70/0063-M - INGEGNERIA DELLE REAZIONI CHIMICHE

Anno Accademico 2021/2022

Obiettivi

Nell'ambito del corso di Ingegneria delle reazioni chimiche gli studenti acquisiranno nozioni di base sulla cinetica chimica e fisica dei processi chimici e biochimici. Si affronterà la progettazione di massima e la relativa verifica delle apparecchiature fluodinamicamente ideali sedi di fenomeni reattivi. Si affronterà il problema del dimensionamento e della verifica di una apparecchiatura tipica dell'ingegneria chimica e biochimica. I problemi verranno analizzati sia a livello locale (monodimensionali), determinando i relativi profili di concentrazione, sia a livello macroscopico. A valle del corso gli studenti saranno in grado di integrare i principi della cinetica chimica ai bilanci di materia per diverse applicazioni dell'ingegneria chimica. Per la comprensione, da punto di vista quantitativo, dei reattori e reazioni chimiche e biochimiche caratterizzati da variazioni nel tempo e nello spazio (caso monodimensionale) saranno tipicamente adottate opportune tecniche analitiche di risoluzione.

Prerequisiti

Le propedeuticità obbligatorie sono indicate nel Regolamento didattico del Corso di studi. In particolare, sono indispensabili le conoscenze impartite nei corsi di base della matematica, chimica e fenomeni di trasporto.

Contenuti

Modulo 1 (10h Lez. + 8 h Es.) – Richiami di bilanci di materia, equilibri di fase e di equilibrio chimico: Condizioni di equilibrio in assenza di reazioni e in sistemi reagenti. Valutazione degli equilibri chimici. Velocità di reazione e struttura di un sistema reagente. Applicazione dei bilanci di materia ed energia ai reattori con fluidodinamica ideale: apparecchiature continua (mescolamento perfetto e in flusso a pistone) e discontinua.

Modulo 2 (10h Lez. + 8h Es.) – Cinetica chimica: grado di avanzamento della reazione, relazione tra le velocita di reazione di prodotti e reagenti, reagente limitante, equazione di Arrhenius, reazioni omogenee, eterogenee, elementari, non elementari e reversibili. Reazioni in parallelo, reazioni in serie: reazioni irreversibili del primo ordine e concetto di stadio lento.

Modulo 3 (5h Lez. + 3h Es.) – Analisi della velocita di reazione: Determinazione dell’ordine della reazione attraverso l’impiego di dati sperimentali. Impiego di tecniche di regressione per valutare le espressioni e meccanismi della velocità di reazione.

Modulo 4 (5h Lez. + 3h Es.) – Conversione e dimensionamento del reattore: Definizione dei bilanci di materia per reattori con fluidodinamica ideale in termini di conversione.

Modulo 5 (5h Lez. + 3h Es.) – Stechiometria: Concentrazione dei reagenti e prodotti della reazione in funzione della conversione per reazioni in fase liquida e/o in fase gassosa. Portata volumetrica per una reazione in fase gassosa e/o liquida in funzione della conversione.

Modulo 6 (5h Lez. + 3h Es.) – Sistemi con reazioni multipla: Selettività’ e resa. Ottimizzazione della selettività del prodotto desiderato basata sulle leggi della velocità di reazione.

Modulo 7 (8h Lez. + 8h Es.) – Reazioni enzimatiche: enzimi ad uno (Michaelis-Menten) e due substrati, Inibizione competitiva e non competitiva. Bilanci di materia applicati a colture cellulari, substrati e prodotti in bioreattori. Fasi di crescita cellulare e leggi di velocità di crescita di organismi.

Modulo 8 (4h Lez. + 2h Es.) – Catalisi e reattori catalitici: catalizzatore, fasi della reazione catalitica, stadio limitante.

Metodi Didattici

La didattica verrà erogata prevalentemente in presenza, integrata e “aumentata” con strategie online, allo scopo di garantirne la fruizione in modo innovativo e inclusivo. Il corso (90 ore complessive: Lezioni frontali 52 ore, esercitazioni pratiche 38 ore) è suddiviso tra lezioni teoriche ed esercitazioni per soddisfare le esigenze didattiche. Durante lo svolgimento delle lezioni il docente tratterà gli aspetti teorici del corso, che saranno accompagnati da numerosi esempi applicativi. In questa fase il docente stimolerà gli studenti con quesiti inerenti all'argomento trattato, con lo scopo di verificare il loro grado di attenzione e di apprendimento. Le esercitazioni in aula saranno svolte in gruppo o singolarmente e prevedono, almeno in una prima fase, il supporto da parte del docente, mentre nel proseguo del corso gli studenti saranno stimolati a risolvere in modo progressivamente più autonomo le problematiche incontrate.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione viene espressa in trentesimi, l'esame si svolge mediante prova scritta e orale.

Testi

Materiale didattico di riferimento suggerito:
•Elements of Chemical Reaction Engineering, H Scott Fogler 5th Edition
•Ingegneria delle Reazioni Chimiche, O. Levenspiel 3rd Edition
•Dispense delle lezioni e diapositive.

Altre Informazioni

Per gli argomenti trattati a lezione non contemplati in modo esaustivo nei libri di testo consigliati sono rese disponibili agli studenti dispense del docente o copie dei testi utilizzati.