ITALIANO

Il corso fornisce nozioni essenziali sul dimensionamento e funzionamento di reattori e di alcune apparecchiature di utilizzo comune nell'impiantistica chimica e biochimica.
E' organizzato in tre parti.
La prima parte, "Fondamenti di ingegneria delle reazioni chimiche", dopo alcune nozioni di base per leggere un progetto di un impianto (simbologia, Process Flow Diagram, P&ID), è dedicata alla valutazione dei principali parametri di un processo chimico o biologico in diverse configurazioni reattoristiche: temperatura ottimale di reazione, tempo di reazione necessario ad ottenere una determinata resa, volume minimo necessario a garantire un tempo di residenza ottimale.
La seconda parte, "Bilanci di materia ed energia e trasmissione del calore per la reattoristica", dopo alcuni richiami alla corretta impostazione di bilanci di materia e di energia, principalmente in regime stazionario, esamina i meccanismi di trasmissione del calore e il dimensionamento delle apparecchiature di scambio più importanti.
La terza parte, "Reattoristica di interesse per le tecnologie ambientali", entra nel dettaglio dell'ingegneria di alcuni reattori di particolare interesse, quali i reattori a letto fluido, alcuni tipi di digestori anaerobici, e i biofiltri.
Il corso fornisce anche informazioni essenziali sugli aspetti economici dell'impiantistica chimica.

Testi principali:
1) O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, 3rd ed., J.Wiley&Sons, 1999 ISBN 0-471-25424-X
2) O. Levenspiel, Engineering Flow and Heat Exchange, Springer, 2014 ISBN 978-1-4899-7453-2
3) D. Kunii and O. Levenspiel, Fluidization Engineering, 1991, ISBN 0-409-90233-0
Testi da consultare:
A. Bird, Steward, Lightfood, Fenomeni di trasporto, Edizioni Ambrosiana
B. Perry et al., Perry’s Chemical Engineering Handbook, McGraw-Hill
Materiale distribuito tramite upload su cloud.

Gli obiettivi del corso sono essenzialmente due:
a) Rendere il laureato in Scienze e Tecnologie per l'Ambiente e il Territorio in grado di interagire con gruppi di progettazione di opere complesse dove gli aspetti di interferenza con l’ambiente devono essere mitigati dalla corretta progettazione impiantistica. L’obiettivo non è di porre in competizione un laureato STAT con un ingegnere ambientale/industriale bensì di metterlo in condizioni di collaborare alla pari e fornire uno specifico apporto per ciò che concerne la sostenibilità del progetto su cui si lavora.
b) Mirare a rendere lo studente in grado di affrontare problemi complessi, in autonomia o in interazione utile di gruppo, raggiungendo la maturità necessaria per problem solving diversificati.

Lo studente deve avere conoscenze solide di:
• Analisi matematica
• Fluidodinamica
• Chimica inorganica ed organica

La didattica è fornita tramite lezioni frontali che combinano teoria e applicazioni calcolative.
Il laboratorio non è previsto.
Le informazioni teoriche sono fornite come strumenti per l'esame dei casi studio presentati.

L’esame è in forma scritta.
Si svolge avendo a disposizione tutto il materiale didattico distribuito durante il corso ed ogni libro/manuale che lo studente ritiene utile. La memorizzazione nozionistica non è considerata sufficiente per il superamento dell’esame.
Il test consiste di alcuni esercizi, la cui soluzione dà diritto ad un punteggio chiaramente indicato a margine.

Lo studente deve sempre presentarsi a lezione portando con sé una calcolatrice scientifica e le tabelle e i grafici relativi alle proprietà chimico-fisiche (forniti dal Docente).

Parte 1. Fondamenti di ingegneria delle reazioni chimiche. (UA)
̶ Organizzazione e obiettivi del corso. L’ingegneria delle reazioni chimiche come sintesi di nozioni ed esperienze da vari campi: termodinamica, cinetica chimica, meccanica dei fluidi, trasmissione del calore, trasferimento di materia, economia.
- Cenni su documenti di base per un progetto impiantistico: Planimetrie, diagrammi a blocchi, diagrammi di flusso, lay-out, PI&D, schede tecniche. Caso studio.
̶ Classificazione delle reazioni chimiche. Definizione di velocità di reazione. Variabili che influiscono sulla velocità di reazione. Velocità di diverse reazioni chimiche.
̶ Classificazione dei reattori ideali, isotermi, non-isotermi e adiabatici. Reattori in serie e parallelo. Reattori con riciclo.
̶ Cinetica delle reazioni omogenee.
̶ Le equazioni di progetto per i reattori ideali.
̶ Reazioni fluido-particella. Scelta del modello e determinazione dello stato controllante. Modello del nucleo non reagente per particelle di dimensioni invariabili. Modello “shrinking core” per particelle di dimensioni decrescenti e per quelle di dimensioni invariabili.
̶ Reazioni catalizzate da solidi.
Parte 2. Bilanci di materia e di energia per la reattoristica. (FA)
̶ Bilanci di materia per sistemi omogenei ed eterogenei, reattivi e non reattivi.
̶ Bilanci di energia per sistemi reattivi e non reattivi.
̶ Meccanismi di scambio termico.
̶ Gli scambiatori di calore: tipologia e criteri generali di dimensionamento.
Parte 3. Reattoristica di interesse per le tecnologie ambientali. (FP)
̶ Reattori a letto fisso. Configurazioni alternative per processi di essiccazione e gassificazione.
̶ Reattori a letto fluido. Principi fluidodinamici. Parametri fondamentali di esercizio e di progetto. Equazioni fondamentali della ingegneria della fluidizzazione.
̶ Reattori per la digestione anaerobica.
̶ Reattori a biofiltro.
Cenni su aspetti economici di processi chimici. Definizioni generali e grandezze economiche di interesse: CAPEX, ammortamento, ricavi, OPEX, profitto lordo, tasse, profitto netto. Legge di attualizzazione del denaro. Tasso di ammortamento. Venture profit.

Italian

The course provides essential information about the design and operating criteria of reactors and of some important ancillary equipment in chemical and biochemical plants.
The course is organized in three parts.
The first, "Fundamentals of chemical reaction engineering", after some basic notions for reading a plant project (symbology, Process Flow Diagram, P&ID), is dedicated to the estimation of the main parameters of a chemical or biological process in different reactor configurations: optimal reaction temperature, reaction time necessary to obtain a certain yield, minimum volume necessary to guarantee an optimal residence time.
The second part, "Material and energy balances and heat transmission for reactors", after references to the appropriate implementation of material and energy balances, mainly in stationary regime, describes the heat transmission mechanisms and the design criteria of the most important exchange equipment.
The third part, "Reactors of interest for environmental technologies", details the engineering of some reactors of particular interest, such as fluidized bed reactors, some types of anaerobic digesters, and biofilters.
The course also provides essential information on the economic aspects of chemical plant engineering.

Main books:
1) O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, 3rd ed., J.Wiley&Sons, 1999 ISBN 0-471-25424-X
2) O. Levenspiel, Engineering Flow and Heat Exchange, Springer, 2014 ISBN 978-1-4899-7453-2
3) D. Kunii and O. Levenspiel, Fluidization Engineering, 1991, ISBN 0-409-90233-0
Other books:
A. Bird, Steward, Lightfood, Fenomeni di trasporto, Edizioni Ambrosiana
B. Perry et al., Perry’s Chemical Engineering Handbook, McGraw-Hill
Material distributed to students via upload to the cloud.

The objectives of the course are essentially two:
a) To make the graduate in Environmental and Territorial Sciences and Technologies able to interact with groups designing complex works, where aspects of interference with the environment must be mitigated by an appropriate plant design. The objective is to make the STAT graduate able to provide useful contributions related to the sustainability of the project.
b) To make the student able to face complex problems, either autonomously or through group interaction, reaching the maturity necessary for diversified problem solving.

The student must have solid knowledge of:
• Mathematical analysis
• Fluidodynamics
• Inorganic and organic chemistry

Teaching is provided through frontal lessons that combine theory and computational applications.
Laboratoty test are not planned.
The theoretical information is provided as a tool for the analysis of reported case studies.

The exam is in written form.
The student can have access to all the teaching material distributed during the course. Notional memorization is not considered sufficient to pass the exam.
The test consists of some problems, whose solution gives a clearly indicated score.

The student must attend the lessons carrying a scientific calculator and tables and graphs relating to the chemical-physical properties (provided by the Teacher).

Part 1. Fundamentals of chemical reaction engineering. (UA)
̶ Organization and objectives of the course. The engineering of chemical reactions as a synthesis of notions and experiences from various fields: thermodynamics, chemical kinetics, fluid mechanics, heat transmission, material transfer, economics.
- Notes on basic documents for a plant project: block diagrams, flow diagrams, lay-outs, PI&D, technical data sheets. Case study.
̶ Classification of chemical reactions. Definition of reaction rate. Variables that affect the reaction rate. Rates of different chemical reactions.
̶ Classification of ideal, isothermal, non-isothermal and adiabatic reactors. Series and parallel reactors. Reactors with recycling.
̶ Kinetics of homogeneous reactions.
̶ The design equations for ideal reactors.
̶ Fluid-particle reactions. Choice of model and determination of controlling state. Non-reacting nucleus model for particles of invariable size. “Shrinking core” model for particles of decreasing size and for those of invariable size.
̶ Reactions catalyzed by solids.
Part 2. Material and energy balances for reactors. (FA)
̶ Material balances for homogeneous and heterogeneous, reactive and non-reactive systems. .
̶ Energy balances for reactive and non-reactive systems.
̶ Heat exchange mechanisms.
̶ Heat exchangers: typology and essential design criteria.
Part 3. Reactors of interest for environmental technologies. (FP)
̶ Fixed bed reactors. Alternative configurations for drying and gasification processes.
̶ Fluidized bed reactors. Fluid dynamic principles. Fundamental operating and design parameters. Fundamental equations of fluidization engineering.
̶ Reactors for anaerobic digestion.
̶ Biofilter reactors.
Notes on economic aspects of chemical processes. General definitions and economic quantities of interest: CAPEX, depreciation, revenues, OPEX, gross profit, taxes, net profit. Law of discounting of money. Depreciation rate. Venture profit.