66693 - FONDAMENTI DI CHIMICA INDUSTRIALE CON LABORATORIO

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente è in grado di progettare schemi di processi chimici semplificati, che includano trattamento dei reagenti; reazione; separazione e purificazione dei prodotti. Gestire processi pericolosi e che usano miscele di reazione infiammabili. Condurre reazioni complesse a livello di laboratorio, valutandone le prestazioni in termini di conversione, rese e selettività, determinare schemi di reazione complessi. Gestire e controllare i principali parametri operativi, sia a livello teorico che a livello pratico, di un processo chimico. Scegliere i catalizzatori ottimali in funzione della tipologia di processo.Impostare i bilanci di materia per un processo chimico continuo e discontinuo.

Programma/Contenuti

Pre-requisiti

Nozioni di termodinamica, per comprendere il concetto di equilibrio applicato alle reazioni condotte in reattori industriali. Nozioni di cinetica, per comprendere i concetti di velocità di reazione applicata alle reazioni condotte in reattori industriali, e per comprendere il significato delle grandezze resa, selettività, conversione, in presenza di schemi di reazione complessi.

Capacità di condurre operazioni chimiche fondamentali, necessarie per lo svolgimento delle esperienze di laboratorio: preparazione di soluzioni, campionamenti, titolazioni redox.

Nozioni di base di chimica organica per razionalizzare la reattività delle classi di composti nei principali processi industriali illustrati.

Nozioni di base di chimica generale ed inorganica per razionalizzare il comportamento e le proprietà dei principali catalizzatori omogenei o eterogenei.

Capacità di bilanciare reazioni chimiche.

Conoscenze di base di chimica organica e della reattività dei principali gruppi funzionali.

Contenuti

- Industria chimica e chimica industriale. Struttura dell’industria chimica: chimica di base, intermedia primaria e derivata, chimica fine e chimica delle specialità. Aspetti economici dell’industria chimica: costi fissi e costi variabili.

- Tecnologie di produzione di reagenti primari per l’industria chimica da differenti materie prime: carbone, petrolio, gas naturale e fonti rinnovabili. Produzione di biocombustibili e concetto di bioraffineria

- Rischio e pericolo. Sicurezza dei prodotti e delle reazioni chimiche: infiammabilità ed esplosività; run-away di reazioni esotermiche, schede di sicurezza di sostanze chimiche. Indici e limiti di tossicità, loro significato e valenza.

- Aspetti fondamentali dei brevetti industriali ed esempi pratici di lettura

- Ruolo della catalisi nell’industria chimica: catalizzatori omogenei ed eterogenei. Caratteristiche delle principali classi di reazioni chimiche industriali: ossidazione, deidrogenazione, idrogenazione, alogenazione e reazioni acido base. Esempi di processi industriali

- Creazione di flow-sheets di processi chimici: struttura entrate-uscite, del riciclo, di separazione di fasi, sistemi di purificazione di liquidi, gas e solidi.

- Esperienze di laboratorio: determinazione dell'area interfacciale in sistemi di reazione bifasici; determinazione dello schema di reazione in reazioni complesse; equazione di massimo profitto, utilizzo ed esempi.

- Bilanci di materia applicati a un processo chimico continuo. Fondamenti per l'impostazione del bilancio. Esempi in presenza di reazioni complesse. Struttura del riciclo, impostazione delle condizioni di riciclo. Impostazione delle equazioni per la determinazione del numero minimo di reazioni necessarie per descrivere il sistema.

- Gestione dei processi di ossidazione, in relazione alla formazione di miscele infiammabili. Scelta delle condizioni operative per un processo di ossidazione selettiva.

Testi/Bibliografia

Non è necessario l'acquisto di testi specifici. Alcune parti sono contenute nel testo “Sviluppo e Gestione dei processi chimici Industriali”, edito da CLUEB, autore F. Cavani, disponibile in biblioteca.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula: spiegazione con grafica di supporto realizzata alla lavagna. Esercitazioni pratiche in laboratorio: sperimentazioni realizzate dagli studenti in gruppi di 3-5.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Tipo di verifica: La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una Prova finale, deputata all’accertamento dell’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. La prova finale si articola in una prova orale, suddivisa a sua volta in tre parti, e in una relazione sull’attività svolta in laboratorio.

Modalità di svolgimento: la prova orale è suddivisa in tre parti, che possono essere sostenute dallo studente in tempi diversi, e nella successione preferita dallo studente:

  1. la prima parte consiste in un colloquio sull’argomento: Creazione di flow –sheet di processi chimici. L’esito di questa parte concorre per il 20% alla valutazione finale.

  2. la seconda parte consiste in un colloquio sugli argomenti: (i) schema di reazioni complesse ed equazione di massimo profitto; (ii) reazioni in sistemi multifasici; (iii) identificazione delle condizioni di reazione per ossidazioni industriali; (iv) risoluzione di un esercizio di bilancio di materia applicato ad un processo chimico. L’esito di questa parte concorre per il 30% alla valutazione finale.

  3. la terza parte consiste in un colloquio sugli argomenti: (i) Rilevanza e struttura dell’industria chimica: aspetti economici. ii) Materie prime tradizionali e rinnovabili. iii) Rischio e pericolo; sicurezza dei prodotti e delle reazioni chimiche; limiti di tossicità. iv) I brevetti industriali. V) Ruolo della catalisi nell’industria chimica; principali classi di reazioni ed esempi di processi industriali. L’esito di questa parte concorre per il 40% alla valutazione finale.

La relazione sulla attività svolta in laboratorio, la cui consegna da parte di ogni gruppo di lavoro viene di norma richiesta almeno una settimana prima dello svolgimento della prova orale sostenuta da un componente di quel gruppo di lavoro, viene valutata in relazione alla accuratezza nella descrizione della metodologia sperimentale applicata, e alla correttezza nella elaborazione e discussione del risultato finale; l’esito concorre per il 10% alla valutazione finale.

Il voto finale, espresso in trentesimi, risulta quindi dalla media pesata dei quattro contributi sopra detti; viene applicato un arrotondamento ad N per voto finale mediato compreso tra N,01 e N,45; ad N+1 per voto finale mediato compreso tra N,46 e N,99.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico: una parte del materiale didattico presentato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite internet. Username e password sono riservati a studenti iscritti all'Università di Bologna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Fabrizio Cavani

Consulta il sito web di Angelo Vaccari

Consulta il sito web di Francesco Basile