Obiettivi formativi
Al termine del corso lo studente avrà una approfondita conoscenza dei principi indispensabili e dei criteri generali su cui si basa la realizzazione di un processo chimico industriale. A tale scopo specifici processi chimici verranno descritti ed analizzati dal punto di vista termodinamico e cinetico e ne verranno evidenziati gli aspetti tecnologici più importanti. Verranno inoltre trattati i problemi connessi con il costo, la sostenibilità e la sicurezza di un processo industriale (Conoscenza e capacità di comprensione - knowledge and understanding).
Egli sarà in grado di analizzare dal punto di vista termodinamico e cinetico un processo industriale, comprendere le modalità con cui un processo chimico viene condotto, scegliere i parametri ottimali per la conduzione di un processo chimico. Sarà in grado di eseguire calcoli elementari di bilancio di massa e di energia. Sarà in grado di utilizzare in sicurezza le sostanze chimiche e le saprà smaltire in maniera corretta. (Capacità di applicare conoscenza e comprensione - applying knowledge and understanding).
Egli saprà valutare in modo critico gli aspetti di sicurezza e di economia di un processo chimico, e valutare quelli relativi ai prodotti e materiali. Egli saprà scegliere in modo critico le tecnologie ottimali di produzione di un determinato prodotto chimico. Egli sarà capace di correlare i dati acquisiti sperimentalmente con modelli teorici (Autonomia di giudizio - making judgements).
Lo studente acquisisce la capacità di comunicare, sia in forma orale che scritta, con un linguaggio tecnico-specialistico che gli consente di dialogare con chimici ed altre figure professionali. Egli saprà interagire con altro personale sull’attuazione delle misure di sicurezza necessarie in ambito chimico (Abilità comunicative – communication skills).
Lo studente sarà in grado di intraprendere studi accademici di livello superiore con un sufficiente grado di autonomia o di continuare la propria formazione professionale. Egli saprà lavorare in gruppo ma anche con un buon grado di autonomia. Si saprà adattare a diversi ambiti lavorativi e a tematiche diverse e sarà altresì in grado di interpretare, in modo autonomo, dati di letteratura tecnico scientifica. (Capacità di apprendimento - learning skills)
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Richiami di termodinamica e di cinetica. Generalità dell’industria chimica e tipologie di prodotti chimici. Modalità di conduzione di una reazione chimica (discontinua/continua/semicontinua). Definizione delle condizioni operative (pressione, temperatura, tempo di contatto). Concetti di resa, conversione e selettività. Definizione di stato stazionario. Definizione di riciclo, by-pass e spurgo. Reazioni parallele e consecutive. Tipologie di reattori chimici in ambito industriale. Reazioni multifasiche. Catalisi omogenea ed eterogenea. Principi fondamentali nella conduzione di un processo catalitico. Proprietà di catalizzatori industriali. Problemi connessi con lo scale-up di un processo produttivo dal laboratorio all’industria. Importanza della disponibilità delle materie prime, della sostenibilità e della sicurezza di un impianto chimico industriale. Considerazioni sui costi complessivi fissi e variabili di un processo. Principi dei bilanci di massa e di energia applicati a processi chimici industriali.
Gli aspetti fin qui descritti verranno esemplificati con i processi industriali di seguito riportati:
-Liquefazione dei gas. Separazione dei gas dell’aria.
-Produzione di idrogeno e gas di sintesi
-Produzione industriale di metanolo
-Processo Fischer-Tropsch
-Processo Haber-Bosch
-Produzione di urea,
-Processo Ostwald
-Produzione di acido solforico
-Processo Claus
-Processo Leblanc e processo Solvay
-Industria cloro-alcali: produzione di cloro e idrossido di sodio.
-Processi dell’industria Petrolchimica: Steam cracking, Reforming catalitico, Hydrotreating, Catalytic cracking.
Programma esteso
Introduzione al laboratorio di chimica organica: norme di sicurezza nei
laboratori chimici; apparecchiature di laboratorio, e loro uso; uso dei
solventi organici. Nomenclatura, stereochimica, caratteristiche chimico/fisiche, di reattività e di sicurezza di tutti i composti che si incontrano nelle varie esperienza di laboratorio.
ID: Conoscenza e capacità di comprensione; Conoscenza e capacità di comprensione.
Introduzione alle tecniche spettroscopiche (IR e Ultravioletto-Visibile): concetti teorici di base connessi alla teoria del legame chimico; correlazione tra polarità/polarizzabilità e struttura dei composti organici; conseguenze sulle loro caratteristiche chimico/fisiche e di reattività.
ID: ID: Conoscenza e capacità di comprensione.
Esempi di
determinazioni strutturali mediante e individuazione di gruppi funzionali con IR e UV-vis.
ID: Autonomia di giudizio; Conoscenza e capacità di comprensione applicate.
Tecniche separative di laboratorio: purificazione di solidi e criteri di
purezza; scelta del solvente di cristallizzazione e determinazione del
punto di fusione; tecniche di estrazione di composti organici; estrazione
di prodotti naturali, estrazione di sostanze acide e basiche; separazioni
cromatografiche: scelta dell'eluente, cromatografia su strato sottile e su
colonna, gascromatografia; tecniche di distillazione di liquidi.
Svolgimento di una reazione di sintesi organica.
ID: Conoscenza e capacità di comprensione; Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Esperienze di laboratorio:
Purificazione di un composto organico mediante ricristallizzazione;
Separazione di prodotti organici mediante estrazione acido-base;
Estrazione della caffeina dalle foglie del tè;
Cromatografia su strato sottile e su colonna;
Reazioni di Sostituzione Elettrofila Aromatica; tramite tutte queste esperienze, si insegna e viene poi man mano valutata la capacità di pianificazione, reperimento ulteriori informazioni se necessarie, esecuzione ed analisi dei risultati di un esperimento scientifico, insieme alla stesura delle informazioni/loro divulgazione e al corretto smaltimento di ogni residuo generato.
ID: Autonomia di giudizio; Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Prova finale.
ID: - Autonomia di giudizio; - Conoscenza e capacità di comprensione applicate; - Abilità comunicative.
Bibliografia
1) "Chimica Inorganica Industriale" C. Botteghi (Piccin)
2) "An Introduction to Industrial Chemistry" C. A. Heaton
3) "Organic Chemistry: Principles and Industrial Practice" Mark M. Green, Harold A. Wittcoff
4) “Fundamentals of Industrial catalytic processes” C.H. Bartholomew, R.J. Ferrauto
5) "Principi della Chimica Industriale" Vol. I e II G. Natta, L. Pasquon
Metodi didattici
Il corso si svolge in 48 ore di lezioni frontali, durante le quali gli studenti vengono guidati alla comprensione dei principi di base della Chimica Industriale. Durante le lezioni verranno discusse le problematiche
generali connesse con la conduzione di una reazione chimica su scala industriale. I concetti teorici verranno esemplificati con alcuni processi industriali di grande importanza. Le slide utilizzate a supporto delle
lezioni verranno caricate con cadenza settimanale sulla piattaforma Elly. Il materiale aggiuntivo a supporto delle slide è sempre presente su Elly. Per scaricare le slide è necessaria l'iscrizione al corso on-line. Le slide
vengono considerate parte integrante del materiale didattico. Si ricorda agli studenti non frequentanti di controllare il materiale didattico disponibile e le indicazioni fornite dalla docente tramite la piattaforma
Elly. Il docente è disponibile su appuntamento (e-mail) per chiarimenti sulle lezioni.
Modalità verifica apprendimento
La valutazione sommativa degli apprendimenti prevede una prova scritta e un esame orale. Alla prova orale sono ammessi coloro che hanno superato la prova scritta. Lo studente deve dimostrare: 1) di aver compreso i processi chimici industriali in tutti i loro aspetti 2) di essere in grado di confrontare e discutere autonomamente in modo critico i processi: per esempio confrontare un processo datato con uno più
innovativo. 3) di utilizzare un linguaggio corretto. 4) di essere in grado di trovare collegamenti tra le diverse parti del corso e i contenuti di altri corsi: per esempio spiegare dal punto di vista termodinamico e cinetico la
reazione di un processo industriale utilizzando le competenze acquisite nei corsi di Chimica Generale ed Inorganica e di Chimica Fisica I. La prova scritta consiste di 6-8 domande. La durata della prova scritta è pari a 3 ore. La prova scritta è valutata con scala 0-30. La lode viene assegnata nel caso del raggiungimento del massimo punteggio su ogni item a cui si aggiunga la padronanza del lessico disciplinare. La correzione della prova scritta viene effettuata entro due giorni e l'esito viene comunicato tramite email dalla piattaforma ESSE3. Sempre tramite email si concorda il giorno della prova orale in caso di esito positivo della prova scritta. La prova orale consiste in una discussione riguardante le eventuali inesattezze riscontrate nella prova scritta e in un ulteriore approfondimento degli aspetti fondamentali del corso. Verrà verificata la
conoscenza degli argomenti trattati nonché la capacità di argomentare in modo critico, e la capacità di collegare le diverse parti del corso. Le abilità di sintesi, di uso di un linguaggio tecnico corretto e di
comunicazione saranno valutate positivamente. Il voto della prova orale viene comunicato immediatamente al termine della prova stessa e farà media con la prova scritta. Si ricorda che l'iscrizione on-line all'appello è
OBBLIGATORIA sia nel caso di prova scritta sia nel caso di prova orale.
Altre informazioni
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