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Docente
SIMONETTA PALMAS (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[70/88]  INGEGNERIA CHIMICA E DEI PROCESSI BIOTECNOLOGICI [88/00 - Ord. 2020]  PERCORSO COMUNE 12 120

Obiettivi

L’obiettivo formativo generale del corso è quello di fornire allo studente una metodologia per l’analisi dei processi chimici ed elettrochimici di interesse industriale. Il corso mira principalmente a far acquisire agli studenti la capacità di impiegare tale metodologia attraverso esempi di analisi di processi dell’industria chimica ed elettrochimica di base, con speciale riguardo ai processi che abbiano riscontro nella realta industriale del Territorio.
Gli indicatori dei risultati di apprendimento raggiunti dagli studenti a fine corso possono essere riassunti come segue:

*Conoscenza e capacità di comprensione:

Attraverso la frequenza del corso lo studente dovrà acquisire:
- la conoscenza approfondita sui principali processi produttivi della chimica industriale inorganica e della Ingegneria elettrochimica
- la capacità di effettuare l’analisi termodinamica di un processo chimico
- la capacità di individuare le condizioni di lavoro per massimizzare la resa termodinamica
- la capacità di comprendere testi tecnico/scientifici sugli argomenti del corso
- la capacità di risolvere problemi di calcolo relativi ad equilibri e bilanci di materia ed energia concernenti processi della chimica industriale;

*Autonomia di giudizio e abilità comunicative:

Attraverso la frequenza del corso lo studente deve:
- essere in grado di esprimere il risultato dei calcoli in forma di rapporto tecnico
- essere in grado di esporre sinteticamente un'analisi critica di un argomento tecnico

*Capacità di apprendere autonomamente

Attraverso la frequenza del corso lo studente lo studente deve:
- acquisire metodi di analisi critica della documentazione tecnico/scientifica

Prerequisiti

Per gli allievi che accedono a questo insegnamento, (o per coloro che, non avendo frequentato, iniziano lo studio), è importante avere padronanza di alcuni concetti di base di: Chimica Generale (in particolare i concetti di equilibrio chimico, le reazioni di ossido-riduzione, i principi dell'elettrochimica, la termodinamica e la cinetica chimica), Termodinamica (principio di Joule Thomson, comportamento dei gas non ideali - calcolo delle proprietà dei gas non ideali), Impianti Chimici (Bilanci Macroscopici di materia e di calore, Distillazione) e Reattori Chimici.

Contenuti

MODULO 1) Processi Industriali (ore: 42L, 18 lab/E)
Metodi di separazione e di purificazione e loro applicazioni ai processi industriali - (Ore 10L; 4Lab)
Fattori che condizionano la fattibilità dei metodi di separazione - Campi di applicazione e criteri di scelta.
Esempi di purificazione di correnti gassose e liquide: Unità di Trattamento gas acidi – metodi chimico fisici di purificazioni delle correnti di processo da CO2, H2S
Processo Claus
Trattamento delle acque di scarico (20L, 4Lab, 4E)
Principali parametri di caratterizzazione delle acque di scarico: solidi disciolti, sospesi, totali, volatili; BOD; COD; TOC; ecc. Operazioni unitarie per il trattamento e dimensionamento di massima delle relative apparecchiature. Processi di trattamento biologico aerobici, anossici ed anaerobici e dimensionamento di massima dei bioreattori.
Processi di ossidazione avanzata

Analisi dei principali processi di produzione dell’industria chimica di base.
Produzione di composti intermedi mediante sintesi organica e inorganica (es.: sintesi di NO, HCl, Metanolo) (ore 4L; 4E)
Produzione di N2 e O2 per distillazione dell'aria liquida. (ore 8L)
Sintesi di NH3: termodinamica di reazione, reattori, catalizzatori, impianti industriali (ore 6L; 4E)
Processi elettrochimici: (ore 12L; 6E)
Componenti e funzionamento di un reattore elettrochimico; cinetica delle reazioni elettrochimiche e bilanci di massa, tensione minima di elettrolisi; densità di corrente e sovratensione; reazioni secondarie ed efficienza energetica, descrizione e classificazione dei reattori elettrochimici.
Esempio di processo elettrolitico in soluzione acquosa (processo Cloro-Soda).

MODULO 2) PROCESSI ENERGETICI (ore: 38L, 22 lab/E)
Energetica dell’idrogeno. (ore 6L)
- Proprietà fisico-chimiche ed energetiche; Economia dell’idrogeno.
Green Hydrogen: Produzione di H2 da risorse energetiche rinnovabili. Immagazzinamento e Trasporto

Grey and blue Hydrogen: Produzione dell’idrogeno da fonti fossili (ore 16L; 6E)
Processi di ossidazione parziale, reforming primario e secondario di idrocarburi, conversione del CO. Separazione e cattura di CO2. Purificazione finale e separazione di idrogeno.

Utilizzo dell’idrogeno - 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

Compatibilmente all'evoluzione della situazione sanitaria, l'insegnamento sarà impartito prevalentemente in presenza, tramite lezioni frontali ed esercitazioni in aula. La didattica sarà inoltre integrata e “aumentata” con strategie online, allo scopo di garantirne la fruizione in modo innovativo e inclusivo.
Durante lo svolgimento delle lezioni, gli ultimi 15-20 minuti, potranno essere dedicati allo svolgimento di test per valutare sia l'apprendimento in aula, che il livello di apprendimento globale e la sua progressione specifica per ogni studente. Il test sarà nominativo ed il risultato andrà a costituire materiale per la valutazione finale dello studente. I risultati saranno immediatamente resi disponibili allo studente.
Dipendentemente dalla numerosità degli studenti della classe, potranno essere programmate alcune esercitazioni pratiche in laboratorio. Queste ultime saranno organizzate a gruppi di due o tre allievi. Per ogni esercitazione, ciascun gruppo dovrà redigere una relazione scritta riportante i dati acquisiti nel corso dell'esperienza e le opportune elaborazioni dei medesimi. Le relazioni saranno valutate e al termine del corso sarà dato un voto complessivo relativo all'attività di laboratorio.
Durante il corso sarà inoltre richiesta un'analisi critica di alcuni articoli scientifici (in lingua inglese) su alcuni argomenti del corso: dipendentemente dalla numerosità della classe, tale analisi dovrà essere fatta o dallo studente singolo, o da più studenti organizzati in gruppi di lavoro.
Sarà organizzata una specifica esercitazione in cui ciascuno studente è chiamato ad esporre il risultato dell'analisi, agli atri studenti della classe.
Le modalità descritte potranno subire variazioni in dipendenza dalla evoluzione dello stato di emergenza sanitaria legata a Covid-19

Verifica dell'apprendimento

La valutazione prevede una prova scritta in cui si richiede di risolvere un problema numerico, e di rispondere ad una serie di domande a risposta aperta. Lo studente dovrà dimostrare di saper effettuare lanalisi TD di un processo chimico, e risolvere problemi di calcolo relativi ad equilibri e bilanci di materia ed energia concernenti processi della chimica industriale. Lo studente dovrà inoltre dimostrare di aver appreso i concetti e gli argomenti teorici affrontati a lezione, e di avere acquisito la capacità di esprimerli in maniera precisa e sintetica. La specifica esercitazione, in cui gli studenti presentano i risultati dellanalisi critica dell'articolo scientifico a loro assegnato, insieme con leventuale esame orale, potranno essere usati per valutare le abilità di comunicazione, analisi critica e comprensione della letteratura scientifica, acquisita dallo studente.
Il voto finale sarà espresso in trentesimi. Incideranno sul voto finale: Il voto della prova scritta per l'80%, ed il voto dell'eventuale orale per il 15%. Concorreranno alla votazione finale, in misura di un ulteriore 10%, anche: i) le esercitazioni numeriche e quelle pratiche in laboratorio; ii) i questionari a risposta multipla compilati dagli studenti durante il corso delle lezioni frontali; ii) gli elaborati e le presentazioni in aula delle analisi degli articoli scientifici assegnati a ciascuno studente o gruppi di studenti.
Una valutazione totale pari almeno a 18/30 sarà considerata sufficiente e sarà registrabile sul libretto, a meno che il docente, o lo stesso studente non richieda di sostenere il colloquio orale. Al termine della prova orale, se la valutazione finale risulterà almeno pari a 18/30, questa sarà insindacabilmente registrata sul libretto e lesame sarà ritenuto concluso.
Un voto superiore a 27 sarà attribuito SOLO allo studente che, durante la prova orale, dimostri di aver acquisito una conoscenza ottima di tutti gli argomenti trattati durante il corso. La lode sarà attribuita quando la somma dei punteggi parziali supera 30/30

Testi

1)Lezioni di Chimica Industriale; I. Pasquon; Città Studi
2) Marco Noro, “Celle a combustibile” Dario Flaccovio Editore;
3)Electrochemical reactor design D.J. Pickett , A first course in Electrode processes, D. Pletcher
4) Wastewater Engineering - Treatment Disposal Reuse, Matcalf & Eddy, McGraw-Hill.
per approfondimenti:
Collana dei 5 volumi di Chimica industriale - G. Natta, I. Pasquon et al., Editore: CittàStudi

Altre Informazioni

Poiché il corso tratta una sintesi di argomenti scelti di chimica industriale, è stato sviluppato materiale didattico apposito che è messo a disposizione degli allievi del corso.
Il materiale di studio, distribuito a lezione sarà anche messo a disposizione agli studenti non frequentanti che ne facciano espressa richiesta al docente

Questionario e social

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