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    Umberto ARENA

    Insegnamento di IMPIANTI PER LA PRODUZIONE DI FARMACI

    Corso di laurea magistrale a ciclo unico in FARMACIA

    SSD: ING-IND/25

    CFU: 3,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 24,00

    Periodo di Erogazione: Annualità Singola

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Elementi fondamentali dei bilanci di materia ed energia di processi chimici, partendo dalle equazioni generali di bilancio fino allo sviluppo di esempi calcolativi per processi di complessità crescente, con particolare attenzione agli aspetti di utilità per impianti di produzione dei farmaci diversi.

    Testi di riferimento

    R.M. Felder e R.W. Rousseau (2005) Elementary Principles of Chemical Processes, 3rd ed., J. Wiley
    D.W. Green e R.H. Perry (2007) Perry's Chemical Engineers' Handbook. 8th ed Mc Graw Hill
    Materiale di supporto disponibile a: https://uninadue.sharepoint.com/sites/docenti/UMBERTO_ARENA_057684/SitePages/Home%20Page.aspx

    Obiettivi formativi

    L’insegnamento si prefigge di descrivere gli aspetti fondamentali per il dimensionamento di impianti di produzione dei farmaci. Dopo brevi richiami su metodi di calcolo e sul significato delle principali variabili di interesse nell’industria di processo, lo studente acquisirà gli strumenti per effettuare bilanci di materia e di energia su processi diversi, in presenza o meno di reazione, in reattori continui, semicontinui o discontinui, principalmente in regime stazionario.
    Alla fine del corso lo studente, partendo dalle equazioni generali di bilancio, deve saper affrontare problemi calcolativi che simulano le principali condizioni di funzionamento dei processi di maggiore interesse, e di comprendere l’impiego di parametri in uso nella pratica industriale.

    Prerequisiti

    Conoscenze e abilità fornite dai corsi di Chimica generale ed inorganica

    Metodologie didattiche

    Lezioni frontali con esercitazioni numeriche.

    Metodi di valutazione

    Prova scritta con esercitazioni numeriche e domande. La prova sarà unica, con aspetti calcolativi e alcune domande di teoria, con una durata variabile tra 1,5 e 2 ore, durante la quale sarà possibile consultare tabelle e dati, forniti durante il corso.
    La successiva prova orale, a cui sono ammessi solo gli studenti che hanno superato con almeno 18/30 la prova scritta, consiste nella discussione della stessa prova scritta.

    Altre informazioni

    È disponibile materiale di supporto on-line.
    Programmi di tutorato posso essere attivati.

    Programma del corso

    1. Introduzione ai calcoli di bilancio. Conversioni di unità di misura. Omogeneità dimensionale. Variabili di processo: massa e volume; portata; composizione chimica; pressione; temperatura. Classificazione dei processi: discontinui, continui e semicontinui; a regime stazionario ed in transitorio.
    2. Bilanci di materia per impianti industriali. L’equazione generale di bilancio: bilanci su processi continui in stato stazionario; bilanci su processi discontinui e semicontinui. Calcoli di bilanci di materia per processi con singole unità: diagrammi di flusso; basi di calcolo; procedura generale di calcolo. Calcoli di bilanci di materia per processi con unità multiple: procedura generale; riciclo e bypass; spurgo. Stechiometria delle reazioni chimiche: rapporto stechiometrico; reagenti limitanti ed in eccesso; conversione frazionaria ed estensione della reazione; equilibrio chimico; reazioni multiple, resa e selettività. Calcoli di bilanci di materia sulle specie molecolari ed atomiche. Reazioni di combustione: aria teorica ed eccesso d’aria.
    3. Bilanci di energia per impianti industriali. Forme di energia e prima legge della termodinamica: energia cinetica, potenziale e interna. Bilanci di energia su sistemi chiusi. Bilanci di energia su sistemi aperti in stato stazionario (lavoro all’albero; proprietà specifiche ed entalpia). Tabelle di dati termodinamici (stato di riferimento; proprietà di stato; tabelle del vapore). Procedure di bilancio di energia: bilancio di energia per processi a uno o più componenti. Bilanci di energia per processi non reattivi: cammini di processi ipotetici; cambi di pressione a costante temperatura e stato di aggregazione; cambi di temperatura (calore sensibile e calori specifici) a costante pressione e stato di aggregazione; operazioni con cambio di fase (calori latenti). Bilanci di energia per processi reattivi: calori di reazione; calori di formazione; calori di combustione; procedura generale di calcolo.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Elementary principles of chemical processes, starting from the general equation of material and energy balances for non-reactive and reactive processes, with a particular focus on case studies related to manufacturing plants for different drugs.

    Textbook and course materials

    R.M. Felder and R.W. Rousseau (2005) Elementary Principles of Chemical Processes, 3rd ed., J. Wiley
    D.W. Green and R.H. Perry (2007) Perry's Chemical Engineers' Handbook. 8th edition. Mc Graw Hill
    Didactic material available at: https://uninadue.sharepoint.com/sites/docenti/UMBERTO_ARENA_057684/SitePages/Home%20Page.aspx

    Course objectives

    The course aims to provide a general framework about the principles of the industrial production of different kind of drugs. A specific attention will be given to the fundamental tools to develop material and energy balances on manufacturing processes, in continuous, batch or semi-batch systems, with or without the occurrence of a chemical reaction, mainly at steady state.
    At the end of the course the student will be able to develop material and energy balances on drug manufacturing processes: starting from the general equation of balance until the quantitative description of the processes of larger interest, with a particular attention to effect of the main process variables.

    Prerequisites

    Knowledge and skills provided by the courses of General and Inorganic Chemistry

    Teaching methods

    Front desk lectures with numerical exercises.

    Evaluation methods

    Written test containing numerical exercise and questions. There will be just one written test, with an available time of 1.5-2 h. During the test it will be possible to utilize table and data, provided during the course.
    Only the students that pass the written test with a score of at least 18/30 will be admitted to the oral exam, where there will be a discussion of the written test.

    Other information

    Support material is available on-line.
    Tutorial programs can be activated.

    Course Syllabus

    1. Introduction to balance calculations. Conversion of Units. Dimensional homogeneity. Process variables: mass and volume; flow rate; chemical composition; pressure; temperature. Process classification: batch, semibatch and continuous processes; processes at steady state and transient processes.
    2. Mass balance calculations for industrial plants. The general balance equation: balances on continuous steady-state processes; integral balances on batch and semibatch processes. Balances on single-unit processes: flowchart, basis of calculation; scale-up; general procedure for single-unit process material balance calculations. Balances on multiple-unit processes: general procedure; recycle and bypass; purge. Chemical reaction stoichiometry: stoichiometric ratio; limiting and excess reactants; fractional conversion and extent of reaction; chemical equilibrium; multiple reactions, yield and selectivity. Balances on reactive processes: balances on molecular and atomic species. Combustion reactions: theoretical and excess air.
    3. Energy balance calculations for industrial plants. Form of energy and the first law of thermodynamics: kinetic, potential and internal energy. Energy balances on closed systems. Energy balances on open systems at steady state (shaft work; specific properties and enthalpy). Tables of thermodynamic data (reference state and state properties; steam tables). Energy balance procedures: energy balance on one-component or multi-component processes. Balances on nonreactive processes: hypothetical process paths; changes in pressure at constant temperature and state of aggregation; changes in temperature at constant pressure and state of aggregation (sensible heat and heat capacities); phase changes at constant temperature and pressure (latent heats). Balances on reactive processes: heat of reaction; heat of formation; heat of combustion; general procedures of calculations.

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