CHEMICAL PLANTS

Conoscenza e comprensione: Il corso introduce alla conoscenza dei più diffusi impianti di industria di processo e delle attrezzature (operazioni unitarie), fornendo gli elementi fondamentali per la scelta e il calcolo di dimensionamento delle principali unità utilizzate nelle operazioni di separazione di fase e per la loro gestione.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Alla fine del corso l'allievo sarà capace di determinare le specifiche tecniche di ogni impianto ricadente nelle tipologie studiate, ragionare in maniera critica sulle scelte progettuali per garantire la più completa sostenibilità dell’impianto e valutare quali gli effetti sul processo di ogni sua scelta nel cambiamento di parametri di progetto e di variabili operative.

Autonomia di giudizio: l’allievo acquisirà autonomia di giudizio attraverso la redazione di elaborati progettuali (sul dimensionamento di alcune sezioni di impianti) atti a garantirgli un’analisi critica delle scelte da effettuare per la ricerca della massima sostenibilità complessiva dell’impianto in esame, tenendo conto di criteri quali l’economia, il risparmio energetico, la riduzione delle singole emissioni e dell’impatto complessivo, l’accettazione dell’impianto da parte del territorio;

Abilità comunicative: Attraverso la redazione degli elaborati progettuali, avviata tramite discussione in gruppo nell’aula, l’allievo acquisirà capacità di comunicare e trasmettere le informazioni, i criteri progettuali ed i risultati ottenuti sia in forma scritta – attraverso grafici e tabelle – che orale.;

Capacità di apprendimento: Lo svolgimento degli elaborati di dimensionamento nella forma libera e del tutto autonoma svilupperà la capacità di affrontare qualunque ulteriore dimensionamento in modo autonomo e propositivo, pur garantendo la capacità di confrontarsi apertamente e costruttivamente con i propri colleghi e responsabili di team.

L’insegnamento prevede 93 ore totali di attività, di cui 28 ore di Didattica Erogativa (lezioni teoriche) e 65 ore di Didattica Interattiva (esercitazioni numeriche, dimensionamento mediante software). Le attività di Didattica Interattiva saranno incentrate sullo svolgimento di esercizi di  progettazione che sono propedeutici alla redazione degli elaborati finali (dimensionamento di diverse sezioni di impianto). L’insegnamento potrà includere anche uno o più seminari tenuti da ricercatori e progettisti provenienti da industrie operanti nel settore degli impianti chimici.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Prerequisti culturali: L'allievo deve possedere le conoscenze culturali di base di fluidodinamica e di chimica (esempio: concetto di portata, di flusso, di tempo di ricambio, di portata di ricircolo, di energia cinetica turbolenta, di dispersione idrodinamica, alcalinità, reazioni di ossidazione riduzione, reazioni biologiche aerobiche ed anaerobiche, di entalpia di reazione).  Le stesse verranno verificate con un test non vincolante all'inizio delle lezioni

Obbligatoria in presenza per il 70% delle ore, come previsto dal regolamento didattico.

PROGRAMMA

1.INTRODUZIONE AL CORSO E ALLE PROBLEMATICHE DI PROGETTAZIONE DEGLI IMPIANTI CHIMICI, verifica delle competenze culturali in ingresso

2.SEPARAZIONE ATTRAVERSO TRASFORMAZIONI CHIMICHE E PROCESSI FISICI – (note dal docente); 2-1 Introduzione; 2-2 Caratteristiche delle particelle da separare; 2-3 Teoria della coagulazione; 2-4 dimensionamento del processo di coagulazione; 2-5 Teoria della flocculazione; 2-6 Teoria del mescolamento; 2-7 Dimensionamento impianti di mescolamento; 2-8 Operatività e manutenzione; 2.9. Separazione per gravità semplice 2.10 Separazione migliorata mediante pacchi lamellari.

3. REATTORI PER LA TRASFORMAZIONE BIOLOGICA DEL SUBSTRATO (note dal docente) 3.1 Dimensionamento di un reattore biologico con bi-substrato e popolazione 3.2 Principi di Simbiosi industriale tra processi per la trasformazione biologica del substrato e processi con produzione di energia: bilanci di massa, energia e dimensionamento di massima degli impianti

4. ADSORBIMENTO - C&R, vol. 2 – cap. 17 4.1 Introduzione 4.2 La natura degli adsorbenti 4.3 Equilibrio in adsorbimento 4.4 Adsorbimento multicomponente 4.5 Adsorbimento da gas e liquidi 4.6 Apparecchiature e dimensionamento

5. COLONNE DI SEPARAZIONE (DISTILLAZIONE, ASORBIMENTO ED ESTRAZIONE) (note dal docente) – C&R, vol. 6 – cap. 11 5.1 Introduzione e basi teoriche della distillazione 5.2 Distillazione continua: descrizione del processo 5.3 Distillazione continua: principi di base 5.4 Variabili di progetto nel processo di distillazione 5.5 Metodi di progettazione per sistemi binari 5.6 Distillazione multicomponente: considerazioni generali 5.7 Distillazione multicomponente: metodi speditivi per determinare il numero di stadi ed i flussi 5.8 Sistemi multicomponenti: procedure di soluzione rigorose (metodi informatici) 5.9 Distillazione in batch 5.10 Efficienza della piastra 5.11 Dimensionamento di massima della colonna

6. PROCESSI DI SEPARAZIONE A MEMBRANA – C&R, vol 2  – cap. 8 e note del docente 6.1 Introduzione 6.2 Classificazione dei processi a membrana 6.3 La natura delle membrane sintetiche 6.4 Equazione generale dei sistemi a membrana 6.5 Microfiltrazione 6.6 Ultrafiltrazione 6.7 Osmosi inversa 6.8 Moduli a membrana e la configurazione dell'impianto 6.9 Fenomeno di sporcamento della membrana 6.10 Elettrodialisi 6.11 L’osmosi inversa

7. LISCIVIAZIONE - C&R, vol. 2 – cap. 10 7.1 Introduzione 7.2 Trasferimento di massa in operazioni di lisciviazione 7.3 Apparecchiatura per lisciviazione 7.4 Lavaggio in controcorrente dei solidi 7.5 Calcolo del numero di stadi 7.6 Numero di stadi per il lavaggio in controcorrente mediante metodi grafici

1. Coulson & Richardson's Chemical Engineering, vol 6 – Chemical Engineering Design (reference book)

2. Coulson & Richardson's Chemical Engineering, vol 2 - Particle Technology and Separation Processes (reference book)

3. Dispense del docente (consegnate su chiavetta il primo giorno di lezione) (reference book)

4. Perry's Chemical Engineers' handbook

Prova intermedia: E’ prevista una prova intermedia scritta di durata pari  3 ore su circa la metà del programma, da svolgere con l’ausilio di un computer e che si baserà anche sulle esercitazioni di dimensionamento a quella data completate dall’allievo. Una valutazione positiva di tale prova evita di dover sostenere la prova finale sulla prima parte di programma già affrontata. Qualora superata il risultato della prova ha valitdità 8 mesi

Prova finale: Dopo la fine del corso si svolgerà una seconda prova scritta sulla rimanente parte del programma (2 ore) per chi ha affrontato la precedente prova intermedia o su tutto il programma (4 ore) per chi non ha affrontato/superato la prova intermedia. Qualora la valutazione complessiva ed organica delle due prove non sia ritenuta sufficiente da parte del docente o l’allievo desideri comunque migliorare la valutazione ricevuta si potrà sempre richiedere un colloquio orale integrativo e/o ripetere la prova scritta.

Elementi di valutazione: pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate, qualità dei contenuti, capacità di collegamento con altri temi oggetto del programma, capacità di riportare esempi, proprietà di linguaggio tecnico e capacità espressiva complessiva dello studente

Design the rectifying section for the column specified in the previous exrcercise. Take the minimum feed rate as 70 per cent of the maximum (maximum feed 54,000 kg/h). Use sieve plates. Reflux ratio = 1.35. Determine Physical properties, Column diameter and provisional plate design.

Based on the data from rapid small-scale adsorption test (for a constant diffusivity) in the following table  design a full scale column with a flow rate of approximately  500 m³/d and a particle radius of 0.513 mm

An existing flocculation basin must be used to treat an industrial wastewater. Verify the maximum flow that can be treated by the basin, the required input power, specific power, impeller diameter and its rotational speed.

Design a static mixer for the following conditions: Design flow rate  150 m³/h; Minimum water temperature 21 °C; Mixer aspect ratio  1.2; Design COV is 4%

Design the settling tank to support a flow rate of 1600 m³/d and a concentration of 7 kg/m³ of total suspended solids.