70/LM-0078 - PROGETTAZIONE SOSTENIBILE NEI PROCESSI CHIMICI ED ENERGETICI

Anno Accademico 2016/2017

Obiettivi

L’insegnamento è destinato agli iscritti ai corsi di Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica e dei Processi Biotecnologici (CE) e Ingegneria Energetica (EE); parte degli obbiettivi sono comuni, altri più specifici dei singoli corsi di laurea sono indentificati con gli acronimi CE e EE.

Conoscenze
- Aspetti ambientali ed energetici di impianti di processo; Pinch Technology
- (CE) Fasi del progetto di un impianto di processo: documenti standard e specifiche
- (EE) Scelta di un sistema elettrochimico per la conversione e lo stoccaggio di energia per una data applicazione

Capacità
- Analisi energetica e integrazione di un impianto di processo: simulazione, estrazione dei dati, analisi, progettazione della rete di scambiatori di calore.
- (CE) Progettazione di base di un impianto di processo: scelta e dimensionamento dei dispositivi principali, PFD, P & ID, strategie di controllo e dispositivi di sicurezza, analisi economica di un processo.
- (EE) Scelta di un sistema elettrochimico per la conversione e lo stoccaggio di energia per una data applicazione

Competenze
- Analisi critica della specifica industriale, con riferimento anche alle tematiche ambientali
- Simulazione di unità di processo e piante
- Analisi della letteratura tecnica
- Presentazione dei risultati, identificazione dei principali parametri di un problema, preparazione di documenti secondo standard definiti

Prerequisiti

Termodinamica (Termodinamica dell'Ingegneria Chimica, Fisica tecnica)
meccanismi di trasporto di calore e correlazioni
Progettazione di scambiatori di calore
Cifre significative e Unità di misura in sistemi energetici
Fondamenti di economia di processo.

Contenuti

Progettazione della rete di scambiatori di calore (60 h)
curve composite
Vincoli di processo e di selezione delle utilities
Cogenerazione (produzione combinata di calore e energia elettrica)
L'integrazione di pompe di calore
Rete di scambiatore di calore di e utilities, costi Capitale e Totale
Il metodo di progettazione
Stream Splitting
Retrofit di reti di scambiatori di calore
Integrazione termica di colonne di distillazione
Integrazione termica di reattori

(CE) Fasi dello sviluppo di un impianto di processo: specifiche, bilanci, PFD, dimensionamento delle principali apparecchiature, definizione delle strategie di controllo e blocco, P&ID.

(EE)
Conversione e immagazzinamento elettrochimici di energia (30h)
Introduzione e panoramica dei processi di elettrodo
Potenziali e termodinamica di cella
Cinetica delle reazioni di elettrodo
trasferimento di materia per migrazione e diffusione
Tipi e basi energetiche delle celle a combustibile: (ore 12L; 6E/6Lab)
Celle a bassa temperatura: celle alcaline (AFC), ad elettrolita polimerico (PEM) (idrogeno e metanolo diretto)
Celle a media –alta temperatura: celle a carbonati fusi (MCFC), ad ossido solido (SOFC), ad acido fosforico (PAFC), principi di funzionamento, efficienze conseguibili, condizioni e campi applicativi, limiti e prospettive di sviluppo.
Panoramica delle opportunità applicative ed obiettivi per lo sviluppo tecnologico: applicazioni automobilistiche, impianti di co-generazione
Sistemi di accumulo dell’energia (ore 4L; E4):
analisi del processo di carica e scarica di capacitori
batterie al litio e supercapacitori

Metodi Didattici

Lezione frontale 60h
Esercitazioni nel laboratorio informatico 30h

Verifica dell'apprendimento

Con riferimento agli obbiettivi del corso:
Prova scritta: (verifica delle capacità e delle competenze) simulazione e analisi di un processo, analisi energetica e progettazione della rete di scambiatori
Prova orale: (verifica delle conoscenze e delle competenze nella comunicazione) colloquio, a carattere non nozionistico, sugli argomenti del corso
(CE) Redazione del progetto di base di un impianto chimico (verifica delle capacità di progettazione e delle competenze nella redazione degli elaborati)

Testi

Kemp - Pinch Analysis and Process Integration – IchemE-Elsevier
Smith – Chemical Process Design and Integration – J. Wiley

Altre Informazioni

Slides delle lezioni, esercitazioni e testi delle prove svolte nelle passate sessioni di esame sono disponibili sul sito del docente.
Le slides non sono dispense, l'analisi critica delle fonti è indispensabile al superamento della prova d'esame.