Chemical Process Analysis: 1) Ethylene Oxide production; 2) Sodium hypochlorite production (2 CFU).

MATERIALE DIDATTICO

- D.A.Crowl and J.F.Louvar, Chemical Process safety: Fundamentals with Applications, 2nd Edition, Prentice Hall PTR.

- Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis, 2nd Edition, CCPS (Center for Chemical Process Safety),

- ISBN: 978-0-816-90720-5 October 1999 - J. S. Arendt, D K. Lorenzo, Evaluating Process Safety in the Chemical Industry: A User's Guide to Quantitative Risk

Analysis, CCPS (Center for Chemical Process Safety), ISBN: 978-0-816-90746-5 June 2000 - Copie di appunti delle lezioni fornite dal docente - https://www.epa.gov/cameo/aloha-software

FINALITA’ E MODALITA’ PER LA VERIFICA DI APPRENDIMENTO


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Lo studente dovrà essere in grado di condurre un’analisi completa degli aspetti di sviluppo di processo a partire dalla scelta delle materie prime, fino alla sicurezza del processo. Lo studente dovrà essere in grado di sviluppare un processo, delineare il diagramma di flusso, condurre l’analisi del rischio e modificare il disegno del processo in funzione del risultato dell’analisi del rischio.


L'esame si articola in prova Scritta e orale Solo scritta x Solo orale Discussione di elaborato progettuale Altro, specificare In caso di prova scritta i quesiti sono (*)

A risposta multipla

A risposta libera Esercizi numerici x

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Curriculum“ProductEngineering”

OVERVIEW OF THE COURSE: ADVANCED THERMODYNAMICS AND TRANSPORT PHENOMENA

Study programme name X Course X Master degree A.A. 2020/2021 Chemical Engineering

Teacher: Stefano Guido/Nino Grizzuti ( 081- 7682271/7682285 email: stefano.guido/[email protected]


Prerequisites: none EXPECTED LEARNING RESULTS/RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI

Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student is expected to acquire knowledge and comprehension skills of advanced concepts of thermodynamics and transport phenomena, with special emphasis on: - phase and chemical equilibria relevant to chemical engineering. The student will become able to analyze systems with non-ideal behavior; - mass, energy and momentum transfer relevant to chemical engineering. The student will become able to analyze time dependent systems characterized by fully three-dimensional geometries. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student is expected to become able to solve problems of phase and chemical equilibria in non-ideal systems. The student will become able to calculate the equilibrium conditions and the thermodynamic properties of systems relevant in chemical engineering applications. The student is expected to solve problems involving the conservation of mass, energy and momentum and to calculate field properties such as velocity, pressure, concentration of chemical species, temperature in chemical engineering applications. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student will become able to assess in an autonomous way the dependence of thermodynamic and transport conditions on parameters relevant in applications. The student will also become able to evaluate what are the limits imposed by thermodynamics and transport phenomena on the process of interest. • Communication skills/Abilità comunicative: The student will be able to interact simultaneously with different professionals (such as chemists, industrial chemists, physicists, biologists, medical doctors, pharmaceuticals chemists, biotechnologists) to optimize the potential applications of thermodynamics and transport phenomena. • Learning skills/Capacità di apprendimento: The student will be able to collect in an autonomous way detailed information on thermodynamic and transport phenomena properties of systems relevant in applications.


Phase equilibria of non-ideal systems and related calculation methods. Phase equilibria and stability. Osmotic equilibrium and osmotic pressure. Interfacial Thermodynamics. Surface tension. Young-Laplace equation. Adsorption. Langmuir isotherm. Contact angle and wetting. Basic concepts of electrochemistry. The electrochemical potential. Nernst equation. Chemical equilibria of non-ideal systems. Heterogeneous equilibria. 3D formulation of the mass balance for compressible and incompressible fluids. 3D formulation of the momentum and momentum of momentum balances. The stress tensor. Constitutive equations for Newtonian and non-Newtonian fluids. The Navier-Stokes equation. Applications: creeping flow past a sphere, lubrication approximation; boundary layer. Turbulence: the time-averaged Navier-Stokes equation. The Reynolds stress tensor. 3D formulation of the energy balance. Constitutive equations for heat transfer. Fundamentals of heat radiation. 3D formulation of the balance of chemical species. Constitutive equation for the diffusive mass transfer: Fickian vs. non Fickian diffusion.

COURSE MATERIAL

• J. M. Smith e H. C. Van Ness, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, McGraw-Hill • H.-J. Butt, K. Graf, M. Kappl, Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley-VCH • R.B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Lightfoot, Transport Phenomena, Wiley (2007) • M. M. Denn, Process Fluid Mechanics, Prentice-Hall (1980) • Teaching material provided by the instructor

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS

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a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must demonstrate good knowledge of advanced concepts of thermodynamics and transport phenomena, and ability to apply the above principles to practical problems and case studies. b) Assessment method/Modalità di esame:

Examination includes Written and oral Written only X Oral only Project report discussion Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice X Open questions X Numerical solution X

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OVERVIEW OF THE COURSE: APPLIED PHYSICAL CHEMISTRY


Teacher: F. Greco/R. Pastore ( 081 7682275 email: [email protected]


Prerequisites: none EXPECTED LEARNING RESULTS

Knowledge and understanding skills The student is expected to acquire knowledge, comprehension, and problem-solving abilities for a variety of systems of interest in chemical physics (see contents below). Knowledge of some general principles of statistical thermodynamics and physical kinetics will also be required. Applied knowledge and understanding skills The student is expected to acquire some capability of tackling the problem of the description, from a “microscopic” perspective, of materials properties, both at equilibrium and in nonequilibrium situations, for materials of interest in engineering applications. Also, the student should become able to envisage (some, at least, of) the “micro” to “macro” connections, either in details, or at the level of scaling laws. Any further learning outcomes expected in relation to • Autonomy of judgment: Acquisition of some ability in identifying proper time/length scales in the system under

consideration, and their dependence on “microscopic” physico-chemical parameters, will be judged quite positively. • Communication skills: The student is expected to improve his/her ability to communicate his/her knowledge, and to cooperate

with different professionals, on activities where chemical physics applications are required. • Learning skills: It is expected that the student will develop some ability in autonomously retrieving the informations

needed in problem solving from available sources (specific books and research papers, scientific libraries on web, etc)

COURSE MAIN CONTENTS

Balance equations and role of constitutive equations, both at equilibrium and in dynamics. Soft Matter systems: characteristic time/length scales. Statistical thermodynamics in equilibrium and in non-equilibrium: Boltzmann entropy, Partition Function, Gibbs distribution, Brownian motions, Smoluchowski equation. Selected applications, both for equilibrium and in dynamics, chosen by the instructor among the following: ideal and real gases, adsorption theory, solution theory, polymeric liquids, chemical and physical gels, liquid crystals.

COURSE MATERIAL

A selection from: M. Doi, Soft Matter Physics, OUP (2013) M. Rubinstein, R. H. Colby, Polymer Physics, OUP (2006) General Books on Statistical Mechanics with applications, e.g.: T. L. Hill, An Introduction to Statistical Thermodynamics, Dover (1986), M. H. Peters, Molecular Thermodynamics and Transport Phenomena, McGrawHill (2005), and others.


a) Learning results to be verified:

The student will be able to solve simple problems on systems of interest in Chemical Engineering, possibly identifying the proper “microscopic” scales for those systems.

b) Assessment method: Examination includes Written and oral Written only Oral only X Project report discussion Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice Open questions Numerical solution

* more choices can be specified

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OVERVIEW OF THE COURSE: CHEMICAL AND BIOCHEMICAL REACTORS


Teacher: ………………………. ( 081…………. email: ________________________



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student must demonstrate to know and to understand selection and design criteria of chemical and biochemical reactors, with specific reference to non-ideality of flow and mixing patterns and to the effect of complex homogeneous/heterogeneous chemical kinetics. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student must demonstrate to be able to apply the general selection and design criteria to solve specific chemical and biochemical reaction engineering problems taking into account the reactive system. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student must demonstrate to be able to elaborate independently moving

from general principles and criteria. He will be stimulated to develop critical thinking and ability to develop/propose novel solutions to chemical and biochemical engineering problems.

• Communication skills/Abilità comunicative: The student must be able to report both in written and orally the technical contents of the discipline in a correct and effective way and with correct use of the English language.

• Learning skills/Capacità di apprendimento: The ability to search and harvest additional data and/or information in textbooks, technical journals and/or databases will be developed by pointing at the most relevant sources of information in the area of chemical and biochemical process design.


Development of the design equation governing the behaviour of chemical and biochemical reactive systems for arbitrary flow and mixing patterns. Recurrent approximations and particularization to ideal flow conditions. Principles of non-ideal flow reactor design and operation. Residence time and age of fluid elements in continuous reactors and relevant distribution functions. Conversion in non-ideal flow for maximum mixedness and maximum segregation. Conversion models for partial segregation. Turbulence and mixing in homogeneous flows. Axial dispersion and compartmental models. Principles of heterogeneous reactor design and operation. Fluid-particle reactions. Kinetic- and diffusion-controlled reaction regimes and relevant design equations and models. Survey of the main types of heterogeneous industrial reactors. Principles of biochemical reactor design and operation. Enzymatic and fermentation reactors. Introduction to bifurcational and dynamical patterns of bioreactors. Cells as bioreactors. Survey of industrial bioreactors. Scale-up of chemical reactors. Model-based scale up and scale up based on physical modelling and similarity criteria. Introduction to process optimization: selection and formulation of objective functions and fundamental criteria for economic optimization.

COURSE MATERIAL • Levenspiel, O., Chemical Reaction Engineering, 3rd Ed., Jhon Wiley & Sons, 1999 • Villadsen J, Nielsen J, and Lidén G. (2011) BIOREACTION ENGINEERING PRINCIPLES. Springer • Lecture notes.


a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must demonstrate good knowledge of principles of chemical and biochemical reactor design and operation, and ability to apply design and operation criteria to practical problems and case studies.

b) Assessment method/Modalità di esame:

Examination includes Written and oral X Written only Oral only Project report discussion Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice Open questions Numerical solution X


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OVERVIEW OF THE COURSE: MODELING AND NUMERICAL SIMULATION OF CHEMICAL PROCESSES


Teacher: Prof. Gaetano D’Avino ( 0817682241 email: [email protected]



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student must demonstrate to know how to carry out numerical simulations of fluid dynamics problems of interest of chemical engineering. In particular, he/she must demonstrate to be able to correctly identify the mathematical model and the simplifying assumptions of a process involving the dynamics of fluids, and understand the simulation results. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student must demonstrate to be able to use a software to solve the fluid dynamics of systems involving momentum, energy, and mass transport, from the pre-processing (geometry design, mesh generation, problem set-up) to the post-processing (analysis of the results) stage. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student must be able to correctly understand the results obtained from

a numerical simulation. He/she must be also able to verify the reliability of the results by using physical arguments, convergence criteria, etc.

• Communication skills/Abilità comunicative: The student must be able to write down and present a report on the numerical simulation of a fluid dynamics problem of a process of interest of chemical engineering.

• Learning skills/Capacità di apprendimento: The student must be able to expand his/her knowledge by consulting material (scientific papers, on-line courses, tutorials) related to the use of CFD software and numerical methods for solving partial differential equations.


Theory • Brief recapitulation of the momentum, energy, and mass transport equations. • Boundary conditions for the Navier-Stokes, energy and mass transport equations. • Set-up of a numerical simulation. Selection of the computational domain. Mesh and time convergence. • Numerical simulation of benchmark problems: flow of a fluid past a cylinder, flow of a fluid past a sphere, non-isothermal flow

of a fluid past a sphere. • Introduction to turbulence. Modeling of turbulent flows: RANS, LES, and DNS. The k-e model. Boundary conditions for

turbulent problems. Wall functions. • Fluid dynamics of solid particle suspensions. One-way coupling approach. Practice • Introduction to COMSOL Multiphysics. • Geometry and mesh generation. • Set-up of the simulation. Definition of the parameters. Boundary conditions. • Numerical simulation of steady-state and transient, isothermal and non-isothermal, laminar and turbulent flows. • Numerical simulation of dilute and concentrated solutions with chemical reaction (convection-diffusion-reaction equation). • Numerical simulation of generalized Newtonian fluids and viscoplastic fluids. • Numerical simulation of the fluid dynamics of suspensions. Particle tracking. • Numerical simulation of geometries with moving boundaries. Mixing in continuous stirred tanks.

COURSE MATERIAL • Slides of the lectures. • R.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfoot, Transport Phenomena, Wiley, 2002. • The Comsol Multiphysics User’s Guide, COMSOL, 2019. • Material available on https://www.cfd-online.com

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must be able to set-up and run a simulation of a process of interest of chemical engineering by using a computational fluid dynamics software, and analyse the results. b) Assessment method/Modalità di esame:

Examination includes Written and oral Written only X Oral only Project report discussion X

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Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice Open questions X Numerical solution


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OVERVIEW OF THE COURSE: PROCESS DYNAMICS AND CONTROL


Teacher: ………………………. ( 081…………. email: ________________________



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione Understanding of the solution methods of linear ordinary differential equations for continuous time chemical processes, ability to identify the aims of control strategies, Knowledge acquisition of the methods for the design and management of controlled processes. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ability to model and analyze chemical process dynamics described by means of first-order, second-order and higher-order systems, including linearization and transformation in the Laplace domain. Skills and competence for the identification of the process variables (and related measurement devices) for the main unit operations and the inputs to be managed for control. Ability to evaluate the stability of controlled systems and to identify the most adequate controllers (with associated tuning) to meet the assigned specified objectives (feedback control). Capability to apply advanced controlled systems (cascade control, ratio control, feedforward control, adaptive and inferential control, dead-time and inverse-response compensation). Ability to apply the MATLAB software for the simulation of chemical process dynamics and the tuning of feedback controllers. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a

• Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: Autonomous ability to develop and apply engineering methods for the dynamic analysis and control of chemical processes.

• Abilità comunicative: Ability to collaborate in work groups and present solutions of assigned problems to the classroom.

• Capacità di apprendimento: Acquisition of the fundamentals sufficient for further development and specialization of complex and/or innovative control strategies in the industrial field.


Unsteady energy and mass conservation equations for the chief unit operations. Measuring devices and dynamic models. Linearization. Solution of linear ordinary differential equations using Laplace transforms. Transfer functions. Stability of dynamic systems. Dynamic behavior of first-order, second-order and higher-order systems. Feedback control. Proportional (P), integral (I) and derivative (D) controllers. Closed-loop response of feedback-controlled processes. Effects of P, PI, PD and PID controllers. Stability analysis of feedback systems and frequency response analysis. Design of feedback controllers. Analysis and design of advanced control systems. Cascade control. Compensation for dead-time and inverse-response systems. Ratio control. Adaptive and inferential control systems. Feedforward control. The course consists of lectures, and both individual and group exercises, also with the use of the MATLAB software

COURSE MATERIAL

- G. Stephanopoulos, Chemical Process Control - An Introduction to Theory and Practice. Prentice-Hall International Series in Physical and Chemical Engineering Science, 1983-. - D. E. Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp - Process Design and Control. Wiley Series in Chemical Engineering, 1989-. - Handouts for the application exercises.

•


a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare:

Skills to describe and analyze the dynamic behavior of linear systems, capability to design and apply feedback and advanced control systems.

b) Assessment method/Modalità di esame: Examination includes Written and oral Written only X Oral only Project report discussion Other procedures (specify)

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In case of written test* Multiple choice Open questions X Numerical solution X


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OVERVIEW OF THE COURSE: RHEOLOGY


Teacher:Rossana Pasquino ( 0817682288 email:[email protected]___________________



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione Knowledge of the main arguments treated during the course. Capability to discuss in a critical manner the lab work and to contextualize with independent thinking some specific rheological issues. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate Capability to perform rheological experiments with appropriate tools on non-Newtonian fluids and to treat and comprehend the experimental results in a critical manner. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student should be able to discuss rheological issues in a wide range of

applications. • Communication skills/Abilità comunicative: The student should be able to explain the information received during the

course exhaustively, to express ideas and experimental solutions. • Learning skills/Capacità di apprendimento: Capability to classify, arrange, organize, resume and re-elaborate the

knowledge acquired during the course.


Fundamentals on rheology: kinematics and dynamics in shear and extensional; definition of strain, strain rate, stretching rate, stress. Viscosity, Newtonian and non-Newtonian fluids: basic empirical constitutive equations, Bingham fluids. Rheometry: stress and strain controlled rotational rheometers, parallel plate, cone plate, Couette geometries, extensional tools (filament stretching and Sentmanat). Linear viscoelasticity: oscillatory shear, elastic and viscous moduli, relaxation time, Deborah number; creep and recovery: compliance (steady state and recovered); step strain: relaxation modulus. Connections between linear viscoelastic functions. Non linear rheometry: shear and extensional instabilities (i.e. edge fracture, shear banding, die swell etc) and rheometric tools to avoid them (e.g. cone partition plate). First and second normal stress differences. Polymers: amorphous and semicrystalline; freely jointed chain, tube model, reptation, time temperature superposition principle. Viscosity, viscoelasticity and intrinsic viscosity of polymeric solutions, scaling laws with concentration. Surfactant systems, rheology of wormlike micellar solutions, Cates model. Sol-gel transition, physical and chemical gelation, viscoelastic properties at and around the liquid-solid transition, rheometry near the gel point, the critical gel equation.

COURSE MATERIAL Rheology books: H.A. Barnes, J.F. Hutton and K. Walters “An introduction to Rheology; ”C.W. Macosko and R. G. Larson “Rheology: Principles, Measurements and Applications”; Power point slides and notes of the teacher


a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student should be able to understand and perform the main rheological tests able to describe the non-Newtonian behavior of a complex fluid, to use the right setup in a rotational rheometer, to comprehend, treat and discuss the experimental results. The student should have knowledge on empirical constitutive equations able to describe the rheological result. He/She should know the existing mesoscopic models on polymers and polymeric solutions, surfactant self-assembly and gelation.


Examination includes Written and oral Written only X Oral only X Project report discussion X Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice Open questions X Numerical solution


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OVERVIEW OF THE COURSE: SAFETY IN CHEMICAL PROCESSES


Teacher: Roberto Andreozzi ( 0817682251 email:[email protected]



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione Student has to demonstrate his knowledge of the safety problems that can arise during the handling, storage and transformation of chemical substances in an industrial environment/ Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate Student has to demonstrate his capability to identify on the basis of the literature knowledge and of the results of suitable experimental tests the operating conditions useful for safe handling, storage and transformations of the chemical substances of interest Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: Student has to demonstrate his capability to identify the information

necessary for a complete characterization of the safety aspects of handling, storage and trasformation of the substances of interest along with the experimental tests used to collect them.

• Communication skills/Abilità comunicative: Student has to demonstrate the development of the capability to explain to people

not involved in the field basic concepts of safety on rigorous and concise way • Learning skills/Capacità di apprendimento: Student has to demonstrate his capability to update and expanding his knowledge

on safety through the identification of appropriate tools (books, scientific papers, seminars)

COURSE MAIN CONTENTS/PROGRAMMA Italian legislation for industrial sites interested by relevant accidents. Accidental scenarios in chemical and process industries. Thermal stability of chemical substances and thermal explosion. Calorimetric techniques for thermokinetic characterization of reactive systems. Processes carried out in isothermal batch mode, isoperibolic batch mode and semibatch mode. Examples of industrial processes interested by thermal explosions (nitration and polymerization). (2CFU) Fires and explosions. Homogeneous explosions: autoignition and temperature of autoignition. Heterogeneous explosions: Flammability limits, Flash-point, minimum oxygen content (MOC), minimum energy of ignition, Ignition sources and static electricity. Mechanical explosions: vessels containing pressurized gases, vessels containing liquids under pressure (BLEVE). Evaluation of damages due to fires and explosions.(3 CFU) Introduction to Toxicology and industrial hygiene:identification, evaluation and control of exposition to toxic agents in working places. Procedures for prevention of fires and explosions (inertization, local and general ventilation). Procedures for protection from fires and explosions (safety discs and valves, estinguishing agents) . (1 CFU)

COURSE MATERIAL - D.A.Crowl and J.F.Louvar, Chemical Process safety: Fundamentals with Applications, 2nd Edition, Prentice Hall PTR. - J. Steinbach, Safety Assessment for Chemical Processes, Wiley-VCH. - P. Arpentinier, F. Cavani and F. Trifirò, The technology of catalytic oxidations. Safety aspects vol 2 - Editions Technip - Additional materials will be provided by the teacher during the course.


a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: Student will be requested to demonstrate his capability to carry out a complete analysis of the safety aspects of a chemical processes and to identify the most suitable operating conditions for handling, storage and transformation of chemical substances of interest, based on literature knowledge and information collected through appropriate experimental tests.


Examination includes Written and oral Written only Oral only x Project report discussion Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice Open questions Numerical solution


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OVERVIEW OF THE COURSE: SOFT MATTER ENGINEERING


Teacher: Prof. Pier Luca Maffettone ( 0817682282 email: [email protected]



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione Understanding of soft matter characterization and processing for the formulation of products. Ability to correctly identify for different classes of soft matter: the relevant forces playng a role in its dynamics, the characteristic time scales for material and transformation processes, the key technological issues in transformation processes. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ability to design processes involving soft matter, by using adequate constitutive equations, by selecting appropriate tools and operating conditions for specific formulation applications. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: Ability to correctly exploit the properties of different class of soft matter to

design specific applications. Ability to verify the reliability of the results by using physical arguments. • Communication skills/Abilità comunicative: Ability to write and present a technical report on problems related to processing

and characterization of specialty products. • Learning skills/Capacità di apprendimento: Ability to expand his/her knowledge by consulting material (scientific

papers, on-line courses, tutorials) related to soft matter and product engineering.

COURSE MAIN CONTENTS/PROGRAMMA 1. Soft matter an overview 2. Colloidal dispersions. Stokes law and Brownian motion of spherical particles. Forces between colloidal particles:

dispersion forces, electrostatic forces, steric stabilization. Characteristic time scales. Stability and phase behavior of colloids. Structure flow interactions.

3. Orientational order in soft matter. Brownian motion of anisotropic particles. Liquid crystals. Phase transitions. Nematic liquid crystals. Structure flow interactions.

4. Emulsions. Applications and characterization of emulsions, Emulsion stability, Emulsion design, Structure flow interaction.

5. Foams. Applications and characterization of foams, foam stability, foam design. 6. Characterization of soft matter through rheology and optical techniques. 7. Transformation technologies.

COURSE MATERIAL • R. A. L. Jones, Soft Condensed Matter, Oxford University Press • J. Mewis and N. J. Wagner, Colloidal Suspension Rheology, Cambridge University Press • F. Leal-Calderon V. Schmitt J. Bibette, Emulsion Science, Springer • Slides, lecture notes, etc.

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must be able to identify key properties of different soft matter classes, design products based on soft matter, select appropriate tools and technologies to prepare products based on soft matter


Examination includes Written and oral Written only Oral only Project report discussion x Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice Open questions x Numerical solution


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OVERVIEW OF THE COURSE: STRUCTURE ENGINEERING


Teacher: Gian Piero Lignola ( 081 7683492 email: [email protected]

SSD ICAR/09 CFU 9 Year II Term II


Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student has to demonstrate to know, understand and elaborate the problems related to the principles of statics and safety for structural continua and govern the fundamental application aspects. He has also to demonstrate that he/she is able to develop even complex discussions concerning the verification and testing of simple metallic structures of interest to the Chemical Engineer. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The course, also through the analysis and critical reflection on real cases of research and field application shown by the teacher, in a comparative and multidisciplinary interaction perspective, is aimed at providing analysis and evaluation tools. The student has to demonstrate that he/she is able to manage the design operations of a vessel and the surrounding elements, adopting criteria of pre-dimensioning and check of safety both in service and in ultimate conditions. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: Through the study of different theoretical approaches and the critical

evaluation of the different implications for a problem, the student will be able to improve his/her ability to make judgments and proposals on the feasibility and effectiveness of projects. Autonomy is developed in particular through exercises and the preparation of a document in which relevance is given to the student's capacity for critical analysis and problem solving.

• Communication skills/Abilità comunicative: The presentation of the theories and applications of structural statics and safety will be carried out in such a way as to allow the acquisition of a technical language and of a suitable specialist terminology. The student has to possess high relational skills that allow him/her to discuss arguments at different levels of complexity, so as to adapt communication and content styles to the different types of interlocutors.

• Learning skills/Capacità di apprendimento: Learning skills will be stimulated through classroom discussion and exercises, also aimed at checking the effective understanding of the topics. The student has to develop high analytical and theoretical in-depth skills in a multidisciplinary way. This makes it open to acquiring analytical and methodological tools from a plurality of fields of knowledge, ensuring not only being update, but also the originality of approach to problem solutions.


1. Mechanical properties of materials: laboratory tests, elastic modulus, constitutive relationships, brittleness, fracture energy and size effect, plasticity and hardening, Baushinger effect, creep, fatigue and strain rate. 2. Continuum mechanics: stress and strain states, plane state of stress and strain, Cauchy theory, Mohr circles, principal directions and stresses, strength criteria: coefficient and safety margin; Poisson effect and thermal distortions; Isotropy, small displacements and overlapping effects. 3. Structural safety: semi-probabilistic approach, Gaussian distributions, values: mean, characteristic and design; probability of failure, lifetime; outline of the Montecarlo Method. Capacity Design, load combinations. 4. Theory of rectilinear structures: Constraints, cardinal equations of equilibrium, sectioning principle, simple isostatic and hyperstatic beams, shear diagrams, moment, normal stress; equation of the elastic line. 5. Theory of non-rectilinear structures: isostatic structures, angular points, diagrams of normal stress, moment and shear; Thrustline. Kinematic chains. 6. Sectional analysis: Navier binomial and trinomial equations, Jourawski theory; interaction domains. 7. Methods for solving structures: for isostatics: cardinal equations of equilibrium; global equations for the single body and in the case of multi-body structures; principle of virtual works and kinematic chain method; for hyperstatic structures: compatibility conditions, force method; equation of the elastic line; kinematic chains and influence lines; symmetry and hemisymmetry. 8. Theory of plasticity: theory of the plastic hinge, redistribution. 9. Beams on elastic continuum: particularization of the elastic line, ground constant; wavelength; remarkable cases. 10. Eulerian stability: free inflection length and maximum slenderness; outline of flexural-torsional instability. 11. Vessels: pressurized tubes (membrane regime); stiffness of the ring springs (flexural regime); infinitely long tubes, definition of elastic constants (outline also for domes, circular plates and rings). 12. Steel connections: bolts and welds; calculation of simple connections.

COURSE MATERIAL • Teaching materials available on the teacher site ONLINE; • S. Timoshenko - Theory of Elasticity –McGraw-Hill; • J. Jackson, H. Wirtz - Statics and Strength of Materials –McGraw-Hill

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TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The aim is to check the actual achievement of the expected learning results described above (box "Knowledge and understanding skills", "Applied knowledge and understanding skills" and "Autonomy of judgment", "Communication skills" and "Learning skills"


Examination includes Written and oral X Written only Oral only Project report discussion X Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice Open questions Numerical solution X


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SCHEDA DELL’ INSEGNAMENTO DI “UNIT OPERATIONS FOR PRODUCT ENGINEERING”

Corso di Studio X Insegnamento X Laurea Magistrale A.A. Ingegneria Chimica

Teacher: Roberto Nigro ( 081 7683686 email: [email protected]


Insegnamenti propedeutici previsti:

EXPECTED LEARNING RESULTS/RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI

Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student must demonstrate knowledge of the main problems of handling and treatment of the main raw materials used for the formulation of products of interest to the food, pharmaceutical and cosmetic sectors and the possible physical, chemical, microbiological and organoleptic changes that may occur in the use of the equipment used in the different unit operation. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student must demonstrate that he can design an entire process unit, also using different unitary operations, which can allow the use of different raw materials to achieve the generation of the product according to Best Practices that can allow you to obtain products of high quality and at the same time with savings of water and energy and with respect for the environment. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student must be able to assess which type of Unitary Operation to use

on the basis of the specific industrial sector. Students must select the appropriate process conditions in order to obtain the required performance (productivity, product concentration, chemical-physical, nutritional and organoleptic characteristics, etc.) of the production unit.

• Communication skills/Abilità comunicative: The student must be able to interact simultaneously with different professional figures (such as process engineers, industrial chemists, physicists, biologists, pharmaceutical chemists, food technologist) to optimize the application aspects related to the design of production systems.

• Learning skills/Capacità di apprendimento: The student will have to be able to autonomously find in-depth information on the main Unitary Operations to be integrated in the development of the production process with reference to the main plant requirements necessary to obtain a production plant capable of managing efficient production plans with reduced environmental impact.

CONTENTS/PROGRAMMA

1. Basic Principles: 1.1. Physical properties of main components of formulated products 1.2. Chemical properties of main components of formulated products 1.3. Microbiologic aspects related to main formulated products 1.4. Thermodynamics in Formulation Industry

2. Basic principles of Unit Operations used in formulation industry 3. Material and Energy Balances 4. Fluid Flow and Pump selection 5. Mixing and Agitation Design 6. Size reduction 7. Preservation and Processing Methods

7.1. Heat Transfer Operation: 7.1.1. Chilling, Freezing and Thawing 7.1.2. Pasteurization 7.1.3. Sterilization 7.1.4. Evaporation

7.2. Operation with Simultaneous Heat and Material transfer: 7.2.1. Hot air drying 7.2.2. Spray Drying 7.2.3. Drum Drying 7.2.4. Fluidized Bed Drying 7.2.5. Freeze Drying

7.3. Alternative Preservation Techniques 8. Extraction Processes

BOOKS RECOMMENDED/MATERIALE DIDATTICO A. Ibarz and G. V. Barbosa-Canovas, Unit operations in food engineering, , CRC Press,1st edn., 2003 R.P. Singh and D.R. Heldman Introduction to Food Engineering, 3rd Edition.Academy Press, 2001 D. R. Heldman, D. B. Lund, C. Sabliov Handbook of Food Engineering, Second Edition. CRC Press, 2006 P. Fellows, Food Processing Technology: Principles and Practice ,2nd edition, Woodhead Publishing Limited and CRC Press LLC, 2000

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J. Ahmed and M. S. Rahman, Handbook of Food Process Design, Blackwell Publishing Ltd. , 2012 Teaching material ( PowerPoint slides, lecture notes, etc.) delivered by teacher.

EVALUATION PROCESS AND METHOD/FINALITA’ E MODALITA’ PER LA VERIFICA DI APPRENDIMENTO:

a) Learning results to verify/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must be able to design production systems and/or units to be used in the Agri-food, pharmaceutical or cosmetic industry for the production of specific products of industrial interest.




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Curriculum“SustainableEngineering”

OVERVIEW OF THE COURSE: ADVANCED THERMODYNAMICS AND TRANSPORT PHENOMENA


Teacher: Stefano Guido/Nino Grizzuti ( 081- 7682271/7682285 email: stefano.guido/[email protected]



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student is expected to acquire knowledge and comprehension skills of advanced concepts of thermodynamics and transport phenomena, with special emphasis on: - phase and chemical equilibria relevant to chemical engineering. The student will become able to analyze systems with non-ideal behavior; - mass, energy and momentum transfer relevant to chemical engineering. The student will become able to analyze time dependent systems characterized by fully three-dimensional geometries. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student is expected to become able to solve problems of phase and chemical equilibria in non-ideal systems. The student will become able to calculate the equilibrium conditions and the thermodynamic properties of systems relevant in chemical engineering applications. The student is expected to solve problems involving the conservation of mass, energy and momentum and to calculate field properties such as velocity, pressure, concentration of chemical species, temperature in chemical engineering applications. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student will become able to assess in an autonomous way the dependence of thermodynamic and transport conditions on parameters relevant in applications. The student will also become able to evaluate what are the limits imposed by thermodynamics and transport phenomena on the process of interest. • Communication skills/Abilità comunicative: The student will be able to interact simultaneously with different professionals (such as chemists, industrial chemists, physicists, biologists, medical doctors, pharmaceuticals chemists, biotechnologists) to optimize the potential applications of thermodynamics and transport phenomena. • Learning skills/Capacità di apprendimento: The student will be able to collect in an autonomous way detailed information on thermodynamic and transport phenomena properties of systems relevant in applications.


Phase equilibria of non-ideal systems and related calculation methods. Phase equilibria and stability. Osmotic equilibrium and osmotic pressure. Interfacial Thermodynamics. Surface tension. Young-Laplace equation. Adsorption. Langmuir isotherm. Contact angle and wetting. Basic concepts of electrochemistry. The electrochemical potential. Nernst equation. Chemical equilibria of non-ideal systems. Heterogeneous equilibria. 3D formulation of the mass balance for compressible and incompressible fluids. 3D formulation of the momentum and momentum of momentum balances. The stress tensor. Constitutive equations for Newtonian and non-Newtonian fluids. The Navier-Stokes equation. Applications: creeping flow past a sphere, lubrication approximation; boundary layer. Turbulence: the time-averaged Navier-Stokes equation. The Reynolds stress tensor. 3D formulation of the energy balance. Constitutive equations for heat transfer. Fundamentals of heat radiation. 3D formulation of the balance of chemical species. Constitutive equation for the diffusive mass transfer: Fickian vs. non Fickian diffusion.

COURSE MATERIAL

• J. M. Smith e H. C. Van Ness, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, McGraw-Hill • H.-J. Butt, K. Graf, M. Kappl, Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley-VCH • R.B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Lightfoot, Transport Phenomena, Wiley (2007) • M. M. Denn, Process Fluid Mechanics, Prentice-Hall (1980) • Teaching material provided by the instructor

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare:

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The student must demonstrate good knowledge of advanced concepts of thermodynamics and transport phenomena, and ability to apply the above principles to practical problems and case studies. b) Assessment method/Modalità di esame:


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OVERVIEW OF THE COURSE: CHEMICAL AND BIOCHEMICAL REACTORS


Teacher: ………………………. ( 081…………. email: ________________________



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student must demonstrate to know and to understand selection and design criteria of chemical and biochemical reactors, with specific reference to non-ideality of flow and mixing patterns and to the effect of complex homogeneous/heterogeneous chemical kinetics. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student must demonstrate to be able to apply the general selection and design criteria to solve specific chemical and biochemical reaction engineering problems taking into account the reactive system. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student must demonstrate to be able to elaborate independently moving

from general principles and criteria. He will be stimulated to develop critical thinking and ability to develop/propose novel solutions to chemical and biochemical engineering problems.

• Communication skills/Abilità comunicative: The student must be able to report both in written and orally the technical contents of the discipline in a correct and effective way and with correct use of the English language.

• Learning skills/Capacità di apprendimento: The ability to search and harvest additional data and/or information in textbooks, technical journals and/or databases will be developed by pointing at the most relevant sources of information in the area of chemical and biochemical process design.


Development of the design equation governing the behaviour of chemical and biochemical reactive systems for arbitrary flow and mixing patterns. Recurrent approximations and particularization to ideal flow conditions. Principles of non-ideal flow reactor design and operation. Residence time and age of fluid elements in continuous reactors and relevant distribution functions. Conversion in non-ideal flow for maximum mixedness and maximum segregation. Conversion models for partial segregation. Turbulence and mixing in homogeneous flows. Axial dispersion and compartmental models. Principles of heterogeneous reactor design and operation. Fluid-particle reactions. Kinetic- and diffusion-controlled reaction regimes and relevant design equations and models. Survey of the main types of heterogeneous industrial reactors. Principles of biochemical reactor design and operation. Enzymatic and fermentation reactors. Introduction to bifurcational and dynamical patterns of bioreactors. Cells as bioreactors. Survey of industrial bioreactors. Scale-up of chemical reactors. Model-based scale up and scale up based on physical modelling and similarity criteria. Introduction to process optimization: selection and formulation of objective functions and fundamental criteria for economic optimization.

COURSE MATERIAL • Levenspiel, O., Chemical Reaction Engineering, 3rd Ed., Jhon Wiley & Sons, 1999 • Villadsen J, Nielsen J, and Lidén G. (2011) BIOREACTION ENGINEERING PRINCIPLES. Springer • Lecture notes.


a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must demonstrate good knowledge of principles of chemical and biochemical reactor design and operation, and ability to apply design and operation criteria to practical problems and case studies.




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OVERVIEW OF THE COURSE: ENVIRONMENTAL CHEMICAL ENGINEERING


Teacher: ……………………….. ( ……………………….. email: ………………………..



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student has to be able to link industrial and anthropogenic activities with environmental problems and be able to think at the development of new technologies addressing societal needs, constraints imposed by limited natural resources and protection of environmental systems. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student must demonstrate to be able to apply concepts of life cycle thinking in developing industrial and anthropogenic activities. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student must be able to select the appropriate processes taking into

account sustainability constrains. • Communication skills/Abilità comunicative: The student must be able to interact with different professionals to design and

optimize sustainable systems. • Learning skills/Capacità di apprendimento: The student must show the capability to individuate operating conditions for

low environmental impact technologies.

COURSE MAIN CONTENTS/PROGRAMMA The course presents a review of the natural resource and environmental challenges engineers face when designing for sustainability and provides knowledge for evaluating sustainable designs The course includes: • Introduction to the concepts involved in designing sustainable systems. • Energy, Materials Use and Environmental Impacts • Human activities and Environmental Emissions: Air quality, Water quality, Wastes • Ozone in the troposphere and the impact on human health • Regional and Local Air Quality • Ozone Depletion in the Stratosphere • Global Warming • Risk and Life-Cycle Frameworks for Sustainability • Life-Cycle Assessment and Process-Based Life-Cycle Assessments • Test cases • Environmental Law and Regulation.

COURSE MATERIAL • Slides and integrative material provided by the teacher • Allen, David T., David Shonnard. Sustainable engineering: concepts, design, and case studies. Englewood Cliffs, NJ:

Prentice Hall, 2012. • Finlayson-Pitts, Barbara J., J. N. Pitts Jr. Chemistry of the upper and lower atmosphere: theory, experiments, and

applications. Elsevier, 1999. TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: Students should link key aspects of designing sustainable systems in chemical engineering. b) Assessment method/Modalità di esame:

Examination includes Written and oral x Written only Oral only Project report discussion Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice x Open questions x Numerical solution


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OVERVIEW OF THE COURSE: FERMENTATION CHEMISTRY AND INDUSTRIAL MICROBIOLOGY


Teacher: ……………………………. ( ……………………………. email: …………………………….

SSD CHIM/11 CFU 9 Year I Term I


Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student must demonstrate to know and understand the problems related to the different aspects of microbiological production of substances of industrial interest. He must prove that he knows how to elaborate even complex discussions concerning the principles of industrial microbiology and fermentation chemistry, in order to understand the bases of production processes and biotechnological applications of microorganisms. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student must demonstrate that he is able to design and set up the fermentation process, solve problems concerning the choice of the microorganism to be used, the culture medium, and the fermentation method to be adopted, furthermore he must demonstrate that he is able to extend the methodologies to fermentative processes of industrial interest. The training course is aimed at transmitting the skills necessary to concretely apply the chemistry knowledge of fermentation. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student must be able to know how to independently evaluate the different aspects that characterize fermentation processes of industrial interest and to indicate the main methodologies relevant to the preparation of the bioprocess in all its phases, and to propose new solutions for solving the problems inherent in the design and implementation of the bioprocess. • Communication skills/Abilità comunicative: The student must know how to explain to non-experts the basic notions of fermentation chemistry and industrial microbiology. The student is stimulated to elaborate the acquired concepts with clarity and rigor and to become familiar with the proper terms of the discipline to finally transmit to non-experts the principles, the contents and the application possibilities with correctness and simplicity. • Learning skills/Capacità di apprendimento: The student has to be able to keep up to date or broaden their knowledge by drawing independently on texts, scientific articles, related to fermentation chemistry and industrial microbiology.


CHEMISTRY OF LIFE: Short overview of nucleic acids, proteins, fatty acids, phospholipids, sugars, polysaccharides; ENZYMES: Mechanisms of regulation of their activity; Enzyme kinetics; Enzymes of industrial interest. METABOLISM: basic concepts; catabolic pathways; energy production; biosynthesis. INDUSTRIAL MICROBIOLOGY: microbial cell structure and function; isolation and improvement of microorganism; Microorganisms of industrial relevance; fermentation media; Short overview of genetic engineering. BIOPROCESSES: Kinetics of microorganism growth; Fermentation technologies - batch, fed-batch, continuous; Control of bioprocesses; Bioreactors, guidelines for their choice and design; Oxygen transfer; Sterilization technologies. DOWNSTREAM PROCESSING: Separation of cells from reaction broth; filtration, centrifugation, dialysis, ultrafiltration, chromatographic techniques. INDUSTRIAL BIOLOGICAL PROCESS: Industrial process for chemicals (ethanol, lactic acid) production, Industrial process for food (beer, yeast biomass), Industrial biological process for pharmaceutical applications (antibiotics)

COURSE MATERIAL • Stanbury P.F., Whitaker A. and Hall S.J.: Principles of Fermentation Technology Pergamon 1995. • Waites M.J, Morgan N.L., Roockey J.S.,Higton G.: Industrial Microbiology an Introduction, Blackwell Science (2001). • Ratledge C., Kristiansen B.: Basic Biotechnology, Cambridge University Press 2006. • Albert Lehninger, David L. Nelson, Michael M. Cox : Principles of Biochemistry-W. H. Freeman (2008)

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student will have to demonstrate to know in detail the main fundamental elements to understand the different aspects of the microbiological production of substances of interest, kinetic models descriptive of the methods of fermentation must demonstrate to have acquired the operating methods of conducting a bioprocess. The student must demonstrate knowledge of microbial metabolism and biotechnological applications of microorganisms. The student must demonstrate to have acquired the main concepts underlying the chemistry of fermentation. b) Assessment method/Modalità di esame:


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OVERVIEW OF THE COURSE: “INDUSTRIAL BIOPROCESS ENGINEERING”


Docente: Domenico Pirozzi ( 081 7682284 email: [email protected]


Insegnamenti propedeutici previsti: EXPECTED LEARNING RESULTS/RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI

Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione Students should improve their understanding of the most critical aspects of the industrial application of biological processes. In particular, they should gain the essential skills for a career in bioindustry or for advanced research in biotechnologies. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate Students should bridge the gap between engineering and bioscience, extending their capacity to applicate their skills to pratical situations, selecting strategies for the enhancement of bioprocesses and the development of bio products. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: Students should get a deep knowledge of bioprocess options and of engineering constraints, to identify scientific problems with concrete industrial use, as well as to evaluate and optimize real biotechnological production processes. Communication skills/Abilità comunicative: Students should get flexibility and creativity to give a synthetic and efficient description of problems. They should be able to deal with different professional figures (process engineers, chemists, biologists) involved in the development of biotechnological processes. Learning skills/Capacità di apprendimento Students should be able to gain autonomously insight about the topics covered in the course, to improve their personal knowledge on both engineering processes and biology fields.


This course combines lectures, hands on laboratory practices and simulation exercises covering the most critical aspects of the industrial application of biological processes. The course will focus on the following topics: - State-of-the-art and trends of microbial and biocatalytic bioprocesses - Cellular components. Cell metabolism. Microbial stoichiometry. - Microbial kinetics. Cell culture technology. - Enzyme kinetics, enzyme immobilization methods. - Enzyme bioreactors: reactor types and criteria for industrial biotransformations - Genetic engineering - Introduction to industrial bioreactors - Downstream processing For a better understanding of the lectures, the theory will be applied to case studies of industrial relevance.

COURSE MATERIAL (MAX 4 LINES) A. Illanes "ENZYME BIOCATALYSIS. PRINCIPLES AND APPLICATION", Springer (2008) B. Villadsen J, Nielsen J, and Lidén G. BIOREACTION ENGINEERING PRINCIPLES. Springer (2011)

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: Students should be able to size reactor systems to obtain products of industrial interest by application of biotechnological methods.


Examination includes Written and oral Written only Oral only X Project report discussion X Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice Open questions Numerical solution


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OVERVIEW OF THE COURSE: PROCESS DYNAMICS AND CONTROL


Teacher: ………………………. ( 081…………. email: ________________________



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione Understanding of the solution methods of linear ordinary differential equations for continuous time chemical processes, ability to identify the aims of control strategies, Knowledge acquisition of the methods for the design and management of controlled processes. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ability to model and analyze chemical process dynamics described by means of first-order, second-order and higher-order systems, including linearization and transformation in the Laplace domain. Skills and competence for the identification of the process variables (and related measurement devices) for the main unit operations and the inputs to be managed for control. Ability to evaluate the stability of controlled systems and to identify the most adequate controllers (with associated tuning) to meet the assigned specified objectives (feedback control). Capability to apply advanced controlled systems (cascade control, ratio control, feedforward control, adaptive and inferential control, dead-time and inverse-response compensation). Ability to apply the MATLAB software for the simulation of chemical process dynamics and the tuning of feedback controllers. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a

• Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: Autonomous ability to develop and apply engineering methods for the dynamic analysis and control of chemical processes.

• Abilità comunicative: Ability to collaborate in work groups and present solutions of assigned problems to the classroom.

• Capacità di apprendimento: Acquisition of the fundamentals sufficient for further development and specialization of complex and/or innovative control strategies in the industrial field.


Unsteady energy and mass conservation equations for the chief unit operations. Measuring devices and dynamic models. Linearization. Solution of linear ordinary differential equations using Laplace transforms. Transfer functions. Stability of dynamic systems. Dynamic behavior of first-order, second-order and higher-order systems. Feedback control. Proportional (P), integral (I) and derivative (D) controllers. Closed-loop response of feedback-controlled processes. Effects of P, PI, PD and PID controllers. Stability analysis of feedback systems and frequency response analysis. Design of feedback controllers. Analysis and design of advanced control systems. Cascade control. Compensation for dead-time and inverse-response systems. Ratio control. Adaptive and inferential control systems. Feedforward control. The course consists of lectures, and both individual and group exercises, also with the use of the MATLAB software

COURSE MATERIAL

- G. Stephanopoulos, Chemical Process Control - An Introduction to Theory and Practice. Prentice-Hall International Series in Physical and Chemical Engineering Science, 1983-. - D. E. Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp - Process Design and Control. Wiley Series in Chemical Engineering, 1989-. - Handouts for the application exercises.

•


a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare:

Skills to describe and analyze the dynamic behavior of linear systems, capability to design and apply feedback and advanced control systems.

b) Assessment method/Modalità di esame: Examination includes Written and oral Written only X Oral only Project report discussion Other procedures (specify)

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In case of written test* Multiple choice Open questions X Numerical solution X * more choices can be specified

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SCHEDA DELL’INSEGNAMENTO DI: INDUSTRIAL CHEMICAL PROCESSES FROM RENEWABLE FEEDSTOCKS”

Corso di Studio X Insegnamento X Laurea Magistrale A.A. 2020/2021 Ingegneria Chimica

Docente: Marotta Raffaele ( 0817682968 email: [email protected]


Insegnamenti propedeutici previsti: RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI

Conoscenza e capacità di comprensione The student has to know and discuss about the different processes to chemically transform substances using renewable feedstocks from the qualitative and quantitative point of view. The assimilated notions will allow students to understand the main problems related to the use and transformation of materials both of fossil origin and renewable sources in chemical processes, and to understand the implications of the use of renewable raw materials with updated technologies. Conoscenza e capacità di comprensione applicate The course aims to provide students with the basic knowledge and methodological tools necessary to critically analyze industrial chemical processes using renewable sources. The student should arrive to apply the acquired knowledges to new processes using renewable feedstocks. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a: • Autonomia di giudizio: The student will have to independently analyze a chemical process and plant aspects using the

chemical engineering knowledges used in the industrial chemistry course on the fossil/renewable feedstocks as well as of the experimental investigations most suitable for the collection of these knowledges.

• Abilità comunicative: The student must know how to expose and disseminate, in an effective and concise manner, the basic notions on industrial chemistry processes using the correct technical language in order to transmit to others, the contents and the application possibilities of eco-sustainable chemical processes with correctness and simplicity.

• Capacità di apprendimento: The student has to be able to update or expand his knowledge on new sustainable industrial chemical processes by drawing autonomously on textbook, scientific publications and patents. The course provides the student with the necessary indications and suggestions to enable him to critically compare chemical industrial routes from not-renewable and renewable materials.

PROGRAMMA

Le materie prime di natura fossile: petrolio, gas naturale e carbone (sfruttamento e problematiche). Biomasse. Composizione chimica dei combustibili fossili e delle biomasse. Ruolo della catalisi nei processi chimici da fonti rinnovabili. Principi di catalisi omogenea ed eterogenea. Fenomeni di trasporto in catalisi eterogenea industriale. Principali modelli cinetici in catalisi eterogenea. Catalisi a trasferimento di fase. Il concetto di bioraffineria. [2 CFU] Schemi di applicazioni industriali di processi sostenibili. Richiami di produzione di syngas da fonti fossili. Biomasse per la produzione di syngas. Produzione di idrogeno per via elettrochimica. Produzione di metanolo ed etanolo da fonti rinnovabili e non rinnovabili. Processi di cracking termico e catalitico. Produzione di bioetilene. Produzione di sostanze aromatiche. Processo di produzione di biodiesel per transesterificazione di olii vegetali. Produzione di bioli. [3 CFU] Processi che impiegano fonti ligno-cellulosiche, zuccherine e oleaginose. Molecole piattaforma per processi rinnovabili (idrossimetil furfurale, acido levulinico, glicerolo). Processi di idroformilazione. [2 CFU] Produzione di tensioattivi da risorse rinnovabili (Henkel, Cognis). Caprolattame. Cenni sulla produzione di polimeri da fonti fossile. Cinetiche di polimerizzazione. Produzione e uso di bioplastiche e biopolimeri. Copolimerizzazioni. [2 CFU]

CONTENTS

Fossil raw materials: oil, natural gas and coal (exploitation and problems). Biomasses. Chemical composition of fossil fuels and biomasses. Role of catalysis in chemical processes from renewable feedstocks. Principles of homogeneous and heterogeneous catalysis. Transport phenomena in industrial heterogeneous catalysis. Main kinetic models in heterogeneous catalysis. Phase transfer catalysis. Schemes of industrial applications of sustainable processes (biorefinery). Production of syngas from fossil sources. Biomass for the production of syngas. Production of hydrogen by electrochemical route. Production of methanol and ethanol from renewable and non-renewable feedstocks. Thermal and catalytic cracking processes. Production of bioethylene. Production of aromatics. Biodiesel production process for transesterification of vegetable oils. Production of bio-oil. Processes using ligno-cellulose, sugary and oleaginous feedstocks. Platform molecules for renewable processes (hydroxymethyl furfural, levulinic acid, glycerol). Hydroformylation processes. Production of surfactants from renewable feedstocks (Henkel, Cognis). Caprolactam. Production of main polymers from fossil sources. Polymerization kinetics. Production and use of bioplastics and biopolimers. Copolymerization.

MATERIALEDIDATTICO

The bibliography of the course is dispensed at each lesson. It comprehends scientific papers, books chapters, and technical sheets.

FINALITA’E MODALITA’PER LAVERIFICADIAPPRENDIMENTO

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a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student should be familiar with the possibility of using renewable raw materials instead of fossil raw materials (e.g. biomass vs. fossil oil) or with the use of building blocks easily obtainable from renewable resources instead of building blocks typical of the coal/oil. It will also have acquired some basic concepts and methods to assess the sustainability of a process and the impact of a product. b) Modalità di esame:

L'esame si articola in prova Scritta e orale Solo scritta Solo orale X Discussione di elaborato progettuale Altro,specificare In caso di prova scritta i quesiti sono(*) A risposta

multipla A risposta libera Esercizi numerici

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OVERVIEW OF THE COURSE: SAFETY IN CHEMICAL PROCESSES


Teacher: Roberto Andreozzi ( 0817682251 email:[email protected]



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione Student has to demonstrate his knowledge of the safety problems that can arise during the handling, storage and transformation of chemical substances in an industrial environment/ Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate Student has to demonstrate his capability to identify on the basis of the literature knowledge and of the results of suitable experimental tests the operating conditions useful for safe handling, storage and transformations of the chemical substances of interest Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: Student has to demonstrate his capability to identify the information

necessary for a complete characterization of the safety aspects of handling, storage and trasformation of the substances of interest along with the experimental tests used to collect them.

• Communication skills/Abilità comunicative: Student has to demonstrate the development of the capability to explain to people

not involved in the field basic concepts of safety on rigorous and concise way • Learning skills/Capacità di apprendimento: Student has to demonstrate his capability to update and expanding his knowledge

on safety through the identification of appropriate tools (books, scientific papers, seminars)

COURSE MAIN CONTENTS/PROGRAMMA Italian legislation for industrial sites interested by relevant accidents. Accidental scenarios in chemical and process industries. Thermal stability of chemical substances and thermal explosion. Calorimetric techniques for thermokinetic characterization of reactive systems. Processes carried out in isothermal batch mode, isoperibolic batch mode and semibatch mode. Examples of industrial processes interested by thermal explosions (nitration and polymerization). (2CFU) Fires and explosions. Homogeneous explosions: autoignition and temperature of autoignition. Heterogeneous explosions: Flammability limits, Flash-point, minimum oxygen content (MOC), minimum energy of ignition, Ignition sources and static electricity. Mechanical explosions: vessels containing pressurized gases, vessels containing liquids under pressure (BLEVE). Evaluation of damages due to fires and explosions.(3 CFU) Introduction to Toxicology and industrial hygiene:identification, evaluation and control of exposition to toxic agents in working places. Procedures for prevention of fires and explosions (inertization, local and general ventilation). Procedures for protection from fires and explosions (safety discs and valves, estinguishing agents) . (1 CFU)

COURSE MATERIAL - D.A.Crowl and J.F.Louvar, Chemical Process safety: Fundamentals with Applications, 2nd Edition, Prentice Hall PTR. - J. Steinbach, Safety Assessment for Chemical Processes, Wiley-VCH. - P. Arpentinier, F. Cavani and F. Trifirò, The technology of catalytic oxidations. Safety aspects vol 2 - Editions Technip - Additional materials will be provided by the teacher during the course.


a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: Student will be requested to demonstrate his capability to carry out a complete analysis of the safety aspects of a chemical processes and to identify the most suitable operating conditions for handling, storage and transformation of chemical substances of interest, based on literature knowledge and information collected through appropriate experimental tests.




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OVERVIEW OF THE COURSE: SUSTAINABLE PROCESS DESIGN


Teacher: ………………………. ( 081…………. email: ________________________



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student must demonstrate to know and to understand issues related to the selection, the design and the optimization of unit operations, stand-alone and/or integrated as part of flowsheets. He/she must demonstrate to assess and to analyse networks of apparatus form the sustainability point of view. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student must demonstrate to be able to apply concepts for designing flowsheets dedicated to production processes of products by combining operation units. The design should include assessments regarding the sustainability of the process. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student must be able to assess which type of Unit Operation to use on the basis of the specific industrial sector. Students must select the appropriate process conditions to obtain the required performance (productivity, product concentration, chemical-physical and biological features, etc.) of the production unit taking into account sustainability constrains. • Communication skills/Abilità comunicative: The student must be able to interact simultaneously with different professional figures (such as industrial chemists, physicists, biotechnologists, engineers specialized in other fields) to design and to optimize apparatus and flowsheets • Learning skills/Capacità di apprendimento: The students will be stimulated to improve their autonomy by solving specific case studies as part of the examination. The case studies will be presented to force students to propose unit operation solutions and flowsheets behind those presented during the course taking into account potential physical and sustainability constrains.


Introduction. Classification of unit operations. Overview of operation units: distillation, absorption, adsorption, solvent extraction, membrane-based processes, innovative operation units. Introduction to engineering sustainability. The main goals of the sustainability. Introduction of sustainability indicators. Process design: introductory process optimization; general design equations; variables of state, design variables, degrees of freedom; design equations and guidelines for packed and tray towers, with specific application to unit operations based on thermodynamic properties (e.g. distillation, absorption, extraction…). Critical operating conditions and pinch points. The McCabe-Thiele methods for distillation absorption and extraction processes. Concepts of ideal stage, sequence of ideal stages and stage efficiency. The concept of NTU. The concept of HETP and HTU. Multicomponent system. Short cut methods. Multicomponent systems processes. Key components, short cut methods; outline of rigorous equilibrium stage methods, rigorous rate-based methods. Case studies selected among: Adsorption-desorption processes; Absorption with sorbent regeneration processes; Distillation sequence with heat recovery coupling. Simplified calculations and use of chemical process simulation software.

COURSE MATERIAL - R. Smith – Chemical process design and integration, 2005, Wiley and Sons. - W.D. Seider, J.D. Seader, D.R. Lewin - Process design principles, synthesis, analysis and evaluation, John Wiley & Sons, 1999 - R K Sinnott - Coulson & Richardson's Chem. Eng. V.6 – Chem.Eng.Design, 4th Ed., Elsevier Butterworth-Heinemann, 2005 - Slides and integrative material provided by the teacher

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: Students should demonstrate an adequate autonomy in designing specific separation processes and in managing process integration and optimization tools for complex processes. b) Assessment method/Modalità di esame:

Examination includes Written and oral X Written only Oral only Project report discussion X Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice X Open questions Numerical solution X


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Allegato II

Attività formative del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica

Parte 2 – Insegnamenti a scelta autonoma

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OVERVIEW OF THE COURSE: ADVANCED NUMERICAL TECHNIQUES FOR SOFT MATTER SIMULATION

Study programme name X Course X Master’s degree A.A. 2020/21 Chemical Engineering

Teacher: Massimiliano M. Villone ( 081- 7682391 email: [email protected]

SSD ING-IND/26 CFU 6 Year I-II Term II

Prerequisites: Modeling and Numerical Simulation of Chemical Processes EXPECTED LEARNING RESULTS/RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI

Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student is expected to acquire knowledge and comprehension of advanced numerical techniques for the simulation of the behaviour of systems of interest in soft matter science and technology, e.g., suspensions, emulsions, foams, and granular media. The student will become able to correctly formulate the simplifying assumptions and identify the mathematical model of processes involving systems of interest in soft matter science and technology, perform their simulation and understand the simulation results. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student will become able to use commercial/non-commercial software to solve the momentum, energy, and mass transport equations for systems of interest in soft matter science and technology, from the pre-processing (geometry design, mesh generation, problem set-up) to the post-processing (analysis of the results) stage. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student will become able to correctly understand the results of numerical simulations and to verify their reliability by using physical and numerical arguments (e.g., convergence criteria). • Communication skills/Abilità comunicative: The student will be asked to write down and present a report on the numerical simulation of a problem of interest in the field of soft matter science and technology. • Learning skills/Capacità di apprendimento: The student must be able to expand his/her knowledge by consulting material such as scientific papers, on-line courses, tutorials, etc., related to the use of CFD software and numerical methods for the simulation of the behaviour of systems of interest in soft matter science and technology.


Theory • Dispersions with deformable inclusions: suspensions of deformable solid particles, emulsions, and foams • Introduction to the Finite Volume Method (FVM) and to the Volume of Fluid (VOF) • Introduction to the Discrete Element Method (DEM) • DEM approach to dry granular materials • Introduction to the Volume-Averaged Navier Stokes (VANS) equations • Introduction to the unresolved and resolved CFD-DEM approaches Practice • FEM simulations with moving meshes with COMSOL Multiphysics • FEM simulation of the dynamics of suspensions of deformable particles, emulsions, and foams with COMSOL Multiphysics • Introduction to FVM and VOF in OpenFOAM • Introduction to DEM simulations with LIGGGHTS • DEM simulations of dry granular materials • CFD-DEM simulations of particle suspensions through CFDEM

COURSE MATERIAL • Slides of the lectures • Richard A.L. Jones, Soft Condensed Matter (Oxford University Press) • Thomas A. Witten (with Phil Pincus), Structured Fluids (Oxford University Press) • Jeffrey S. Marshall, Shuiqing Li, Adhesive Particle Flow: A Discrete-Element Approach (Cambridge University Press) • COMSOL Multiphysics, LIGGGHTS, OpenFOAM, and CFDEM User’s Guides • Material available on https://www.cfd-online.com

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must be able to set-up and run a simulation of a process of interest in the field of soft matter science and technology and analyse its results. b) Assessment method/Modalità di esame:

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OVERVIEW OF THE COURSE: APPLIED STATISTICAL THERMODYNAMICS


Teacher: F. Greco/R. Pastore ( 081 7682275 email: [email protected]

SSD ING-IND/23 CFU 6 Year II Term II

Prerequisites: none EXPECTED LEARNING RESULTS

Knowledge and understanding skills A working knowledge of some general principles of statistical thermodynamics and physical kinetics will be required. The student is further expected to acquire knowledge on systems of interest in chemical physics (see contents below) from a “microscopic” point of view. Applied knowledge and understanding skills The student is expected to acquire some capability of tackling the problem of the description, from a “microscopic” perspective, of materials properties, both at equilibrium and in nonequilibrium situations, for materials of interest in engineering applications. Any further learning outcomes expected in relation to • Autonomy of judgment: Acquisition of some ability in identifying proper time/length scales in the system under

consideration, and of giving a “microscopic” interpretation of practical physico-chemical parameters, will be judged quite positively.

• Communication skills: The student is expected to improve his/her ability to communicate his/her knowledge, and to cooperate with different professionals, on activities where chemical physics applications are required.

• Learning skills: It is expected that the student will develop some ability in autonomously retrieving the informations needed in problem solving from available sources (specific books and research papers, scientific libraries on web, etc)

COURSE MAIN CONTENTS

Statistical thermodynamics in equilibrium and in non-equilibrium. Introduction to the glassy state. Particle dynamics simulations. Selected applications, chosen by the instructor among the following: ideal and real gases, liquids, mixtures, polymeric systems, liquid crystals, colloidal suspensions.

COURSE MATERIAL

M. Doi, Soft Matter Physics, OUP (2013) General Books on Statistical Mechanics with applications, e.g.: T. L. Hill, An Introduction to Statistical Thermodynamics, Dover (1986); M. H. Peters, Molecular Thermodynamics and Transport Phenomena, McGrawHill (2005), and others. Material from the instructors.


b) Learning results to be verified:

The student will become able to give simple descriptions of systems of interest in Chemical Physics, at the proper “microscopic” scale for those systems and for specific applications.

b) Assessment method: Examination includes Written and oral Written only Oral only X

Project report discussion

Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice Open questions Numerical solution


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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: BIOMATERIALI

CORSO DI STUDIO X Insegnamento X Laurea Magistrale A.A. 2020/21 Ingegneria Chimica

Docente: F.Causa ( 081 7682603 email:[email protected]

SSD ING-IND/34 CFU 6 Year I-II Term I


Conoscenza e capacità di comprensione Ci si aspetta che lo studente acquisisca conoscenze riguardo i biomateriali, con particolare attenzione a: - sintesi e processi di produzione dei biomateriali. Lo studente sarà in grado di analizzare criticamente le proprietà di biomateriali naturali, polimerici, metallici e ceramici; - Lo studente sarà in grado di analizzare la relazione tra struttura e proprietà per le specifiche applicazioni Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ci si aspetta che lo studente sia in grado di analizzare quantitativamente e qualitativamente la risposta dell’organismo alla introduzione di un biomateriale da impianto Ci si aspetta inoltre che lo studente risolva problematiche relative alla sintesi e alla produzione di dispositivi tipiche dell’ingegneria del processo. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di valutare in modo autonomo i materiali, le geometrie e i trattamenti più adatti del punto di vista delle proprietà di trasporto, meccaniche e di interfaccia. Lo studente sarà anche in grado di valutare quali sono i limiti imposti nelle varie classi di materiali per le applicazioni di interesse. • Abilità comunicative: Lo studente sarà in grado di lavorare in gruppi e di interagire con diversi professionisti (chimici, chimici industriali, fisici, biologi, medici, chimici farmaceutici, biotecnologi) per ottimizzare il biomateriale per la specifica applicazione • Capacità di apprendimento: Lo studente sarà in grado di raccogliere in modo autonomo informazioni dettagliate sui biomateriali rilevanti nelle specifiche applicazioni.

PROGRAMMA

Biomolecole, matrice extracellulare e cellule eucariote Fluidi biologici e tessuti naturali (tendini e legamenti, vasi sanguigni, cartilagine, ossa) Biomateriali definizioni e reazione all’impianto (adsorbimento proteico, infiammazione e infezioni, emocompatibilità, test biocompatibilità) Biomateriali di origine naturale (proprietà chimiche, fisiche, meccaniche e di trasporto e tecnologie di processo) Biomateriali polimerici (proprietà chimiche, fisiche, meccaniche e di trasporto e tecnologie di processo) Biomateriali metallici (proprietà chimiche, fisiche, meccaniche e di trasporto e tecnologie di processo) Biomateriali ceramici (proprietà chimiche, fisiche, meccaniche e di trasporto e tecnologie di processo) Protesi vascolari e valvolari (requisiti funzionali, criteri di progettazione, tecnologie di produzione, esempi) Protesi d’anca (requisiti funzionali, criteri di progettazione, tecnologie di produzione, esempi) Dispositivi per il rilascio di farmaci (requisiti funzionali, criteri di progettazione, tecnologie di produzione, esempi)

CONTENTS

Biomolecules, extracellular matrix and eukaryotic cells Biological fluids and natural tissues (tendons and ligaments, blood vessels, cartilage, bones) Biomaterials definitions and body reaction to the implant (protein adsorption, inflammation and infections, blood compatibility, biocompatibility tests) Biomaterials of natural origin (chemical, physical, mechanical and transport properties and process technologies) Polymeric biomaterials (chemical, physical, mechanical and transport properties and process technologies) Metallic biomaterials (chemical, physical, mechanical and transport properties and process technologies) Ceramic biomaterials (chemical, physical, mechanical and transport properties and process technologies) Vascular and valve prostheses (functional requirements, design criteria, production technologies, examples) Hip prosthesis (functional requirements, design criteria, production technologies, examples) Drug delivery devices (functional requirements, design criteria, production technologies, examples)

MATERIALE DIDATTICO

• Pietrabissa, Biomateriali per protesi e organi artificiali, Patron editore

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• Di Bello, Bagno. Biomateriali. Dalla scienza dei materiali alle applicazioni cliniche, Patron editore • Di Bello, Bagno. Interazioni tra biomateriali e tessuti, Patron editore • Buddy D. Ratner, Schoen , Lemons Biomaterials Science: An Introduction to Materials in

Medicine, Academic Press


a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Lo studente deve dimostrare una buona conoscenza dei materiali per applicazioni biomedicali per la soluzione di problemi di interesse.




Risposta multipla Risposta aperta X Esercizi numerici


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OVERVIEW OF THE COURSE: BIOTECHNOLOGICAL PROCESSES


Teachers: …to be defined … ( …………………. email: …………………



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student is expected to acquire knowledge and comprehension skills of design, operation and optimization of units (advanced-innovative technology included) typically applied in biotechnological processes. The student is expected to propose the units as part of flowsheets taking care of the sustainability of the process. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student must demonstrate to be able to apply concepts for designing bioprocess flowsheets for the production of products by combining: 1) operation units dedicated to the exploitation of renewable resources; 2) fermentation units; 3) recovery and purification units. The design should include assessments regarding the sustainability of the process. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student must demonstrate to be able to correctly identify the critical issues for the biotechnological processes. The student must demonstrate to know the methodologies to identify the optimal configuration and operating conditions of biotechnological processes, within the sustainable framework • Communication skills/Abilità comunicative: The student will be able to interact simultaneously with different professionals (such as chemists, industrial chemists, physicists, biologists, medical doctors, pharmaceuticals chemists, biotechnologists) to manage biotechnological processes for production and/or services • Learning skills/Capacità di apprendimento: The student must be able to expand his/her knowledge by looking up documents (scientific papers, on-line courses, tutorials) related to the selection of units for biotechnological processes and to the optimization of the proposed flowsheet


Overview of the main operation units used in biotechnological processes – concepts for advanced bioreactors and biotechnological units for recovery/concentration/purification of products. Bioreactors: multiphase bioreactors for enzymatic and microbial conversions Liquid-liquid extraction: Consolidate processes and innovative liquids. Mass balances, thermodynamic equilibrium and role of the extracting liquid for the features of the products. Extraction strategies (single/multiple stage, cross/counter current. Design of selected units. Membrane filtration - Mass balances, mechanical and transport phenomena. Criteria for the selection of the filtration unit. Filtration strategy. Chromatography - Mass balances and thermodynamic. Chromatography strategies and techniques. Industrial Chromatogarphy: Simulated Moving Bed. Flowsheet development – Sequence of operation units to exploit renewable resources. Objective function of the flowsheet. Techno-economic analysis in biorefinery processes - CAPEX and OPEX, Lang factor method, OPEX analysis in labour, utilities, materials, waste and consumables. Case study - Energy from Biomass and Waste, Bioproducts from biomass and waste and examples of biorefinery concepts.

COURSE MATERIAL • Harrison, Separation Process Design, Wiley, 2003. • Biorefineries – Industrial Processes and Products. Eds B. Kamm, P.R. Gruber, M. Kamm. Wiley, 2006 • Lecture notes provided during the course.

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must be able to select unit operations to exploit renewable resources and to design selected units. b) Assessment method/Modalità di esame:

Examination includes Written test and oral

X Written test Oral only

Project report discussion Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice Open questions Numerical solution X

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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: CHIMICA FISICA DEI MATERIALI E DELLE SUPERFICI


Docente: M.Causà ( 081 7685684 email: [email protected]

SSD CHIM/02 CFU 6 Year I-II Term I

Propedeuticità: nessuna RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI Conoscenza e capacità di comprensione Ci si aspetta che lo studente acquisisca conoscenze e capacità di comprensione della correlazione tra struttura cristallina e proprieta’ dei materiali e delle superfici. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ci si aspetta che lo studente sia in grado di comprendere i principi delle tecniche di misura e l’informazione strutturale fornita Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di valutare in modo autonomo i principi su cui si basano le tecniche di misura e l’informazione che esse forniscono. Abilità comunicative: Lo studente sarà in grado di lavorare in gruppi e di interagire con diversi professionisti, fisici e chimici dello stato solido e delle superfici. Capacità di apprendimento: Lo studente sarà in grado di raccogliere in modo autonomo informazioni circa la struttura e proprieta’ di materiali e superfici, e circa la struttura elettronica.

PROGRAMMA I materiali cristallini nella scienza dei materiali: richiami di cristallografia fisica, e di teoria dei gruppi. La descrizione del legame chimico: rapporti tra l'ambito molecolare e l'ambito cristallino. La traduzione dei concetti di orbitale molecolare e di legame di valenza nella teoria delle bande. Materiali cristallini e materiali amorfi: quantificazione del disordine strutturale e funzioni di correlazione di coppia atomica. Classi di solidi e loro proprieta'; Materiali molecolari e materiali polimerici; Solidi covalenti e solidi ionico-covalenti, silicati esemiconduttori; Solidi ionici; Solidi metallici: teoria di Pauling del legame delocalizzato nei metalli. Spettroscopia vibrazionale dello stato solido: informazione sulla struttura locale e sui moti di larga ampiezza. I difetti puntuali nei solidi e le spettroscopie ottiche e magnetiche. Il legame chimico alla superficie dei solidi: la chimica e la fisica della ricostruzione alla superficie, Tecniche spettroscopiche e microscopiche nella scienza delle superfici: le microscopie ottiche, elettroniche, ed a a scansione di punta (SPM), la diffrazione superficiale di ioni ed elettroni lenti.

CONTENTS

Crystalline materials in material sciences: elements of physical crystallography, space symmetry and group theory. Chemical bond description: relationship between molecules and crystals. Molecular orbitals and band theory. Amorphous and crystalline materials: quantification of structural disorder. Classes of solids and their properties: molecular and polymeric materials, covalent solids, partially ionic solids, silicates, semiconductors. Pauling theory of delocalized bond in metals. Vibrational spectroscopy in solids. Point defects in solids and optlical ans magnetic spectroscopies. Chemical bond at solid surfaces. chemistry and physics of surface reconstruction. Spectroscopic and microscopic surface techniques: optical and electronic pint scanning (SPM) microscopies, the surface diffraction of low energy electrons.

MATERIALE DIDATTICO

C. Kittel, Introduzione alla Fisica dello Stato Solido appunti fornite dal docente

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a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Lo studente deve dimostrare un buon acquisizione del linguuaggio e dei principali concetti della chimica e fisica dello stato solido.



X


Risposta multipla Risposta aperta X Esercizi numerici


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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: Combustione e fluidodinamica di sistemi reagenti


Docente Antonio Cavaliere ( 081 7682264 email:[email protected]



Conoscenza e capacità di comprensione Lo studente sarà in grado di inquadrare sistematicamente e rigorosamente l’evoluzione dei processi reattivi esotermici omogenei in fase gassosa sia in condizioni di miscelamento semplice che in condizioni di retrodiffusione e ricircolo dell’entalpia sensibile dei prodotti di reazioni . L’inquadramento concettuale nel campo delle reazioni di ossidazione fortemente esotermiche ad alta energia di attivazione permetterà di impostare la modellazione numerica dell’evoluzione fluidodinamica , termica e chimica di tali sistemi e fornirà gli strumenti critici per l’inquadramento chimico-fisico di qualsiasi processo reattivo gassoso Conoscenza e capacità di comprensione applicate Lo studente sarà in grado di valutare le prestazioni di reattori di combustione in tutte le possibili applicazioni in campo energetico e di trasformazione della materia. In particolare sarà in grado di individuare nei combustori, nelle fornaci e nei convertitori di materia combustivi , i processi elementari come si sviluppano puntualmente all’interno dei reattori sia in termini di evoluzione termica che di composizione. Pertanto avrà i mezzi tecnici per condurre e migliorare l’efficienza ed il grado di inquinamento di qualsiasi reattore di combustione Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di valutare in modo autonomo e critico l’unicità delle unità di processi ossidativi a forte caratura di esotermicità, il loro grado di sicurezza e compatibilità ambientale. In particolare le procedure e le normative che indirizzano la valutazione degli impianti che impiegano reattori combustivi potranno essere a loro volta valutati nel loro grado di empiricità e nella fattibilità di soluzioni alternative • Abilità comunicative: Lo studente sarà in grado di lavorare in gruppi e di interagire con diverse categorie di tecnici,ingegneri e gestionali, di diverse nazionalità, per progettare, sviluppare, ottimizzare, assistere unità di combustione in sistemi ed impianti meccanici e chimici • Capacità di apprendimento: Lo studente sarà in grado di migliorare la comprensione e partecipare all’invenzione ed innovazione di sistemi combustivi sia all’interno di percorsi dottoriali che nell’ambito di consulenza di alta direzione. In particolare sarà in grado di migliorare la capacità di reperimento di data-base sia all’interno della disciplina che in quelle tecnicamente analoghe

PROGRAMMA

Processi elementari di combustione Processi di combustione omogenea. Esplosione Radicalica, sistema H2-O2 Esplosione Termica, sistema CO-O2. Esplosione CH2O-O2 Autoignizione..Cinetica di auto ignizione CH4-O2 . Autoignizione stratificata singola e multipla Retro-mix-ignizione Ignizione con retro miscelazione adiabatica sistemi paraffinici ed aromatici a peso molecolare intermedio. Schemi dettagliati per nC7H16-iC8H16 Combustione con propagazione. Detonazione. Equazioni di Rankine-Hugoniot. Strutture stazionarie Deflagrazione laminare. Teoria termica di Mallard Le-Chatelier. Modelli numerici monodimensionali per paraffine ad alto peso molecolare CnH2n+2 Combustione con diffusione. Fiamma-diffusione laminare. Ignidiffusione. Annichilimento di fiamme Combustione dei liquidi. Atomizzazione. Vaporizzazione di singola goccia. Combustione di singola goccia Aerodinamica dei mezzi reattivi omogenei. Deflagrazione turbolenta euleriana. Diagramma di Borghi. Fiamma-diffusione turbolenta lagrangiana. Medie statistiche dello strato di miscelamento. Fiamme 1D multistrato. Aerodinamica dei getti singoli (Folding/Shedding/Looping). Aerodinamica dei flussi confinati con ricircolo. Swirl. Mescolamento e miscelamento. Aspetti generali. Modellazione mezzi reattivi turbolenti.

CONTENTS Elementary combustion processes: Ignition/Explosion/ Backmixing-combustion/ Deflagration/ Flame-diffusion/Igni-diffusion/TripleFlame/Partial-PremixedFlame/Annichilation Spray Combustion: Atomization Liquid Jet/ Spray Dispersion/ Vaporization of single droplet/ Wake and envelope Combustion/ Group Combustion Isothermal Aerodynamics of jets and confined flows:Folding, Shedding,Looping/// Characteristic of recirculating flow flows/Large scale features of swirling and cyclonic flows.

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Combustion Aerodynamics: Eulerian turbulent model. Characteristic Kolmogorov relation and scales. Stretching influence on deflation structure. Borghi Diagram /// Lagrangian turbulent characteristics.

MATERIALE DIDATTICO

• https://mooc.federica.eu/c/combustione • Lezioni di Combustione con Video Registrazioni In material didattico/links di web docenti Antonio Cavaliere Lezioni di

Combustione -2017.doc • Lezioni di Combustione nei “book edited” by http://www.combustion-institute.it/ • Poinsot and Veynante Theoretical And Numerical Combustion Edwardds 3rd Edition 2012


a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Lo studente deve dimostrare una buona conoscenza dei concetti avanzati di termodinamica e fenomeni di trasporto, e la capacità di applicarli alla soluzione di problemi di interesse pratico e di casi-studio.


L'esame si articola in prova Scritta e orale Solo scritta Solo orale x Discussione di elaborato progettuale

Altro (specificare) Quiz/MOOC Discussione domande scritte

X X

In caso di prova scritta i quesiti sono*

Risposta multipla X Risposta aperta Esercizi numerici


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OVERVIEW OF THE COURSE: ENVIRONMENTAL BIOTECHNOLOGY


Teachers: Giuseppe Toscano ( 081- 7682278 email: [email protected]



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione Knowledge of microbial metabolism relevant to the understanding of environmental bioprocesses. Application of stoichiometry, chemical kinetics, transport phenomena, and reactor engineering to the analysis of biodegradation in environmental systems. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student will be able to set up design and verification calculations of environmental bioreactors and the assessment of natural and enhanced bioremediation. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: Critical evaluation of empirical approaches in the current practice. • Communication skills/Abilità comunicative: The student will improve communication with professionals of different expertise (such as chemists, biologists, geologists) that collaborate in the field of environmental engineering. • Learning skills/Capacità di apprendimento: State-of-art coverage of course topics will ease access to current literature and research.


Aims The course explains the application of the principles of chemical engineering and environmental biotechnology to wastewater biological treatments and to the bioremediation of contaminated soil and groundwaters. Theory Elements of environmental microbiology. Stoichiometry and growth kinetics of microbial cultures. Environmental bioreactors. Transport phenomena in bioreactors: aeration; diffusion in growing biofilms. Applications Wastewater treatments: Activated sludge process. Adhering biomass processes (percolation filters, biodisks). Biological removal of nitrogen and phosphorus. Anaerobic digestion with methanogenesis. Bioremediation of contaminated soil and groundwaters: natural and enhanced remediation techniques.

COURSE MATERIAL • B. Rittmann e P. McCarty Environmental Biotechnology: Principles and Applications, McGraw-Hill, New York, 2001. • Teaching material provided by the instructor

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: Knowledge of the principles of environmental biotechnology will be tested through their application to practical problems of wastewater biological treatment and case studies of soil bioremediation. b) Assessment method/Modalità di esame:


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OVERVIEW OF THE COURSE: Food Formulation Engineering

Study programme name X Course X Master’s degree A.A. 2020/21 Product Engineering

Teachers: Roberto Nigro ( 081- 7682249 email: [email protected]

SSD ING-IND/25 CFU 6 Year I-II Term II Prerequisites: none

EXPECTED LEARNING RESULTS/RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student is expected to acquire knowledge and comprehension skills of advanced concepts of food formulation and processing with special emphasis on:

• technical, commercial, marketing and sustainability guidelines in food design and formulation • project management in food design and production; • definition, selection and characterization of raw materials, packaging and processes used in food production.

Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student is expected to become able to solve real problems of food production from design to distribution. The student will become able to find efficient solutions to production examples used in agro-food sector. The student is expected to solve problems involving phenomena familiar to Chemical and Food Engineers and to calculate properties involved in food productions such as density, water activity, thermal conductivity, heat capacity, effective diffusivity, viscosity and microbiology data. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student will become able to identify autonomously all critical points in formulation and production of foods finding efficient solutions to real issues linked to commercial, nutritional, physical, chemical and microbiologic aspects of food productions. • Communication skills/Abilità comunicative: The student will be able to interact simultaneously with different professionals (such as food technologist, chemists, industrial chemists, physicists, biologists, medical doctors, pharmaceuticals chemists, biotechnologists) to optimize the design and the production of foods. • Learning skills/Capacità di apprendimento: The student will be able to collect in an autonomous way detailed information on basic aspect of design and production of foods.


Basic aspects in food design and formulation: characteristics (sustainability, physical, chemical, microbiological, nutritional, health, safety) of raw materials/ingredients; Selection and characterization of raw materials, ingredients, processes, packaging; Commercial and marketing aspect in food production: innovation drivers and market trends; Models of design and formulation of foods; Real Case studies of design and production of foods:

• Dry products • Wet products • Functional products

COURSE MATERIAL

1)D. R. Heldman, D. B. Lund, C. Sabliov: Handbook of Food Engineering, Second Edition. CRC Press, 2006;2) J. Ahmed and M. S. Rahman, Handbook of Food Process Design, Blackwell Publishing Ltd., 2012 ;3)J. P. Clark, Case Studies in Food Engineering, Springer;;4)Teaching material (PowerPoint slides, lecture notes, etc.) delivered by the teacher.


a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must demonstrate good knowledge of advanced concepts in foods design, formulation and processing and ability to apply the above principles to practical problems and case studies. b) Assessment method/Modalità di esame:


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OVERVIEW OF THE COURSE: FORMULATION CHEMISTRY


Teachers: Gerardino D’Errico ( 081- 674245 email: [email protected]

SSD CHIM/02 CFU 6 Year I-II Term I


Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student is expected to acquire knowledge and comprehension skills of basic concepts of colloid and interface science and of formulation design and engineering, with special emphasis on: - the determinants of the thermodynamic and kinetic stability of formulations; - the relation between the microscopic structure/dynamics of formulations and their functional behavior; - the principles of the methods used for formulation production and characterization. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student is expected to become able to design, produce and characterize common industrial formulations. The student will become able to choose the formulation components on a rational and scientific basis and, at the same time, the evaluate the technical/environmental/economic issues connected to the industrial scale up. The course includes a laboratory activity presented as a “case study”, in which the student will have the opportunity to apply the acquired knowledge to a real industrial problem. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student will become able to analyze in an autonomous way the practical problems that a specific formulation has to address. The student will also become able to autonomously choose, on a scientific and rational basis, how to design/engineer the formulation composition/production. • Communication skills/Abilità comunicative: The student will be able to interact simultaneously with different professionals (such as chemical engineers, chemists, industrial chemists, physicists, biologists, biotechnologists) to optimize the formulation design in the framework of a case study (which is integral part of the course). The student will prepare an industrial report/presentation concerning the outcomes of his personal activity. • Learning skills/Capacità di apprendimento: The student will be able to collect in an autonomous way detailed information of the formulation he has to design and realize during the case study he has to deal with in the last part of the course.


The bottom-up approach: from molecules to complex formulations Formulations as functional complex mixtures. Solutes and Solvents. Electrostatic interactions and other forces in colloidal systems. Colloidal Stability. Surfactants. Self-assembly of surfactants: micelles and lyotropic liquid crystals: cubic, hexagonal and lamellar structures. Phase equilibra, Phase diagrams, and their application. Other formulation components: co-solvents, co-surfactants, builders, additives, electrolytes. Surface chemistry and monolayers. Wetting and spreading. Polymers in colloidal systems. Micro- and macroemulsions. Suspensions. Physico-chemical methods of colloidal system characterization. The top-down approach: from industrial and daily life problems to the functional product design Main application fields of formulations. Detergents, antiperspirants, cosmetics, deodorants, sunscreens. Adhesives, paints, inks. Herbicides, pesticides, fertilizers. Fuels like petrol, diesel, biodiesel. Main industrial processes for formulation production. Environmental and economic issues. A case study: design, lab-scale production and characterization of an industrial formulation. Simulation of an industrial activity: each group of two-three students, under the supervision of the teacher and/or experts from the industry, will:

i. analyze a practical problem; ii. design a formulation; iii. produce the formulation on a lab-scale; iv. perform the basic characterization of the product; v. organize a presentation of the obtained results,

The presentation will be held at the presence of experts from industries operating in the field.

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COURSE MATERIAL • D. F. Evans and H. Wennerstrom, The Colloidal Domain: Where Physics, Chemistry, Biology, and Technology Meet,

Wiley-VCH • A. E. Hargreaves, Chemical Formulation: An Overview of Surfactant Based Chemical Preparations Used in Everyday

Life, RSC TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must demonstrate good knowledge of advanced concepts of thermodynamics and transport phenomena, and ability to apply the above principles to practical problems and case studies. b) Assessment method/Modalità di esame:


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OVERVIEW OF THE COURSE: HETEROGENEOUS PHOTOCATALYTIC PROCESSES


Teachers: Raffaele Marotta ( 081- 7682968 email: [email protected]



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student is expected to acquire knowledge and understanding of advanced concepts of heterogeneous photocatalytic kinetics. The student will be able to analyze the main problems associated with the use of photocatalytic processes. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student is expected to be able to deal with the problems associated with heterogeneous photocatalytic processes. The student will be able to set the material balances on some examples of processes studied. The student is also expected to be able to critically evaluate scientific publications in the photocatalysis Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student will be able to independently assess the dependence of the relevant operating conditions in heterogeneous photocatalytic applications. The student will also be able to evaluate what are the limits of photocatalysis on processes of industrial interest. • Communication skills/Abilità comunicative: The student will be able to work in groups and interact with different professionals (chemists, industrial chemists, physicists, biologists, doctors) to optimize the potential applications of heterogeneous photocatalysis. • Learning skills/Capacità di apprendimento: The student will be able to independently collect detailed information on the phenomena related to heterogeneous photocatalysis relevant in applications aimed at applied and industrial research. He will also be able to update his knowledge on photocatalytic materials by consulting books, notes and scientific publications.


Principles of heterogeneous photocatalysis. Types of photocatalysts. Preparation of photocatalysts and their characterization. Schottky effect. Plasmon resonance. Chemical kinetics. Influence of the main operating variables. Differences between homogeneous and heterogeneous photocatalytic processes. Main applications of heterogeneous photocatalysis. Sacrificial photocatalysis. Photocatalytic laboratory and solar reactors. Use of photocatalysis for the purification of wastewater and for the treatment of contaminated air. Use of heterogeneous photocatalysis for the production of fine chemicals. Solar production of hydrogen. Heavy metal removal by heterogeneous photocatalysis. Use of CO2 in heterogeneous photocatalysis. Visits to the university's research laboratories involved in heterogeneous photocatalysis will be scheduled.

COURSE MATERIAL • • Lecture notes provided by the teacher • • Reference texts from bibliographical indications

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must demonstrate a good knowledge of advanced concepts of heterogeneous photocatalysis, and the ability to apply them to the solution of problems of practical interest and case studies. b) Assessment method/Modalità di esame:

Examination includes Written and oral Written only X Oral only x Project report discussion x Seminars x In case of written test*

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Insegnamento: Ingegneriadeimaterialinanofasiciperl'energeticaelasensoristica

CFU:6 SSD:ING-IND/22Oredilezione:24 Orediesercitazione:24Annodicorso:IoII Semestre:I

Obiettiviformativi:Conoscenza e capacità di comprensione: Lo studente acquisirà la conoscenza dei metodi utilizzati per ingegnerizzare le proprietà funzionali dei materiali nanofasici, sia quelli più comunemente usati che quelli ancora in fase sperimentale. Lo studente svilupperà, inoltre, la comprensione dei meccanismi alla base delle applicazioni di materiali nanofasici in diverse tecnologie optoelettroniche e biologiche. Infine, acquisirà´ una visione d’insieme delle principali procedure di fabbricazione attualmente utilizzate e di quelle potenzialmente utilizzabili nella pratica industriale. Capacitàdiapplicareconoscenzaecomprensione:Lo studente sarà in grado di identificare e di progettare i materiali nanofasici più adatti ad una particolare applicazione. Autonomiadigiudizio:Lo studente saprà autonomamente indentificare nuovi potenziali materiali nanofasici e possibili sviluppi tecnologici per migliorare il funzionamento applicativo. Abilità comunicative: Lo studente svilupperà la capacita di illustrare in modo chiaro e comprensibile i concetti fondamentali della progettazione e applicazione dei materiali nanofasici ad un pubblico eterogeneo. Capacitàdiapprendimento:Lo studente imparerà a reperire fonti qualificate e ad utilizzarle autonomamente ai fini di un aggiornamento continuo delle sue competenze culturali relative ai materiali nanofasici e alle loro applicazioni. Contenuti:

• Introduzione.• Sintesi.• Strutturaesuperfici.• Proprietàmeccaniche• Proprietàelettricheeditrasporto• Proprietàottiche• Proprietàmagnetiche• Applicazioni

Analisi dei materiali nanofasici di diversa natura. Sintesi e caratterizzazione. Proprietà eapplicazioni.

Prerequisiti/Propedeuticità:

Metododidattico:lezioni,discussionediarticoliscientificiedesperienzeinlaboratorio.

Materialedidattico:Appuntifornitidaldocente,testidiriferimentoearticoliscientifici.

Modalitàdiesame:Seminariintercorsoecolloquiofinale.

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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: INGEGNERIA DEI SISTEMI ELETTROCHIMICI E CELLE A COMBUSTIBILE


Docente: maria turco ( 081 7682259 email:[email protected]



Conoscenza e capacità di comprensione Il corso intende fornire agli studenti le conoscenze dei processi elettrochimici per la produzione di energia elettrica con particolare attenzione alle tecnologie alternative ai tradizionali processi endotermici. Ci si aspetta che lo studente acquisisca conoscenze e capacità di comprensione dei principi di elettrochimica con particolare attenzione all’applicazione all’ingegneria dei sistemi che attualmente trovano maggiori prospettive di sviluppo tecnologico e di penetrazione di mercato. . Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ci si aspetta che lo studente sia in grado di valutare i benefici dell’applicazione delle tecnologie elettrocbimiche in termini di efficienza, sostenibilità ed impatto ambientale Ci si aspetta inoltre che lo studente sia in grado di valutare in maniera critica le prospettive di applicazione delle diverse tecnologie ed i settori di impego di maggiore potenzialità. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di valutare in modo autonomo la dipendenza dei parametri fondamentali delle diverse tecnologie in termini di efficienza, lifetime etcdalle in funzione delle diverse trasformazioni elettrochimiche considerate. • Abilità comunicative: Lo studente sarà in grado di lavorare in gruppi e di interagire con diversi professionisti (chimici, chimici industriali, ingegneri elettrici ed elettrotecnici) per ottimizzare le potenziali applicazioni delle diverse tecnologie elettrochimiche. • Capacità di apprendimento: Lo studente sarà in grado di raccogliere in modo autonomo informazioni dettagliate sulle trasformzaioni elettrochimiche e sui processi di ingegnerizzazione di queste.

PROGRAMMA

Concetti di base di elettrochimica. Le trasformazioni elettrochimiche. Potenziale elettrochimico. Elettrodi ed elettrolita. Batterie: principi, tipologie e campi di applicazione. Caratteristiche costruttive Fotovoltaico: principi tipologiecampi di applicazione. Caratteristiche costruttive Celle elettrolitiche: principi, tipologie e campi di applicazione. Caratteristiche costruttive Celle a combustibile: principi, tipologie e campi di applicazione Efficienza teorica e reale.. Elettrolita a conducibilità anioca e protonica. Caratteristiche costruttive. Condizioni operative: celle di alta e bassa temperatura. Stack e moduli di celle a combustibile Campi di applicazione per la generazione di energia mobile e stazionaria. Produzione di combustibili adatti all’alimentazione di celle a combustibile. Impatto ambientale. .

CONTENTS Basic concepts of electrochemistry. The electrochemical transformations. Electrochemical potential. Electrodes and electrolyte. Batteries: principles, types and fields of application. Construction features Photovoltaic: typological principles and fields of application. Construction features Electrolytic cells: principles, types and fields of application. Construction features Fuel cells: principles, types and fields of application Theoretical and real efficiency. Anioca and proton conductivity electrolyte. Construction features. Operating conditions: high and low temperature cells. Fuel cell stacks and modules Application fields for mobile and stationary energy generation. Production of fuels suitable for fuel cell power supply. Environmental impact..

MATERIALE DIDATTICO

Christine Lefrou, Pierre Fabry, Jean-Claude Poignet, Electrochemistry: The Basics, With Examples

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V. S. Bagotsky, Fundamentals of Electrochemistry, Second Edition Alexander M. Skundin, Vladimir S. Bagotsky, Yurij M. Volfkovich, Electrochemical Power Sources: Batteries, Fuel Cells, and Supercapacitors M.Turco, A. Ausiello, L. Micoli, High temperature fuel cells, Springer Dispense fornite dal docente


a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Lo studente deve dimostrare una buona conoscenza dei concetti avanzati di elettrochimica e dello sviluppo delle tecnologie e dei processi di ingegnerizzazione b) Modalità di esame:

L'esame si articola in prova Scritta e orale Solo scritta Solo orale X Discussione di elaborato progettuale




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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: INGEGNERIA SANITARIA-AMBIENTALE


Docente: A. Cesaro/F. Pirozzi ( 081 7683441/7683440 email:alessandra.cesaro/[email protected]

SSD ICAR/03 CFU 6 Year I-II Term II


Conoscenza e capacità di comprensione Ci si aspetta che lo studente acquisisca, a livello di base, le conoscenze e la capacità di comprensione inerenti alle strategie di protezione e agli interventi di risanamento ambientale. In particolare, lo studente acquisirà informazioni:

- sulla caratterizzazione dei sistemi ambientali; - sulle fonti e sugli effetti dell’inquinamento; - sulle azioni di prevenzione; - sui principi degli interventi tecnici.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ci si aspetta che lo studente sia in grado di in grado di identificare le cause che determinano le più ricorrenti situazioni di inquinamento ambientale, individuando, per tali situazioni, le soluzioni tecniche maggiormente adeguate in relazione agli obiettivi che si intendono perseguire. In particolare, relativamente agli ambienti idrici, lo studente sarà in grado di calibrare gli interventi volti alla produzione di acque idonee all’approvvigionamento in diversi ambiti nonché alla depurazione di reflui di diversa origine. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di valutare autonomamente le scelte tecniche più opportune in relazione alla variabilità delle situazioni che possono presentarsi, anche considerando i vincoli associati all’assetto e allo sviluppo del territorio. • Abilità comunicative: Lo studente sarà in grado di lavorare in gruppi e di interagire con diversi professionisti (chimici, ingegneri ambientali, ingegneri civili, ecologi, urbanisti, biologi, medici, biotecnologi) in una visione olistica della risoluzione delle problematiche ambientali che saranno prese in considerazione. • Capacità di apprendimento: Allo studente saranno forniti gli elementi per potersi orientare anche in ambiti diversi rispetto alle componenti ambientali che più specificamente saranno oggetto del corso, ma che con queste ultimi hanno in comune l’approccio metodologico nei riguardi della risoluzione delle situazione di compromissione delle caratteristiche naturali.

PROGRAMMA

Principi di Ecologia e di Igiene. Rappresentazione e controllo dell’ambiente: componenti ambientali, strategie per la salvaguardia e la gestione dell’ambiente, cenni sulle procedure per la Valutazione di Impatto Ambientale. Caratteristiche di qualità dei corpi idrici: obiettivi di qualità ambientale e per specifica destinazione, classificazione delle risorse superficiali e sotterranee. Acque di approvvigionamento: caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche, normativa, principi dei processi di trattamento. Inquinamento dei corpi idrici: fonti, effetti, capacità di autodepurazione. Acque reflue: caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche, carichi inquinanti, disciplina degli scarichi, normativa, principi dei processi depurativi, smaltimento finale. Rifiuti solidi (cenni): caratteristiche, normativa, fasi della gestione, principi dei sistemi di smaltimento.

CONTENTS Principles of Ecology and Hygiene. Environment representation and control: environmental components, strategies for environmental management and protection, elements on environmental impact assessment. Water body characteristics: standards requirement for water bodies related to their specific uses. Surface water and groundwater classification. Drinking water characteristics and treatment: physical, chemical and biological parameters. Principles of drinking water treatment technologies. Water pollution: sources and consequences. Wastewater characteristics and treatment: physical, chemical and biological parameters. Principles of wastewater treatment technologies. Principles of solid waste management.

MATERIALE DIDATTICO

• G. d’Antonio - Ingegneria Sanitaria Ambientale: esercizi e commento di esempi numerici. Editore

Hoepli

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• Dispense fornite dai docenti FINALITÀ E MODALITÀ PER LA VERIFICA DI APPRENDIMENTO

a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Lo studente deve dimostrare di avere acquisito una buona conoscenza delle più significative caratteristiche delle principali componenti ambientali e di saper individuare le tecniche di protezione più adeguate in relazione alle istanze e agli obiettivi per la relativa salvaguardia.






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OVERVIEW OF THE COURSE: INTERFACIAL ENGINEERING


Teachers: Sergio Caserta/Stefano Guido

( 081- 768 7685971/7682270

email: sergio.caserta/[email protected]



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student is expected to acquire knowledge and comprehension skills of advanced concepts of interfacial phenomena, with special emphasis on: - interfacial properties relevant to chemical engineering. The student will become able to analyze systems with non-ideal behavior; - interfacial applications relevant to chemical engineering. The student will become able to analyze interfacial phenomena with a chemical engineering approach. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student is expected to become able to solve problems of phase equilibria and transport in interfacial systems. The student will become able to calculate the interfacial equilibrium conditions and the transport properties of systems relevant in chemical engineering applications. The student is expected to acquire experimental training in the laboratory, which will be used to solve an open project. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student will become able to assess in an autonomous way the dependence of interfacial conditions on parameters relevant in applications. The student will also become able to evaluate what are the limits imposed by interfacial thermodynamics and transport phenomena on the process of interest. • Communication skills/Abilità comunicative: The student will be able to interact simultaneously with different professionals (such as chemists, industrial chemists, physicists, biologists, medical doctors, pharmaceuticals chemists, biotechnologists) to optimize the potential applications of interfacial engineering. • Learning skills/Capacità di apprendimento: The student will be able to collect in an autonomous way detailed information on interfacial properties of systems relevant in applications.


Course introduction: Role of interfacial and surface properties in product and formulation engineering. Intermolecular and surface forces. Adsorption. Measurement of interfacial and surface tension. Contact angle. Wetting. Capillarity. Interfacial rheology. Physical and chemical methods to modify interfacial properties, such as coatings. Mixing and separations of complex fluids from formulation to usage: phase behavior, flow-induced evolution and microstructure, effect of flow geometry, including confinement. Case studies: preparation and applications of liquid-liquid and liquid-gas mixtures. Membrane technologies: forward and reverse osmosis, filtration, operating parameters, concentration polarization, fouling, surface functionalization. Complex fluids in porous media. Oil upstream, midstream and downstream. Flow assurance. Bioformulations: applications of interfacial engineering to drug delivery, food and cosmetics. Biological interfaces: cell membrane and interfacial tissue properties. Biomedical applications, such as biofilms, transdermal transport and cancer growth.

COURSE MATERIAL • J. M. Smith e H. C. Van Ness, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, McGraw-Hill • H.-J. Butt, K. Graf, M. Kappl, Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley-VCH • Teaching material provided by the instructors

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must demonstrate good knowledge of advanced concepts of interfacial phenomena, and ability to apply the above principles to practical problems and case studies. b) Assessment method/Modalità di esame:

Examination includes Written and oral X Written only Oral only Project report discussion X

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Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice X Open questions X Numerical solution

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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: MECCANICA DEI FLUIDI COMPLESSI


Docente: Giovanna Tomaiuolo ( 081 7682261 email: [email protected]

SSD ING-IND/24 CFU 6 Year I-II Semestre II


Conoscenza e capacità di comprensione Ci si aspetta che lo studente acquisisca conoscenze e capacità di comprensione di concetti avanzati riguardanti i fluidi complessi, distinguendo in particolare tra fluidi Newtoniani e non Newtoniani, e il legame tra il comportamento in flusso e la microstruttura. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ci si aspetta che lo studente sia in grado di descrivere il comportamento in flusso di un fluido complesso sulla base di una caratterizzazione reo-ottica ed a partire dalla lettura di diagrammi viscosità/sforzo – velocità di deformazione e modulo elastico - frequenza. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio:

Lo studente sarà in grado di valutare in maniera autonoma le proprietà reo-ottiche di fluidi di interesse applicativo. Dovrà inoltre essere in grado di valutare quali siano i limiti imposti dalle proprietà di fluidi complessi su processi di interesse per l’ingegneria chimica.

• Abilità comunicative: Lo studente sarà in grado di interagire simultaneamente con figure professionali differenti (quali chimici, fisici, biologi, medici, biotecnologi) per ottimizzare gli aspetti applicativi relativi ai fluidi complessi.

• Capacità di apprendimento: Lo studente sarà in grado di discutere in maniera critica articoli scientifici riguardanti fluidi complessi di interesse per l’ingegneria chimica e reperire autonomamente informazioni approfondite sulle proprietà reo-ottiche di sistemi di rilevanza applicativa.

PROGRAMMA

Introduzione ai fluidi complessi. Cenni di meccanica dei fluidi non-Newtoniani. Definizione e misura di proprietà viscoelastiche. Relazioni proprietà-struttura in flusso. Metodi reo-ottici per la caratterizzazione di fluidi complessi. Richiami di ottica. Luce polarizzata. Birifrangenza in flusso. Fluorescenza. Tecniche di microscopia ottica e confocale con controllo delle condizioni ambientali. Celle di flusso elongazionale e di shear. Tecniche di microfabbricazione. Misure di profili di velocità. Metodi di analisi delle immagini. Trasformata di Fourier. Modellistica macromolecolare di sistemi omogenei ed eterogenei. Introduzione alle catene polimeriche. Modello della random coil. Modello del dumbbell elastico lineare. Soluzioni diluite. Entanglement e dinamica dei sistemi concentrati. Effetto del peso molecolare e della sua distribuzione. Polimeri associativi. Polielettroliti. Esempi di fluidi complessi ed applicazioni nel campo dell’ingegneria chimica. Sistemi industriali: sospensioni, slurry, detergenti, mezzi per Enhanced Oil Recovery. Sistemi di interesse biomedicale e farmaceutico: fluidi biologici (sangue, muco, matrice extracellulare), hydrogel ed emulsioni per drug delivery, miscele reagenti eterogenee per la produzione di intermedi di farmaci.

MATERIALE DIDATTICO

• R.G. Larson, “The structure and rheology of complex fluids”, Oxford University Press, New York 1999 • Materiale distribuito dal docente

FINALITÀ E MODALITÀ PER LA VERIFICA DI APPRENDIMENTO a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Lo studente dovrà essere in grado di analizzare il legame tra la microstruttura dei fluidi complessi e le loro proprietà macroscopiche, con particolare riferimento al comportamento in flusso e deformazione di sistemi di interesse per l’ingegneria chimica. Lo studente

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inoltre dovrà essere in grado di lavorare in gruppo per preparare una presentazione chiara, sintetica e ben organizzata riguardante il comportamento in flusso di sistemi complessi di interesse per l’ingegneria chimica e di esporla al docente e ai colleghi del corso. b) Modalità di esame:


X




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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: MONITORAGGIO DI INQUINANTI NELL’AMBIENTE


Docente: F.Murena ( 081 7682272 email:[email protected]



Conoscenza e capacità di comprensione Ci si aspetta che lo studente acquisisca conoscenze e capacità di comprensione di tecniche di monitoraggio di inquinanti nell’ambiente e dei processi di trasporto e dispersione, con particolare attenzione a: - monitoraggio di inquinanti atmosferici. Lo studente sarà in grado di valutare criticamente le diverse tecniche di analisi; - dispersione in aria e in suolo. Lo studente sarà in grado di utilizzare software per lo studio dell’impatto ambientale da diverse tipologie di sorgenti. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ci si aspetta che lo studente sia in grado di progettare campagne di monitoraggio, interpretare i risultati analitici, realizzare uno studio di impatto ambientale utilizzando diverse tipologie di software, verificare il rispetto o meno dei limiti di normativa. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di valutare in modo autonomo: le migliori tecniche di analisi da adottare in funzione dei problemi specifici, la qualità dei dati analitici e l’impatto che una sorgente emissiva può determinare sull’ambiente. • Abilità comunicative: L’esame prevede la realizzazione di uno studio di dispersione di gruppo che allenerà lo studente a essere in grado a svolgere lavoro in un team. La redazione del rapporto conclusivo gli permetterà di esercitarsi nella redazione di un rapporto tecnico, strumento per interagire con diversi interlocutori: funzionari pubblici, esperti ambientali, chimici, cittadini. • Capacità di apprendimento: Lo studente sarà in grado di affrontare diverse problematiche ambientali analizzando un problema nel suo complesso ed individuando le tecniche di analisi chimica più opportune, i dati di input necessari e le migliori procedure di studio dei fenomeni di trasporto e diffusione.

PROGRAMMA

Concentrazione e composizione: espressioni nelle diverse fasi e fattori di conversione. Qualità dei dati (teoria degli errori) e elementi di statistica per l’analisi dei dati. Accuratezza e precisione. Modelli di variabili aleatorie: distribuzione normale e lognormale, intervallo di confidenza, test delle ipotesi. Elementi di analisi strumentale: limite minimo rilevabile, intervallo di misura, selettività. Tecniche di analisi dei principali inquinanti nelle diversi fasi: atmosfera, acque e suolo. Tecniche di calibrazione: standard interno, standard esterno. Atmosfera: normativa sulla qualità dell’aria, caratteristiche fisiche dell’atmosfera. Descrizione del PBL e della turbolenza atmosferica, grandezze di scala. Modelli euleriani e lagrangiani. Sorgenti puff e plume. Equazioni del modello gaussiano. Progettazione di campagne e reti di monitoraggio. Utilizzo di software di dispersione: ISC, AERMOD, CALPUFF. Suolo e acque profonde. Ripartizione degli inquinanti tra fasi: equilibrio chimico, coefficienti di ripartizione, isoterme di adsorbimento. Normativa suoli contaminati. Tecniche di campionamento e di analisi dei principali inquinati. Elementi di idrogeologia: legge di Darcy, modelli di dispersione. Rappresentazione dei dati in mappe di isoconcentrazione con utilizzo di software di grafica (SURFER).

CONTENTS Concentration and composition. Conversion factors. Data quality: theory of errors. Descriptive statistics. Accuracy and reproducibility. Models of aleatory variables (gaussian and log-normal distribution). Confidence interval and hypothesis tests. Elements of instrumental analysis: Limit of detection (LOD), limit of quantification (LOQ), measurement range, selectivity. Analytical techniques of main pollutants. Calibration: internal standard and external standard. Atmosphere. European legislation. Description of PBL and atmospheric turbulence: scale parameters. Eulerian and lagrangian models. Puff and plume sources. Equations of gaussian models. Design of monitoring campaigns and networks. Use of dispersion models (ISC, AERMOD, CALPUFF). Contaminated soils and ground waters. Partition coefficients of pollutants, adsorption isotherms. Legislation. Techniques of sampling and analysis. Elements of hydrogeology: Darcy ‘s law. Dispersion models. Use of software for 2D data mapping (SURFER). .

MATERIALE DIDATTICO

• Dispense fornite dal docente


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a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Lo studente deve dimostrare una buona conoscenza delle tecniche e dei modelli studiati nel corso, e la capacità di applicarli alla soluzione di casi reali.



Case study di dispersione di inquinanti

X




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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: REATTORI E APPARECCHIATURE MULTIFASE


Docente: F. Scala ( 081 7682239 email: [email protected]



Conoscenza e capacità di comprensione Ci si aspetta che lo studente acquisisca conoscenze e capacità di comprensione di concetti avanzati di fluidodinamica e reattoristica multifase, con particolare attenzione a: - Caratterizzazione e dinamica di sistemi granulari. Flussi granulari e polifasici. Fluidizzazione e sistemi fluido-particella. Lo studente sarà in grado di analizzare sistemi caratterizzati da più fasi in flusso nella stessa apparecchiatura; - Problematiche di contatto, trasporto e reazione in sistemi polifasici. Rassegna delle principali tipologie di reattori eterogenei e relativi criteri progettuali. Lo studente sarà in grado di analizzare i fenomeni di trasporto e le reazioni chimiche in reattori multifase. Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ci si aspetta che lo studente sia in grado di risolvere problemi di flusso multifase in apparecchiature dell’industria chimica. Lo studente sarà in grado di calcolare le condizioni di flusso e le proprietà dei sistemi di interesse. Ci si aspetta inoltre che lo studente sia in grado di progettare correttamente reattori chimici multifase ed altre apparecchiature multifase di separazione o di scambio termico tipiche dell’ingegneria chimica. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di valutare in modo autonomo i regimi di flusso in funzione delle condizioni operative in apparecchiature multifase. Lo studente sarà anche in grado di valutare quali sono le migliori scelte progettuali per condurre il processo di interesse in un’apparecchiatura multifase. • Abilità comunicative: Lo studente sarà in grado di lavorare in gruppo e di interagire con diversi professionisti per progettare ed ottimizzare apparecchiature multifase dell’industria chimica. • Capacità di apprendimento: Lo studente sarà in grado di raccogliere in modo autonomo informazioni dettagliate sulla fluidodinamica, sui fenomeni di trasporto e sulle cinetiche di reazione rilevanti nelle applicazioni.

PROGRAMMA

Generalità sui sistemi granulari: Caratteristiche di sistemi granulari. Granulometria, parametri di forma, caratteristiche morfologiche e porosimetriche. Dinamica di sistemi granulari: forze agenti su sistemi particellari, elementi di reologia di sistemi granulari. Generalità sui sistemi di flusso bifasici: Classificazione dei regimi di flusso bifase. Generalità sui modelli per la descrizione del flusso bifase: modelli pseudo-omogeneo, a fasi separate e a flusso di drift. Teoria delle onde di continuità ed applicazione alla sedimentazione di sospensioni. Fluidizzazione e sistemi fluido-particella: Fenomenologia della fluidizzazione. Incipiente fluidizzazione ed espansione omogenea di letti di particelle. Stabilità dello stato di espansione omogenea del letto: fluidizzazione particellare e aggregativa. Classificazione di Geldart delle polveri. Regimi di fluidizzazione veloce: fluidizzazione turbolenta, regimi di trasporto. Proprietà delle bolle in letti fluidizzati. Teoria della fluidizzazione a due fasi. Meccanismi di scambio termico tra sospensioni fluidizzate e superfici immerse nel letto. Elutriazione di polveri e valutazione delle sezioni di disimpegno. Elementi di modellazione di reattori a letto fluidizzato. Modelli fenomenologici di reazione di solidi granulari. Individuazione dei regimi controllanti e determinazione dei parametri cinetici e di trasporto. Rassegna delle principali tipologie di reattori di solidi granulari e dei criteri progettuali. Presentazione di “case studies” con applicazioni calcolative.

CONTENTS General information on granular systems: Characteristics of granular systems. Particle size, shape parameters, morphological and porosimetric characteristics. Dynamics of granular systems: forces acting on particle systems, rheology of granular systems. General information on two-phase flow systems: Classification of two-phase flow regimes. General information on the models for the description of the two-phase flow: pseudo-homogeneous, separate phase and drift flux models. Continuity wave theory and application to sedimentation of suspensions. Fluidization and fluid-particle systems: Fluidization phenomenology. Incipient fluidization and homogeneous expansion of particle beds. Stability of the homogeneous expansion state of the bed: particulate and aggregative fluidization. Geldart classification of powders. Fast fluidization regimes: turbulent fluidization, transport regimes. Bubble properties in fluidized beds. Two-phase fluidization theory. Heat exchange mechanisms between fluidized suspensions and surfaces immersed in the bed. Particle elutriation and evaluation of the disengagement sections. Modeling elements of fluidized bed reactors.

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Phenomenological models of reaction of granular solids. Identification of controlling regimes and determination of kinetic and transport parameters. Review of the main types of granular solid reactors and design criteria. Presentation of "case studies" with calculation applications.

MATERIALE DIDATTICO

Dispense del corso. Testi di riferimento:

• G.B. Wallis, One-dimensional two-phase flow, McGraw-Hill (1969) • D. Kunii, O. Levenspiel, Fluidization Engineering, Butterworth-Heinemann (1991)


a) Risultati di apprendimento che si intende verificare: Lo studente deve dimostrare una buona conoscenza dei concetti avanzati di fluidodinamica e reattoristica multifase, e la capacità di applicarli alla progettazione ed ottimizzazione di apparecchiature di interesse pratico.






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SCHEDA DELL'INSEGNAMENTO: CHIMICA RIGENERATIVA (Regenerative chemistry)


Docente: A. Costantini/G. Luciani ( 081 7682596/7682433 email:anicosta/[email protected]

SSD CHIM-07 CFU 6 Year I-II Term I


Conoscenza e capacità di comprensione Competenze e capacità di gestione dei principi di base della chimica verde. Comprensione dell’approccio della teoria dei sistemi e sua applicazione allo studio processi chimici. Comprensione dei principali processi di rigenerazione di prodotti e materiali, con particolare attenzione a: - tecnologie di urban mining - riciclo dei materiali plastici - recupero di metalli e composti inorganici di interesse industriale - riqualificazione dei sottoprodotti delle bioraffinerie - conversione di scarti biomasse in materiali per applicazioni energetiche e ambientali Conoscenza e capacità di comprensione applicate Competenze nell’applicazione dell’approccio della teoria generale dei sistemi (system thinking) all’implementazione di strategie rigenerative della chimica verde. - Abilità nell’applicazione dell’approccio “system thinking” al ciclo di vita di un prodotto e al recupero e valorizzazione degli scarti e dei rifiuti. - Individuazione di più efficaci strategie rigenerative e loro integrazione nel ciclo di vita di un prodotto, secondo i principi dell’economia circolare. Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a - Capacità di analizzare i cambiamenti del Sistema e modificare opportunamente l’approccio strategico. • Abilità comunicative: Lo studente sarà in grado di lavorare in gruppi e di interagire con diversi professionisti (chimici, chimici industriali, fisici, biologi, medici, chimici farmaceutici, biotecnologi) per ottimizzare le potenziali applicazioni della chimica rigenerativa • Capacità di apprendimento: Capacità di utilizzare anche in altri ambiti l’approccio della teoria generale dei sistemi (system thinking).

PROGRAMMA

Il corso si svilupperà attraverso tre modalità didattiche: - Lezioni frontali - Attività di laboratorio - Seminari tenuti da figure professionali aziendali esperte su applicazioni della chimica circolare nelle diverse realtà industriali Gli aggettivi della chimica: da verde a rigenerativa I principi della chimica verde e rigenerativa Elementi di teoria globale dei sistemi (System Thinking). Approccio system thinking nella chimica rigenerativa: - Recupero e valorizzazione di rifiuti urbani: “urban mining”. Una seconda vita per le cicche di sigaretta. Recupero e valorizzazione di elementi da rifiuti elettronici (e-wastes). - Riciclo di materiali metallici: strategie di recupero e riutilizzo di metalli nobili e delle terre rare. - Recupero e valorizzazione di composti inorganici di interesse tecnologico e commerciale. Strategie di rigenerazione dei composti del piombo da accumulatori a piombo esausti per applicazioni in ambito energetico - Riciclo dei materiali plastici e di composti organici a fine vita.

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- Bio-polimeri e bio-compositi: elementi di progettazione e sintesi di materiali nanostrutturati a partire da risorse biodisponibili.

Concetti di base di elettrochimica. Il potenziale elettrochimico. Equazione di Nernst

Esperienze di laboratorio:

Applicazione dei principi generali dell’elettrochimica per la realizzazione di una batteria a litio ricaricabile con materiali e sostanze economici e a basso impatto ambientale

Utilizzo di scarti agroalimentari nella sintesi di nanoparticelle magnetiche per la decontaminazione delle acque.

Realizzazione di biopolimeri da scarti agroalimentari.

Il lato oscuro dei processi di valorizzazione delle biomasse: le sostanze umiche (humins): formazione e valorizzazione

Rassegna di processi di interesse industriale e casi di studio

CONTENTS The course includes: - Regular lessons - Laboratory experiences - Seminars led by industry experts on circular chemistry applications in different technological fields. Rethinking Chemistry: from green into regenerative science Principles of green and regenerative chemistry Fundamentals of System Thinking Approach. System Thinking: a holistic approach to “Regenerative” Chemistry: - Urban mining: Recovery and valorization of urban wastes. A second life for cigarette butts? A review of recycling solutions. Sustainable Urban Mining of Critical Elements from Magnet and Electronic Wastes - Metals recycling: new recycling technologies for noble and rare earths elements. - Recovery and valorization of inorganic compounds and their re-use as functional materials. Regenerative strategies for lead compounds from lead-acid battery for energetic applications. Chemically recyclable polymers and organic compounds: a circular approach to sustainability Biopolymers and bio-composites: design and synthesis strategies for hybrid nanostructured materials from bioavailable sources. Basic concepts of electrochemistry. The electrochemical potential. Nernst equation. Laboratory Experiences: - Chemically recyclable polymers and organic compounds: a circular approach to sustainability - Synthesis of Magnetic Nanoparticles Using Bio-wastes for Dye Degradation: A Green Chemistry Experiment,

- Valorization of bio-wastes to Produce Shear-Thinning Gels

- Exploring Real-World Applications of Electrochemistry by Constructing a Rechargeable Lithium-Ion Battery

- The Dark Side of Biomass Valorization: A Laboratory Experiment To Understand Humin Formation and Green Chemistry

Regenerative Chemistry: -Case studies from industry.

MATERIALE DIDATTICO

• Dispense e materiale bibliografico fornite dai docenti



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Lo studente deve dimostrare una buona conoscenza dei concetti avanzati di chimica rigenerativa, e la capacità di applicarli alla soluzione di problemi di interesse pratico e di casi-studio.


L'esame si articola in prova Scritta e orale Solo scritta Solo orale Discussione di elaborato progettuale




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OVERVIEW OF THE COURSE: SUSTAINABLE TECHNOLOGIES FOR POLLUTION CONTROL


Teacher: Francesco di Natale 081- 7682246 email: [email protected]



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione The student will learn the physico-chemical phenomena and the engineering solutions underpinning to the design and operation of state-of-the-art technologies for pollution control applied to both air and water treatment. Moreover, the student will be able to recognize the degrees of freedom and the key performance indicators for a number of consolidated and innovative pollution control equipment as well as for complete emission control trains. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate The student will learn rules of thumbs and physical-mathematical methods to design and operate a number of pollution control equipment for air and water treatment. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: The student will become able to critically select and compare processes and equipment for the removal of any specific class of pollutants for both air and water treatment, and to identify different strategies to design complete emission control trains. • Communication skills/Abilità comunicative: The communication skills will be stimulated by organizing meeting with industrial stakeholders, in the form of either seminars or visit to local plants. Besides, communication skills will be also stimulated by class discussions and by an oral presentation delivered to the whole class as part of the final exam. The presentation will describe the case-study of an exemplar pollution control technology. • Learning skills/Capacità di apprendimento: The students will be stimulated to improve their autonomous learning skills by favoring open class discussions and by the autonomous deepening of a specific case study as an assignment of the final exam.


Introduction Atmospheric pollution: Classes of pollutants (NOx, SOx, metals, organics, particulate matter, ultrafine particles…); Primary and Secondary pollutants; Main sources of atmospheric pollutants; Origin of atmospheric pollutants in industrial processes – the case-study of combustion. Water contamination: Classes of pollutants (nitrate, nitrite, COD, BOD, heavy metals, organic micropollutant…); Primary and secondary pollutants; Regulations for water quality standards and emission limits; Origin of water pollutants – the case-study of municipal wastewater treatment plant. Brief description of Environmental Regulations: A brief description of the EU environmental regulations for the installation of new plants and the introduction of a new production activity in an existing plant. The role of BREF and BAT in the design of emission control units. EU key regulations for emission limits in water and atmosphere and for air-water quality standards. Air cleaning techniques:

- Flue gas desulphurization – wet, dry and spray-drying processes. Regenerative and non-regenerative processes. - De-NOx processes: SCR, SNCR, plasma treatments. - Removal of Volatile Organic Compounds (VOC): Thermal and catalytic after-burning, with and without

regenerative/recuperative options, Adsorption, Plasma systems, Wet scrubbing. - Removal of micrometric and submicrometric (including ultrafine) particulate matter: Dry and wet electrostatic

precipitators, Fabric filters; Venturi scrubbing; Advanced scrubbing processes - CO2 capture and storage/utilization: Ammine scrubbing; Adsorption; Solid-gas reactions; Membrane systems.

Introduction to CO2 storage and options for CO2 utilization. Water cleaning techniques

- General description of a municipal wastewater treatment plant; - Chemical-physical processes: sedimentation; precipitation-coagulation-flocculation. - Biological processes for the treatment of BOD and Nitrogen (NH3, NO2-, NO3-) - Tertiary separation processes: Adsorption, Ionic exchange, Membrane processes; - Disinfection

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COURSE MATERIAL • R.C. Flagan; J.H. Seinfeld: Fundamentals of Air Pollution Engineering; Dover publications (2012) • American Water works Association: Water quality and treatment 5th Edition, McGraw-Hill (1999); • Teaching material provided by the instructor


a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must demonstrate a good knowledge on the state-of-the-art processes and equipment for pollution control, and a

sufficient ability to apply the above principles to practical problems and specific case-studies. b) Assessment method/Modalità di esame:

Examination includes Written and oral X Written only Oral only Project report discussion X Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice X Open questions Numerical solution

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OVERVIEW OF THE COURSE: THERMO-CHEMICAL CONVERSION OF BIOMASS AND WASTE


Teachers: Colomba Di Blasi ( 081- 7682232 email: [email protected]



Knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione Knowledge and comprehension of the fundamentals and practical aspects of torrefaction, pyrolysis, gasification and combustion of biomass and waste, more specifically of: the methods for feedstock and product characterization, the reaction kinetics and the particle processes, the reactor characteristics and performances, the product applications, the environmental impact. Applied knowledge and understanding skills/Conoscenza e capacità di comprensione applicate Ability to evaluate the chief chemico-physical properties of biomass and waste and to identify cost-effective pre-treatments. Skills and competence for the selection of adequate conversion technologies depending on feedstock properties/availability and customer request. Ability to participate in the management of conversion plants. Any further learning outcomes expected in relation to/Eventuali ulteriori risultati di apprendimento attesi, relativamente a • Autonomy of judgment/Autonomia di giudizio: Autonomous ability to evaluate the performances of thermo-chemical conversion units and to indicate modifications in the operation and design parameters for process optimization. • Communication skills/Abilità comunicative: Ability to collaborate in work groups of different professionals to select clean and profitable solutions for waste conversion and up-to-date technologies of biomass conversion for bio-energy and bio-products. • Learning skills/Capacità di apprendimento: Ability to acquire in autonomous way information for further development and specialization about feedstock thermo-chemical conversion.


Chemico-physical properties of biomass and waste. Characterization methods and analysis. Introduction to biomass thermo-chemical conversion processes. Production of bio-energy, bio-fuels, chemicals and bio-materials. The bio-refinery concept, first and second generation bio-fuels. Pretreatments: drying, screening, separation, densification, torrefaction. Pyrolysis of biomass: primary and secondary reactions (chemical kinetics and reaction heats), particle pyrolysis and conversion regimes (indirect and contact heating, microwave heating), catalytic pyrolysis , technologies (kilns, fixed beds, bubbling and circulating beds, transport reactors, ablative reactors, innovative designs), yields and composition/properties of bio-oil, biochar and gas, product applications. Pyrolysis of plastic waste: condensation and addition polymers. Biomass gasification: homogeneous and heterogeneous reactions, reactivity of char and tar and reaction kinetics, conversion regimes (shrinking-core and reacting-core schematizations), technologies (updraft and downdraft gasifiers, fluidized reactors), autothermal and allothermal processes, gas composition, primary and secondary measures of gas cleaning and conditioning, gas applications. Combustion of biomass and waste: fundamentals, small- and medium-scale technologies; co-firing; un-burnt pollutants (two-stage combustion), pollutants from complete combustion (NOx), pollutants from fuel contaminants. Environmental and safety issues of thermo-chemical conversion processes. Background on mathematical modeling for process development, optimization and scale-up. Practical applications to some case-studies.

COURSE MATERIAL

• D. L. Klass- Biomass for Renewable energy, fuels and chemicals. Academic Press 1998. • Reviews and research articles • Lecture notes provided by the teacher

TARGET AND MODALITY AIMED TO ASSESS THE LEARNING RESULTS a) Learning results to be verified/Risultati di apprendimento che si intende verificare: The student must demonstrate good knowledge of the basic concepts of thermo-chemical conversion processes and ability to apply such concepts to practical applications and case studies (the assessment method, chosen by the student, consists of the discussion of a project report or, in alterative, an oral examination only).

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b) Assessment method/Modalità di esame: Examination includes Written and oral Written only Oral only Project report discussion x x Other procedures (specify) In case of written test* Multiple choice Open questions Numerical solution

Documents

Regolamento laurea magistrale ingegneria chimica 2020 21