ingegneria chimica

Coerentemente con gli obiettivi formativi del corso di studio previsti della scheda SUA-CdS, l'insegnamento si propone di fornire allo studente i principi fondamentali del calcolo infinitesimale, differenziale e integrale per funzioni di una variabile reale, unitamente alle principali nozioni dell'Algebra Lineare. Più nel dettaglio, saranno trattati i seguenti argomenti:
( per la parte di Analisi )
1) insiemi numerici;
2) calcolo infinitesimale per funzioni reali di una variabile reale e successioni numeriche;
3) continuità;
4) calcolo differenziale per funzioni di una variabile e applicazioni;
5) calcolo integrale per le funzioni di una variabile reale;
( per la parte di Algebra Lineare )
1) geometria elementare nel piano e nello spazio;
2) teoria degli spazi vettoriali;
3) applicazioni lineari tra spazi vettoriali;
4) matrici e sistemi lineari;
5) diagonalizzazione di matrici quadrate.

Le lezioni ed esercitazioni di cui questo corso si compone, unitamente al superamento del relativo esame, consentiranno allo studente di raggiungere i seguenti obiettivi specifici di apprendimento.
a) Conoscenza e capacità di comprensione (DdD1).
1) Conoscere le principali nozioni del calcolo infinitesimale, differenziale ed integrale per funzioni di una variabile reale.
2) Conoscere enunciati e dimostrazioni dei principali teoremi dell'Analisi Matematica, e saper interpretare tali risultati da un punto di vista intuitivo/geometrico.
3) Conoscere le principali nozioni della Teoria degli Spazi Vettoriali.
4) Conoscere enunciati e dimostrazioni dei principali teoremi dell'Algebra Lineare.
b) Conoscenze e capacità di comprensione applicate (DdD2).
1) Risolvere espressioni numeriche ed equazioni nel campo dei numeri complessi.
2) Calcolare limiti di funzioni e successioni, anche utilizzando i concetti di equivalenza asintotica e trascurabilità.
3) Utilizzare i teoremi trattati a lezione per individuare le principali proprietà di una funzione di variabile reale (comportamento asintotico, continuità e derivabilità, intervalli di monotonia e convessità, eventuali punti di massimo/minimo locale e globale, punti di flesso), riuscendo a tracciarne un grafico qualitativo.
4) Utilizzare i teoremi trattati a lezione per calcolare integrali e primitive di funzioni di variabile reale, fornendo all'occorrenza una interpretazione/giustificazione geometrica del risultato ottenuto.
5) Affrontare problemi che coinvolgono rette e piani nello spazio.
6) Padroneggiare l'algebra non commutativa delle matrici (somma, prodotto riga-per-colonna, invertibilità).
7) Padroneggiare le principali tecniche per il calcolo di determinante e rango di matrici.
8) Utilizzare i teoremi trattati a lezione per individuare le principali proprietà di una applicazione lineare tra spazi vettoriali (matrice rappresentativa, nucleo/immagine, iniettività/suriettività).
9) Utilizzare i teoremi trattati a lezione per discutere la risolubilità e conoscere l'eventuale numero di soluzioni di un sistema lineare senza necesariamente risolverlo (specialmente in presenza di parametri e/o elevato numero di variabili ed equazioni).
10) Utilizzare i teoremi trattati a lezione per discutere la diagonalizzabilità di una matrice quadrata.
c) Abilità comunicative (DdD4).
1) Sviluppare e fare proprio il pensiero logico-deduttivo che caratterizza la Matematica.
2) Enunciare e dimostrare con il giusto formalismo i teoremi trattati durante il corso.
3) Giustificare con precisione le ragioni dietro allo svolgimento di un esercizio o ad una particolare conclusione.
4) Svolgere deduzioni logiche a partire dagli argomenti trattati.
5) Sviluppare relazioni tra tutti gli argomenti sopra indicati.
d) Capacità di apprendere (DdD5).
1) Possedere gli strumenti necessari per affrontare lo studio dei corsi successivi.

Insiemi numerici.
Numeri naturali, interi, razionali. Numeri reali, ordinamento e completezza. Numeri complessi, radici n-esime. Teorema fondamentale dell'algebra.
Calcolo infinitesimale e differenziale per funzioni di una variabile reale
1) Definizione di limite per funzioni e successioni numeriche;
2) Unicità del limite;
3) Algebra dei limiti (finiti e infiniti);
4) Limiti e relazioni d'ordine, Teorema di Permanenza del Segno;
5) Criteri generali per l'esistenza del limite (Criterio del Confronto, Monotonia);
6) Il numero di Nepero;
7) Equivalenza asintotica e trascurabilità (o-piccolo) e limiti notevoli;
8) Funzioni continue in un punto e su un insieme, tipi di discontinuità;
9) Principali teoremi sulle funzioni continue (Teorema di Weierstrass, Teorema degli zeri, Teorema dei valori intermedi/di Bolzano);
10) Definizione di derivata e relazione tra derivabilità e continuità;
11) Derivate delle funzioni elementari e algebra delle derivate;
12) Punti di non derivabilità;
13) Teoremi sulle funzioni derivabili (Teorema di Fermat, Teorema di Lagrange, Test di monotonia, Criterio di Derivabilità, Teorema di de l'Hopital);
14) Derivata di ordine superiore e Formula di Taylor (con resto di Peano e di Lagrange);
15) Funzioni convesse: definizione e principali proprietà;
16) Applicazione allo studio di funzione.
Calcolo integrale.
1) Definizione di integrale e intepretazione geometrica (calcolo dell'area);
2) Integrabilità delle funzioni continue e delle funzioni monotone;
3) Algebra delle funzioni integrabili;
4) Primo Teorema fondamentale del Calcolo Integrale;
5) Teorema della media integrale e secondo Teorema fondamentale del Calcolo Integrale;
6) Principali tecniche di integrazione (Formula di integrazione per parti e Teoremi del Cambio di Variabile, integrazione di funzioni razionali fratte).
Geometria analitica e algebra lineare.
1) Gli spazi R2 ed R3 e la loro struttura vettoriale euclidea (somma di vettori, prodotto per uno scalare, prodotto scalare e norma, prodotto vettoriale/misto);
2) Rette nello spazio: equazioni parametriche e cartesiane date diverse condizioni, posizione reciproca di rette;
3) Piani nello spazio: equazione cartesiana date diverse condizioni, posizione reciproca di piani;
4) Concetti fondamentali sugli spazi vettoriali: definizione, sottospazi vettoriali, vettori linearmente dipendenti/indipendenti, basi e dimensione;
5) Spazi vettoriali con prodotto scalare, basi ortonormali;
6) Algebra delle matrici (operazioni, matrice identità, inversa);
7) Determinante di matrici quadrate: definizione, proprietà e applicazione al calcolo dell'inversa;
8) Rango di matrici: definizione, proprietà e Teorema di Kronecker;
9) Applicazioni lineari tra spazi vettoriali: definizione, nucleo e immagine di applicazioni lineari, matrice di un’applicazione lineare e teorema di rappresentazione, teorema di nullità più rango, applicazioni lineari iniettive, suriettive e biunivoche;
10) Sistemi lineari: teorema di Cramer e teorema di Rouchè-Capelli;
11) Diagonalizazzione di matrici quadrate: definizioni principali, autovalori, autovettori e loro ricerca, condizione di diagonalizzabilità, Teorema spettrale.

Prova scritta obbligatoria, con prove in itinere
Sono previsti appelli nel numero prescritto dalla scuola. E`prevista una prova in itinere (parziale), in forma scritta, a metà semestre. Gli studenti che otterranno un voto maggiore o uguale a 18/32 saranno ammessi a sostenere un’ulteriore prova in itinere a fine semestre, che verterà sugli argomenti svolti nella seconda parte del corso. I restanti studenti dovranno sostenere l’esame nella sua totalità, ed avranno in particolare la possibilità di sostenere l’esame completo nella data della seconda prova in itinere. Gli studenti che otterranno in entrambe le prove intermedie voti maggiori o uguali a 18/32, avranno superato l’esame ed il voto sarà la media dei due voti ottenuti nelle prove in itinere. Gli studenti risultati insufficienti alla seconda prova in itinere dovranno ripetere l’esame nella sua totalità in uno degli appelli ordinari successivi.
L’esame (totale o parziale) consta di una prova scritta obbligatoria che si articola in due parti (lo stesso giorno).
Prima parte. Riguarda gli argomenti di teoria e si compone di domande aperte (definizioni, enunciati e dimostrazioni) e/o di domande a risposta multipla (quesiti che richiedono di utilizzare definizioni e teoremi per dedurre la veridicità/falsità di certe affermazioni); viene valutata al più 10 punti e si considera superata se lo studente ottiene almeno 5 punti. Nota bene: solo in tal caso lo studente avrà diritto alla correzione della seconda parte.
Seconda parte. Contiene alcuni esercizi riguardanti il programma svolto a lezione, e viene valutata al più 22 punti (per ogni esercizio viene precisato il punteggio massimo che si può ottenere).
Sommando i voti delle due parti si ottiene il voto finale, se maggiore di 30 il voto corrisponde a 30 e lode. La prova scritta si intende superata quando il voto complessivo è pari almeno a 18/32.
Il docente si riserva la possibilità di richiedere una prova orale, a suo insindacabile giudizio, qualora lo ritenga opportuno.
L’iscrizione alle prove è tassativa. Lo studente non iscritto (o iscritto tardivamente) non verrà ammesso in aula.
Lo studente deve presentarsi alle prove d'esame munito di un documento di riconoscimento, in caso contrario non verrà ammesso in aula.
Durante lo svolgimento di ogni prova d'esame lo studente non può consultare né avere con sé testi, appunti, calcolatrici, telefoni cellulari, smartwatch o qualsiasi altra apparecchiatura elettronica. Lo studente che contravverrà a tale regola, o che sarà sorpreso a chiedere o fornire aiuti ad altro studente, sarà immediatamente allontanato dall'aula d'esame e l'esame stesso si intenderà non superato. In tal caso il docente assegnerà l'esito “riprovato” agli studenti coinvolti.

M. Bramanti, C.D. Pagani, S. Salsa, Analisi Matematica 1 con elementi di geometria e algebra lineare, Editore: Zanichelli, ISBN: 9788808254214
S. Biagi, F. Punzo, Lezioni di Analisi Matematica 1, Editore: Esculapio
G. Catino, F. Punzo, Esercizi Svolti di Analisi Matematica e Geometria 1, Editore: Esculapio
M. Contedini, G. Grillo, F. Punzo, Esercizi di Analisi Matematica I Geometria e Algebra Lineare, Editore: Esculapio, Anno edizione: 2026, ISBN: 9788893855235
M. Bramanti, Esercizi di Calcolo infinitesimale e algebra lineare, Editore: Esculapio, Anno edizione: 2005, ISBN: 8874880197
M. Boella, Analisi matematica 1 e algebra lineare, Editore: Pearson

Coerentemente con gli obiettivi formativi del Corso di Studio previsti dalla scheda SUA-CdS, l'insegnamento si propone di fornire allo studente metodi e tecniche fondamentali dell'analisi matematica e delle sue applicazioni all'ingegneria. I contenuti dell’insegnamento riguardano il calcolo differenziale ed integrale per le funzioni di più variabili reali, la teoria di base ed alcuni metodi risolutivi per le equazioni differenziali ordinarie, lo studio di integrali impropri, serie numeriche, serie di potenze e serie di Fourier, la teoria dei campi vettoriali con particolare attenzione a quelli conservativi, l'integrazione di campi vettoriali su curve e superfici, ed i teoremi del rotore e della divergenza. Per la parte dell'insegnamento sulle equazioni differenziali lineari del secondo ordine è previsto l'utilizzo di Didattica innovativa nella forma di Blended Learning & Flipped Classroom.

DD1-Conoscenza e capacità di comprensione.
Si attendono la conoscenza degli elementi fondamentali del calcolo differenziale ed integrale per le funzioni di più variabili.
Lo studente dovrà inoltre conoscere le nozioni basilari sulle equazioni differenziali compresi i risultati fondamentali della teoria, sapere integrare alcuni esempi di equazioni del primo e del secondo ordine.
Nell'ambito dell'integrazione, si attende la capacità di valutare integrali doppi e tripli, in particolare nelle applicazioni al calcolo di volumi, masse, baricentri, momenti di inerzia, nonchè di calcolare integrali di linea di campi vettoriali, integrali di superficie, flussi, e di conoscere e applicare i teoremi di Gauss-Green, della divergenza e del rotore. Infine, l'allievo apprenderà i principi e le tecniche elementari delle successioni e serie di funzioni.
Si attende inoltre un'adeguata correttezza nei calcoli e un'esposizione ben argomentata della teoria e un uso rigoroso della terminologia.
Lo studente sarà inoltre in grado di risolvere esercizi sugli argomenti trattati nell’insegnamento, in particolare di:
studiare continuità e differenziabilità di funzioni in più variabili, anche in relazione con il calcolo di derivate direzionali o equazioni dei piani tangenti e dei vettori normali ai loro grafici;
determinare massimi e minimi liberi e vincolati di funzioni scalari di due o tre variabili;
determinare l’integrale generale o risolvere un problema di Cauchy per equazioni differenziali ordinarie del prim’ordine (lineari, a variabili separabili, o a queste riconducibili mediante cambiamento di variabili) e del secondo ordine (a coefficienti costanti);
studiare la convergenza di integrali impropri o serie numeriche;
determinare l’insieme di convergenza di una serie di potenze e calcolare i coefficienti di Fourier di semplici funzioni periodiche;
calcolare integrali doppi e tripli con il metodo di riduzione o con un cambiamento di coordinate, eventualmente in relazione a proprietà geometriche o meccaniche (calcolo di aree, volumi, baricentri o momenti di inerzia);
stabilire se una curva/superficie parametrica è regolare, determinarne vettori/piani tangenti/normali;
calcolare integrali curvilinei o di superficie, eventualmente in relazione a proprietà geometriche o meccaniche (calcolo di lunghezze, aree, baricentri o momenti di inerzia di curve o superfici);
calcolare il lavoro di un campo lungo un cammino; stabilire se un campo è conservativo e nel caso determinarne un potenziale; calcolare il flusso di un campo vettoriale attraverso una superficie;
applicare i teoremi di Gauss-Green nel piano, del rotore (Stokes) e della divergenza (Gauss).
DD2-Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Lo studente sarà in particolare in grado di applicare le tecniche del calcolo differenziale allo studio delle funzioni di più variabili, di risolvere semplici problemi di ottimizzazione sia libera che vincolata, di analizzare le proprietà geometriche di curve e di superfici parametriche, di conoscere l'integrazione in più variabili, di conoscere le trasformazioni di coordinate in due o tre variabili più comunemente usate nelle applicazioni e di utilizzarle in modo appropriato.
L'allievo apprenderà i principi e le tecniche elementari degli sviluppi in serie di Fourier, inclusa la discussione di diverse nozioni convergenza e le applicazioni ad alcuni problemi. L'allievo sarà anche in grado di comprendere e spiegare aspetti che derivano da esempi fisici.
Il docente si attende una comprensione della teoria non limitata all'enunciazione di definizioni e risultati e alla risoluzione di esercizi standard, ma critica ed in grado di distinguere diverse situazioni e di compiere scelte consapevoli, giustificando i procedimenti seguiti.

1. Funzioni reali di due o più variabili reali.
Insieme di definizione, curve (superfici) di livello. Elementi di topologia in R² e in R³; insiemi aperti, chiusi, insiemi limitati, frontiera, insiemi connessi. Limiti, continuità. Derivate parziali; piano tangente (n=2). Vettore gradiente, sue proprietà. Differenziabilità per n=2, approssimazione lineare locale. Derivate direzionali, regola del gradiente. Funzioni composte, regola di derivazione. Derivate seconde e teorema di Schwarz. Formula di Taylor per n=2, arrestata alle derivate seconde. Estremi liberi. Punti stazionari. Condizione sufficiente per l'esistenza di estremi locali: matrice Hessiana, segno degli autovalori. Estremi vincolati: caso n=2, vincolo di uguaglianza. Metodo dei moltiplicatori di Lagrange.
2. Equazioni differenziali ordinarie.
Modelli di dinamica delle popolazioni, della meccanica classica, dei circuiti RC, RCL. Generalità: ordine, soluzione, problema di Cauchy, linearità. Equazioni del primo ordine lineari: principio di sovrapposizione; struttura dell'integrale generale dell'equazione completa; teorema di esistenza ed unicità per il problema dei valori iniziali. Equazioni del prim’ordine nonlineari: metodi di integrazione. Equazioni lineari del secondo ordine: principio di sovrapposizione; struttura dell'integrale generale; teorema di esistenza ed unicità per il problema dei valori iniziali. Integrale generale dell'equazione omogenea. Soluzioni indipendenti dell'equazione omogenea nel caso di coefficienti costanti. Integrale particolare dell'equazione completa col metodo di somiglianza. Per quest’ultimo argomento (equazioni lineari del secondo ordine) è previsto l'utilizzo di Didattica innovativa nella forma di Blended Learning & Flipped Classroom.
3. Integrali impropri e serie numeriche
Integrali impropri. Esempi. Criteri di confronto, confronto asintotico. Serie convergente, divergente, indeterminata. Esempi. Serie a termini positivi, criteri di convergenza. Serie con termini di segno variabile, convergenza assoluta. Serie a segni alterni: criterio di Leibniz.
4. Serie di potenze e serie di Fourier
Serie di potenze. Proprietà, raggio di convergenza, teorema di Abel. Polinomi trigonometrici e serie trigonometriche. Coefficienti e serie di Fourier di una funzione periodica. Convergenza in media quadratica, identità di Parseval, convergenza puntuale della serie di Fourier.
5. Integrali doppi e tripli
Definizione di integrale doppio di una funzione continua. Proprietà e applicazioni (baricentro, momento di inerzia,...). Formula di riduzione a due successive integrazioni semplici per domini normali. Cambiamento di variabili da cartesiane a polari. Integrali tripli di funzioni continue. Formula di riduzione. Cambiamento di variabili da cartesiane a cilindriche, da cartesiane a sferiche.
6. Curve, integrali di linea e campi vettoriali
Curve in forma parametrica in R² e in R³. Curve semplici, chiuse, regolari, vettore tangente. Lunghezza di una curva regolare a tratti. Integrali di linea. Baricentro e momento d’inerzia. Linee di forza o di flusso. Campo elettrostatico, campo piano di velocità, campo magnetico. Lavoro lungo una linea regolare. Integrazione delle forme differenziali lineari, campi vettoriali conservativi, potenziale. Condizione necessaria per l’esistenza del potenziale; condizione sufficiente. Rotore. Formula di Gauss-Green.
7. Superfici e integrali di superficie
Superfici parametriche nello spazio. Piano tangente, vettore normale. Integrali di superficie. Baricentro e momento d’inerzia. Flusso di un campo attraverso una superficie. Teoremi della divergenza (teorema di Gauss) e del rotore (teorema di Stokes).

Prova scritta obbligatoria, con prove in itinere
Prova orale condizionata (a scelta del docente)
L’esame può essere superato in uno dei due modi seguenti:
attraverso il superamento di una prova intermedia seguita da una prova finale, da svolgere in corrispondenza del primo appello
2. attraverso uno degli appelli erogati durante le sessioni estiva, autunnale o invernale, secondo il calendario predisposto dalla Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione.
Per sostenere una qualsiasi prova d'esame è necessario esservi regolarmente iscritti ( non è ammessa la cosiddetta “iscrizione tardiva” all'appello, non verranno fatte eccezioni ).
Ogni prova d'esame consiste in una prova scritta e, a discrezione del docente, in una prova orale.
Nel caso della prova intermedia le prove scritte verteranno: la prima sulla parte di programma del primo emi-semestre, mentre la prova finale sulla parte di programma del secondo emi-semestre. La prima prova intermedia, se non completata con l'esame finale in corrispondenza del primo appello non darà luogo a svolgimenti parziali degli appelli successivi. Il voto finale sarà la media dei voti conseguiti con le prove intermedie, se entrambi sufficienti.
Nel caso degli appelli d'esame, le prove scritte verteranno su tutto il programma. Nella composizione del voto si terrà conto anche della chiarezza di esposizione. I quesiti presenti nelle prove d'esame possono riguardare esercizi, definizioni, esempi, contro esempi, enunciati di teoremi e semplici dimostrazioni.
Ogni prova d'esame consisterà nello svolgimento di un Quiz di 10 quesiti a risposta multipla da svolgere in 30 minuti. Si considera superata la prova se si è conseguito un punteggio non inferiore a 6 risposte corrette. Ogni risposta corretta vale 1,5 punti.
Il Quiz sarà seguito da una parte a svolgimento (esercizi e domande teoriche) che vanno eseguiti in un’ora e 30 minuti (nel caso delle prove intermedie la durata sarà ridotta). Questa parte vale 17 punti e si considera superata se il punteggio conseguito è non inferiore a 7 punti.
L’esame si intende superato se la somma dei voti del Quiz e degli esercizi è di almeno 18/30.
nel caso la prova scritta risulti insufficiente (voto 17/30 o inferiore) l’esame non è superato e dovrà essere sostenuto da capo in uno degli appelli successivi;
nel caso la prova scritta risulti sufficiente (voto 18/30 o superiore) e il docente non richieda la prova orale, il voto proposto è quello ottenuto nella prova scritta;
nel caso la prova scritta risulti sufficiente e il docente richieda la prova orale, questa può modificare il voto proposto in positivo o in negativo, anche radicalmente ed eventualmente portando alla bocciatura (nel qual caso l’esame dovrà essere sostenuto per intero in uno degli appelli successivi);
il voto proposto può essere rifiutato, nei tempi e modi comunicati assieme al voto stesso; in caso contrario, il voto verrà registrato in carriera.
Durante lo svolgimento di ogni prova d'esame lo studente non può consultare né avere con sé testi, appunti, calcolatrici, telefoni cellulari o altre apparecchiature elettroniche. Lo studente che contravvenga a tale regola, o che sia sorpreso a chiedere o fornire aiuti ad altro studente, sarà allontanato dall'aula d'esame e la sua prova risulterà insufficiente.

Marco Bramanti, Carlo Domenico Pagani, Sandro Salsa, Analisi Matematica 2, Editore: Zanichelli, Anno edizione: 2009, ISBN: 9788808122810
M. Boella, Analisi Matematica 2. Esercizi. (2a ed.), Editore: Pearson, Anno edizione: 2014, ISBN: 978-8871929545
M. Bramanti, Esercitazioni di Analisi Matematica 2, Editore: Esculapio

Il corso intende trasferire agli studenti i concetti di base della Chimica, stimolando la comprensione e l'apprezzamento dell'importanza della materia nella società attuale. In particolare, il corso si propone di fornire concetti fondamentali e modelli di base per la comprensione delle relazioni esistenti tra proprietà macroscopiche e struttura microscopica della materia. Si propone inoltre di fornire strumenti e metodologie per una comprensione su base atomica e molecolare delle proprietà della materia e delle trasformazioni che essa subisce. Lo studente dovrà acquisire sia concetti e modelli fondamentale e generali che modalità di calcolo per la valutazione quantitativa dei fenomeni chimici. Attraverso l’acquisizione degli elementi di base delle varie aree della Chimica e una ragionevole capacità di connessione tra aspetti numerici/pratici e interpretazioni teoriche dei fenomeni chimici, gli studenti saranno in grado di scrivere (tramite relazioni sulle sperimentazioni effettuate in laboratorio e test o verifiche in corso) e trasmettere efficientemente per via orale le informazioni chimiche, acquisendo gli elementi minimi della nomenclatura, del ragionamento e della letteratura chimica.

A seguito del superamento dell’esame, lo studente:
conosce i principi fondamentali, generalizzazioni, teorie e concetti della chimica generale (struttura atomica e molecolare, legame chimico, termodinamica, equilibri, cinetica, reazioni acido-base, reazioni redox) (DdD1)
è in grado di applicare la conoscenza a specifici problemi chimici coinvolgenti bilanci di massa ed energia (DdD2)
è in grado di comunicare i risultati della propria attività pratica in modo chiaro e convincente (DdD 4)

Fondamenti di Chimica. Materia e energia. Stati della materia. Proprietà chimiche e fisiche. Miscele, sostanze, composti ed elementi. Fasi. Misure in Chimica. Unità di misura. Uso dei numeri. Analisi dimensionale. Percentuale. Densità. Calore e Temperatura.
Teoria atomica della materia. Struttura dell'atomo: particelle elementari (protoni, neutroni, elettroni) e loro proprietà. Radiazione elettromagnetica. Spettri di assorbimento ed emissione della materia. Cenni di meccanica quantistica in relazione alla struttura atomica: quantizzazione dell'energia e proprietà ondulatorie della materia. Atomo di Bohr. Onde stazionarie. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Equazione di Schrodinger. Orbitali e numeri quantici. Spin elettronico. Principio di esclusione di Pauli. Regola di Hund. Principio di Aufbau. Configurazioni elettroniche di atomi e ioni. Andamenti periodici delle proprietà atomiche. Informazioni deducibili dalla Tavola Periodica. Raggi atomici. Potenziale di ionizzazione. Affinità elettronica. Raggi ionici. Elettronegatività.
Simbologia chimica. Elementi, Isotopi, Formule chimiche e Composizione stechiometrica. Atomi e molecole. Numero atomico. Numero di massa e isotopi. Scala delle masse atomiche. Formule chimiche. Ioni e composti ionici. Massa molecolare e Massa formula. Uso del concetto di mole. Composizione percentuale. Determinazione delle formule chimiche. Purezza di elementi e composti. Nomenclatura chimica.
Equazioni chimiche. Convenzioni adottate. Metalli, non metalli, metalloidi. Soluzioni acquose e Reazioni in soluzione acquosa. Reazioni di precipitazione. Reazioni acido/base. Numeri di ossidazione. Reazioni redox. Reazioni di spostamento. Nomenclatura di composti binari, di acidi ternari e relativi sali, di composti di coordinazione.
Stechiometria di reazione. Calcoli basati su equazioni chimiche. Concetto di reagente limitante. Rese percentuali e selettività. Reazioni parallele e consecutive. Concentrazione delle soluzioni. Solventi e loro uso in reazioni chimiche. Sostenibilità delle reazioni chimiche: economia atomica, fattore ambientale. Efficienza massiva e relativi bilanci. Reazioni reversibili e Costante di equilibrio (introduzione).
Legame chimico e Strutture molecolari. Notazione di Lewis di atomi e molecole. Legame ionico. Legame covalente. Regola dell’ottetto. Risonanza. Legami covalenti polari/nonpolari e momento dipolare. Geometria e polarità di molecole. Continuità nei tipi di legame. Strutture molecolari. Metodo VSEPR. Ibridizzazione di orbitali (orbitali ibridi). Teoria del Legame di Valenza (VB) e degli Orbitali Molecolari (OM). Legami nei solidi. Metalli e semiconduttori (bande di valenza e di conduzione). Forze Intermolecolari (ione-dipolo, dipolo(indotto)-dipolo(indotto), van der Waals, e Legami ad idrogeno e ad alogeno. Composti idrofobici ed idrofilici.
Stati di aggregazione della materia. Stato gassoso. Proprietà e legge dei gas ideali. Leggi di Avogadro e di Dalton. Scala Kelvin. Cenni di teoria cinetica dei gas. Distribuzione di Maxwell-Boltzman. Miscele di gas. Pressioni parziali e frazioni molari. Comportamento non ideale dei gas e concetto di fugacità. Stato liquido. Proprietà dei liquidi: tensione superficiale, viscosità. Stato solido. Solidi cristallini: solidi covalenti, ionici e molecolari. Reticoli, nodi reticolari e celle elementari. Impaccamento compatto di sfere e struttura dei metalli. Cristalli ionici ed impaccamento di ioni. Energia reticolare. Solidi covalenti. Solidi molecolari. Isomorfismo e polimorfismo. Difetti reticolari (vacanze, difetti interstiziali, centri-F). Relazione struttura-proprietà nei materiali solidi. Cristalli liquidi (nematici, smectici). Solidi amorfi. Equilibri fisici. Passaggi di stato. Semplici diagrammi di fase (H2O e CO2, punto triplo, fluidi supercritici). Soluzioni. Composizioni percentuali, molarità, molalità. Legge di Raoult. Proprietà colligative (abbassamento tensione di vapore, innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico, pressione osmotica). Distillazione frazionata, miscele azeotropiche, soluzioni non ideali.
Equilibrio chimico. Concetto di equilibrio chimico. Fattori che influenzano l’equilibrio chimico. Espressioni della costante di equilibrio (in fase gas e in soluzione). Dipendenza della costante di equilibrio da T e P. Informazioni deducibili dalla costante di equilibrio. Equilibri omogenei ed eterogenei. Legge dell'azione di massa (e sua forma generale). Quoziente di reazione. Principio di Le Chatelier. Esempi di equilibri (processi di estrazione, cromatografia). Relazione tra energia libera e costante di equilibrio; relazione tra costante di equilibrio e temperatura. Equazione di van't Hoff.
Cinetica chimica. Velocità di una reazione chimica. Legge cinetica, costante di velocità e ordine di reazione; vita media di un reagente; meccanismo e stadio lento di reazione; reazioni a catena; temperatura e velocità di reazione. Energia di attivazione e dipendenza dalla temperatura della velocità di reazione. Energia di attivazione, complesso attivato; catalisi omogenea ed eterogenea.
Reazioni in soluzione acquosa. Acidi e basi. Definizioni di Arrhenius, Lowry-Broensted, Lewis; speci anfotere; autoprotolisi dell'acqua (Kw); funzione pH e pOH. Acidi e basi mono e poliprotici. Coppie acido base. Forza di acidi e basi protici (Ka). Acidi e basi forti e deboli, significato e uso di Ka e kb. Dissoluzione e idrolisi dei sali. Relazioni struttura molecolare-acidità. Processi di titolazione. Indicatori. Equilibri di solubilità. Soluzioni sature, soluzioni ideali; purificazione per cristallizzazione; relazioni solubilità-temperatura; prodotto di solubilità e suo impiego; effetto ione a comune; cenni alla coordinazione metallica.
Termodinamica chimica. Sistema, ambiente e universo. Grandezze intensive ed estensive. Processi reversibili e irreversibili. Funzione di stato. Lavoro pressione-volume, calore; calore specifico e capacità termica molare. Energia interna e primo principio. Entalpia; variazioni delle grandezze termodinamiche in processi isocori, isobari, isotermi e adiabatici. Entalpia standard (di formazione, di reazione, di legame, etc.). Legge di Hess. Entropia: definizione macroscopica (termodinamica classica). Interpretazione microscopica (microstati) (termodinamica statistica). Variazione di entropia in diversi tipi di processi. Secondo principio della termodinamica. Spontaneità di un processo e criteri di spontaneità. Terzo principio della termodinamica. Energia libera di Gibbs e criteri di spontaneità di un processo. Energia libera standard.
Elettrochimica. Semireazioni redox e coppie redox. Bilanci stechiometrici nelle reazioni redox. Celle galvaniche. Semielemento, anodo e catodo. Potenziale elettrodico normale. Lavoro elettrico. Relazione tra energia libera e potenziale elettrochimico. Costante di equilibrio e potenziale elettrochimico. Potenziale standard. Ossidanti (riducenti) forti e deboli. Legge di Nernst. Pile a concentrazione. Esempi di alcune celle galvaniche. Corrosione e protezione: corrosione galvanica e per aerazione differenziale; effetti cinetici e termodinamici, passivazione; protezione catodica; inibitori. Elettrolisi e conversione di energia elettrica in energia chimica. Cella elettrolitica. Leggi di Faraday.
Cenni di chimica organica e biologica. Introduzione alla chimica organica. Gli idrocarburi. I gruppi funzionali. Cenni di biochimica.
Laboratorio didattico. Sono previste 4 esperienze di laboratorio per avviare il contatto dello studente con reagenti e procedure tipiche della chimica generale e inorganica. Il filo conduttore delle esperienze è la sostenibilità di prodotto e di processo. Le sperimentazioni saranno precedute da 2 ore (obbligatorie) di lezione ed esercitazione sulle normative di sicurezza da applicarsi nelle operazioni chimiche, sui dispositivi di protezione individuale e sulla consultazione di banche dati MSDS di tossicità dei composti chimici impiegati in laboratorio.

Prova scritta obbligatoria, con prove in itinere
Prova orale condizionata (a scelta del docente)
A metà corso verrà effettuata una prova in itinere, fortemente consigliata per monitorare il livello di apprendimento. L’esito della prova in itinere contribuirà alla valutazione finale e al superamento del corso. Al termine del corso ci sarà una seconda prova in itinere che verterà sulla parte del corso non trattata nella prima prova. Per la seconda prova in itinere vale quanto sopra indicato per la prima prova. Un esito negativo nella prima prova in itinere non preclude la possibilità di sostenere la seconda prova in itinere. Agli studenti che avranno ottenuto un esito positivo in entrambe le prove sarà proposto un voto che potrà anche tenere conto dello svolgimento delle attività di laboratorio. In caso di non accettazione di tale voto, lo studente dovrà superare una delle successive prove di recupero. Inoltre, a scelta del docente, il voto potrà essere integrato attraverso una prova orale. Gli studenti che non avessero svolto/superato una o entrambe le prove in itinere dovranno superare le prove di recupero nelle sessioni successive.
Importante: per l'ammissione agli esami è richiesto lo svolgimento di tutte le prove di laboratorio previste. Solo in caso di motivata necessità sarà possibile mancare ad una sola esperienza di laboratorio.

Robinson Jill K.; McMurry John; Fay Robert C.; Metrangolo P., Chimica generale. Ottava edizione, Editore: Pearson, Anno edizione: 2020, ISBN: 9788891910677
Note: Testo completo
Bertani, Dettin, Mozzon, Sgarbossa, Fondamenti di Chimica per le Tecnologie, Editore: Edises, Anno edizione: 2020, ISBN: 9788836230068
Kotz, Treichel, Townsend, Treichel, Chimica, Editore: Edises, Anno edizione: 2017, ISBN: 9788879599665
Note: Testo introduttivo adatto a chi ha scarse conoscenze di Chimica
David W. Oxtoby, H. P. Gillis, Alan Campion, Chimica moderna, Editore: Edises, Anno edizione: 2017, ISBN: 978-88-7959-970-2
Note: Testo più approfondito
Atkins, Jones, Principi di Chimica, Terza edizione italiana, Editore: Zanichelli, Anno edizione: 2012, ISBN: 9788808061393
Brown, Lemay, Bursten, Murphy, Woodward, Stoltzfus, Fondamenti di Chimica, Editore: Edises, Anno edizione: 2018, ISBN: 9788879598538
D'Arrigo, Famulari, Gambarotti, Scotti, Chimica: Esercizi e Casi Pratici - Seconda Edizione, Editore: EdiSES, Anno edizione: 2014
Note: Eserciziario

Struttura dei composti organici e legame. Alcani. Alogenazione degli alcani. Alcheni. Benzene.
Alchini. Composti polieni. Composti organometallici. Alcooli, fenoli e tioli. Aldeidi e chetoni. Acidi carbossilici. Composti insaturi attivati dal carbonile. Ammine.

L'insegnamento di FISICA SPERIMENTALE A+B ha i seguenti obiettivi:

• introdurre lo studente allo studio ed all’applicazione del metodo sperimentale, che costituisce un fondamentale strumento di indagine in ogni disciplina scientifica;
• insegnare allo studente gli elementi fondamentali della meccanica, dell'elettrostatica e della magnetostatica, mostrando l’universalità delle leggi della fisica e la loro applicazione nell’interpretazione dei fenomeni naturali;
• insegnare allo studente come esprimere in forma quantitativa, trattabile con adeguato formalismo matematico, le evidenze sperimentali di un fenomeno fisico.

Conoscenza e comprensione (DdD1)

• lo studente conosce le principali grandezze fisiche impiegate per rappresentare i fenomeni elementari negli ambiti della meccanica, dell'elettrostatica e della magnetostatica, la loro definizione e le rispettive unità di misura;
• lo studente conosce i principi fisici alla base dei fenomeni menzionati e mostra di aver compreso a fondo le leggi sperimentali che li descrivono;
• lo studente comprende i legami che sussistono tra le grandezze fisiche che descrivono un fenomeno naturale, è in grado di descriverli quantitativamente e di modellizzarli mediante formalismo matematico.
  Capacità di Applicare Conoscenza e Comprensione (DdD2)
• lo studente è capace di determinare le grandezze fisiche pertinenti alla descrizione di un fenomeno fisico negli ambiti della meccanica, dell'elettrostatica e della magnetostatica, ponendo attenzione al loro carattere scalare o vettoriale, alle loro dimensioni fisiche e relative unità di misura;
• lo studente è capace di identificare le leggi fisiche adeguate alla descrizione quantitativa di un fenomeno, ponendo attenzione ai limiti di validità del modello utilizzato;
• lo studente è capace di determinare l’evoluzione del fenomeno fisico su scala spaziale e/o temporale risolvendo le equazioni che lo governano ed analizzando criticamente i risultati ottenuti in relazione al loro significato fisico.

Meccanica
Cinematica e dinamica del punto: grandezze fisiche e unità di misura in meccanica; sistemi di riferimento; posizione, velocità e accelerazione; leggi della dinamica newtoniana; reazioni vincolari; attrito radente e attrito viscoso; moti relativi e forze apparenti.
Lavoro ed energia: lavoro di una forza, potenza, energia cinetica, energia potenziale, forze conservative e non conservative, conservazione dell’energia meccanica.
Moti oscillatori: oscillatore armonico semplice; forze elastiche; pendolo; cenni a oscillazioni smorzate, oscillazioni forzate con forzante sinusoidale, risonanza.
Elementi di dinamica dei sistemi di punti: moto di sistemi di particelle; centro di massa; quantità di moto e sua conservazione; momento di una forza; momento angolare e sua conservazione, urti elastici e anelastici.
Campo gravitazionale: forze centrali; leggi di Keplero e moto dei pianeti; interazione gravitazionale; energia potenziale gravitazionale; massa inerziale e gravitazionale.
Elettrostatica e magnetostatica
Campo e potenziale elettrostatico: cariche elettriche; legge di Coulomb; campo elettrostatico; potenziale elettrostatico; dipolo elettrico; legge di Gauss.
Conduttori e dielettrici: proprietà dei conduttori in elettrostatica; schermo elettrostatico; capacità e condensatori; energia del campo elettrostatico; fenomenologia dei materiali dielettrici.
Corrente elettrica nei conduttori: conduzione elettrica; cenni al modello classico della conduzione elettrica; legge di Ohm; resistenza; effetto Joule; forza elettromotrice, cenni alle leggi di Kirchhoff.
Campo magnetico e sorgenti del campo magnetico: evidenze sperimentali della forza magnetica; forza di Lorentz e moto delle particelle cariche in un campo magnetico; forza magnetica su conduttori percorsi da corrente; spire e dipoli magnetici; sorgenti del campo magnetico; legge di Ampère; cenni alla fenomenologia dei materiali magnetici.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Prova orale condizionata (a scelta del docente)
La verifica della preparazione avviene mediante il sostenimento dell'esame in uno degli appelli stabiliti dal calendario della Scuola nelle sessioni di gennaio/febbraio (2 appelli), giugno/luglio (2 appelli) e agosto/settembre (1 appello).
L'esame consiste in una prova scritta della durata di due ore e di una eventuale prova orale integrativa. La prova scritta consiste nella soluzione di quesiti con risposta in forma aperta che possono avere sia carattere numerico che teorico, volti ad accertare:

• la conoscenza delle principali grandezze fisiche, la comprensione dei fenomeni elementari e delle leggi che li descrivono negli ambiti della meccanica, dell'elettrostatica e della magnetostatica (DdD1);
• lo studente è capace di determinare le grandezze fisiche pertinenti alla descrizione di un fenomeno fisico negli ambiti della meccanica, dell'elettrostatica e della magnetostatica, di identificare le leggi fisiche adeguate alla sua descrizione quantitativa e di determinare l’evoluzione del fenomeno fisico su scala spaziale e/o temporale (DdD2).
  In seguito alla correzione della prova scritta, il docente si riserva la possibilità di chiedere allo studente di sostenere una prova orale integrativa per meglio definire l'esito dell'esame. In tal caso, la prova orale è obbligatoria ed il suo mancato sostenimento comporta l'esito negativo dell'esame, indipendentemente dal risultato della prova scritta. Dal canto suo, lo studente può chiedere di sostenere una prova orale integrativa se nella prova scritta ha conseguito una valutazione sufficiente. L’eventuale prova orale inizia dalla discussione della prova scritta e mira all’accertamento del grado di comprensione degli argomenti previsti dal programma completo dell’insegnamento. L’esito della prova orale facoltativa può essere sia migliorativo che peggiorativo rispetto alla valutazione della prova scritta.
  Il voto dell'esame è dato dalla valutazione della prova scritta, eventualmente integrata dalla prova orale. Nel caso in cui lo studente ottenga un voto maggiore o uguale a 18 l'esito dell'esame è positivo (lo studente è promosso), diversamente l'esito dell'esame è negativo (lo studente è rimandato/riprovato). L’esito dell'esame viene reso noto allo studente attraverso i canali informatici dell’Ateneo. Nel caso di esito positivo lo studente, qualora lo ritenga insoddisfacente, può rifiutare il voto conseguito all'esame attraverso gli stessi canali informatici durante il periodo di "pubblicazione del voto".

P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di Fisica - Meccanica e Termodinamica, Editore: EdiSes
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di Fisica - Elettromagnetismo e Onde, Editore: EdiSes
M. Nisoli, S. Longhi, R. Osellame, S. Stagira, Fisica generale - Problemi di Meccanica e Termodinamica, Editore: Esculapio
M. Nisoli, S. Longhi, R. Osellame, S. Stagira, Fisica generale - Probemi di Elettromagnetismo e Ottica, Editore: Esculapio
M. Zani, Raccolta di esercizi per Meccanica - Punto materiale. Gravitazione. Corpo rigido, Editore: Maggioli
M. Zani, Raccolta di esercizi per Elettromagnetismo - Elettricità. Corrente. Magnetismo, Editore: Maggioli
M. Zani, L. Duò, P. Taroni, Esercizi di fisica - Meccanica e termodinamica, Editore: Edises

Il corso si propone di fornire agli studenti conoscenze sui principi fondamentali della termodinamica, della trasmissione del calore, e sulla loro applicazione nel campo dell’ingegneria chimica. Particolare attenzione verrà data ai concetti base quali le grandezze fisiche e le proprietà di un sistema termodinamico, ai comportamenti dei gas ideali e delle sostanze pure, I e II principio della termodinamica, cicli termodinamici, bilanci energetici, diagrammi di stato, modalità di trasmissione del calore.

A seguito del superamento dell’esame, lo studente:

• conosce i principi fondamentali della termodinamica e della trasmissione del calore
• è in grado di applicare la conoscenza a specifici problemi di fisica tecnica
• ha sviluppato le capacità di apprendimento necessarie per affrontare i corsi successivi con autonomia

Introduzione e concetti fondamentali: cenni storici, grandezze fisiche e loro unità di misura, conversione tra le unità di misura, sistemi chiusi e aperti, proprietà di un sistema termodinamico, stato di equilibrio e trasformazioni.
Sostanze pure: equazione di stato dei gas ideali, cenni sul comportamento dei gas reali (fattore di compressibilità).
Il primo principio della termodinamica per sistemi chiusi e aperti: calore e lavoro, le diverse forme di lavoro, conservazione e trasformazione dell’energia, calori specifici, energia interna ed entalpia, trasformazioni politropiche, analisi termodinamica di volumi di controllo, processi stazionari ed esempi di dispositivi a flusso stazionario.
Il secondo principio della termodinamica: serbatoi di energia e motori termici, macchine frigorifere e pompe di calore, rendimento termodinamico e coefficienti di prestazione. Gli enunciati di Kelvin-Planck e Clausius, ciclo e teoremi di Carnot, scala termodinamica della temperatura, disuguaglianza di Clausius, variazioni di entropia e bilanci entropici.
Diagrammi termodinamici: diagrammi di stato, Piani (p,v), (T,s), (h,s), trasformazioni fondamentali ed esempi applicativi.
Cicli termodinamici: il ciclo di Carnot. Rendimenti isoentropici di compressione e di espansione, rendimento di secondo principio, rendimento di primo principio. Il ciclo inverso di Carnot. Le proprietà del vapor d'acqua, miscele di aria e vapor d'acqua: psicrometria, diagrammi di Mollier, le trasformazioni di fase e i cicli a vapore (Rankine).
La conduzione termica in regime stazionario: modalità di trasmissione del calore, postulato ed equazione di Fourier, conduzione termica in pareti piane e cilindri.
La convezione forzata: il fenomeno fisico, strato limite di velocità e di temperatura, i numeri adimensionali, il calcolo del coefficiente di scambio termico convettivo. Applicazione al flusso all’interno di tubi. Cenni sulla convezione naturale.
Trasmissione di calore per irraggiamento: cenni su radiazione termica, radiazione di corpo nero, le proprietà radiative, la legge di Kirchoff.
I contenuti delle esercitazioni si basano sulla risoluzione di problemi relativi a singoli argomenti trattati durante il corso, nonche` problemi che richiedono la capacità di elaborare in modo integrato le varie conoscenze acquisite.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
La verifica dell’apprendimento avverrà attraverso un’unica prova scritta obbligatoria che sarà tenuta al termine del corso. La prova includerà sia problemi numerici sia domande di carattere teorico a risposta aperta. Tali quesiti avranno lo scopo di valutare le capacità di applicare correttamente i principi di fisica tecnica a problemi specifici, e di elaborare in modo integrato le conoscenze acquisite, dimostrando di poter affrontare, in maniera critica, argomenti più complessi nei corsi successivi. La prova assegna 33 punti corrispondenti al voto massimo di 30 e lode. Chi non raggiungerà la sufficienza (18) potrà recuperare nelle successive sessioni.

Dispense del corso
Yunus A. Cengel, Termodinamica e trasmissione del calore, Editore: McGraw-Hill

L'insegnamento si propone di dare le basi della teoria dell’errore e delle incertezze delle misure, con particolare riferimento a misure di tipo chimico/fisico. Allo scopo vengono introdotti alcuni richiami di statistica applicata. Infine vengono gettate le basi per lo sviluppo di modelli regressionali e per la loro analisi. Gli esempi applicativi si riferiscono a problemi tipo dell’Ingegneria Chimica.

A seguito del superamento dell’esame, lo studente:
Conosce e comprende i fondamenti della teoria dell’errore, della statistica descrittiva e inferenziale e delle tecniche di regressione per l’analisi di dati sperimentali.
È in grado di applicare le conoscenze acquisite per stimare e propagare le incertezze di misura, analizzare ed elaborare dati sperimentali anche mediante un foglio di calcolo, applicare test statistici e sviluppare e valutare modelli di regressione.
È in grado di formulare giudizi autonomi, selezionando gli strumenti statistici più appropriati per l’analisi dei dati, valutando l’affidabilità dei risultati ottenuti e traendo conclusioni basate sull’evidenza sperimentale.
È in grado di comunicare in modo chiaro i risultati delle analisi statistiche, illustrando le metodologie adottate e le conclusioni raggiunte, sia in forma scritta sia orale, a interlocutori specialisti e non specialisti.
Ha sviluppato le capacità di apprendimento necessarie per approfondire autonomamente metodologie statistiche e strumenti per l’analisi dei dati sperimentali e per applicarli a problemi di Ingegneria Chimica.

Il corso introduce i fondamenti dell’analisi statistica dei dati sperimentali, con particolare riferimento a misure di interesse per l’Ingegneria Chimica.
Gli argomenti trattati comprendono:
Teoria dell’errore: misure, strumenti, accuratezza e precisione, errori sistematici e casuali, incertezza di misura, propagazione delle incertezze e migliore stima.
Statistica descrittiva: organizzazione e rappresentazione dei dati, distribuzioni di frequenza, misure di posizione e dispersione, distribuzione normale e teorema del limite centrale.
Statistica inferenziale: stima dei parametri di una popolazione a partire da campioni sperimentali, intervalli di confidenza, test statistici per la verifica di ipotesi, identificazione di misure anomale, verifica dell’adattamento a distribuzioni teoriche e confronto tra popolazioni.
Analisi delle relazioni tra variabili: correlazione, dipendenza e indipendenza tra variabili.
Modellazione mediante regressione: metodo dei minimi quadrati, regressione lineare semplice e multipla, valutazione della qualità del modello e analisi statistica dei parametri.
Elaborazione e analisi dei dati mediante un foglio di calcolo: organizzazione, elaborazione e analisi di dati sperimentali e implementazione delle principali metodologie statistiche.
Durante il corso vengono discussi esempi applicativi e casi studio tratti dall’Ingegneria Chimica.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
L’esame consiste in una prova scritta finalizzata a verificare il raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi. La prova è costituita da esercizi applicativi volti ad accertare la comprensione dei principi della teoria dell’errore, della statistica descrittiva e inferenziale e delle tecniche di regressione, nonché la capacità di stimare e propagare le incertezze di misura, applicare metodi statistici all’analisi di dati sperimentali, sviluppare e interpretare modelli di regressione e valutare criticamente i risultati ottenuti. Parte degli esercizi prevede l’utilizzo di un foglio di calcolo per l’analisi e l’elaborazione di dati sperimentali.

J.R. Taylor, Introduzione all'analisi dell'errore. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche, Editore: Zanichelli, Anno edizione: 2023 https://prestitodigitale.zanichelli.it/app/api/resource/choice/1936
S.M. Ross, Probabilità e statistica. (Per l'ingegneria e le scienze), Editore: Apogeo, Anno edizione: 2003

Analisi numerica e calcolatore. Teoria degli errori: errore assoluto e relativo, condizionamento di problemi matematici, propagazione dell'errore, rappresentazione floating point, stabilita degli algoritmi. Sistemi lineari: eliminazione e fattorizzazione di Gauss, strategie pivotali. Metodi diretti. Cenni a metodi iterativi. Interpolazione polinomiale: metodi di Lagrange e di Newton. Spline di Cubiche. Cenno ai polinomi di Hermite. Calcolo degli zeri di una funzione non lineare. Metodo dicotomico, Newton, secante e regula falsi. Acceleratore di Aitken. Ordine di convergenza. Ottimizzazione monodimensionale. Concetto di funzione obiettivo e grado di liberta. Metodo di Fibonacci, sezione aurea. Interpolazione parabolica. Concetto di robustezza ed efficienza. Integrazione numerica. Formule di quadratura: trapezi e Simpson. Formule di Gauss.

L’insegnamento verte sui fondamenti della teoria dei circuiti, con l’obiettivo di fornire gli strumenti di modellizzazione e calcolo indispensabili per comprendere le applicazioni dell’elettrotecnica nel settore dell'ingegneria industriale e di processo (di cui l’ingegneria chimica è parte rilevante), con particolare riferimento ai sistemi per la distribuzione e l'utilizzazione dell'energia elettrica.

A seguito del superamento dell’esame, nella misura quantificata dal voto di profitto ottenuto, lo studente:
conosce le leggi, i principali teoremi e metodi della teoria dei circuiti lineari ( D1 ); E' in grado di applicare tale conoscenza utilizzando le tecniche di analisi più opportune per risolvere circuiti lineari (soluzione di circuiti resistivi, risposta transitoria e a regime di circuiti dinamici del primo ordine, soluzione di circuiti dinamici funzionanti in regime sinusoidale operando nel dominio dei fasori) ( D2 ).
comprende i principi di base della risposta in frequenza nei circuiti ( D1 );
conosce i concetti teorici alla base della distribuzione e utilizzazione industriale dell’energia elettrica, con particolare riferimento alla caratterizzazione della potenza in regime sinusoidale, ai sistemi trifase, alla struttura del sistema elettrico ( D1 ); E' in grado di applicare tale conoscenza per ottenere soluzione a specifici problemi riguardanti l’utilizzazione industriale dell’energia elettrica ( D2 ).
Descrittore di Dublino D1: Conoscenza e capacità di comprensione.
Descrittore di Dublino D2: Capacità di applicare conoscenza e comprensione.

Grandezze elettriche e circuiti elettrici. Corrente, tensione, potenza e energia elettrica. Nozione di circuito elettrico, bipolo, multipolo, nodo, superficie chiusa, percorso chiuso. Leggi di Kirchhoff delle correnti e delle tensioni. Teorema di Tellegen (conservazione della potenza). Relazione costitutiva di un bipolo e di un multipolo.
Circuiti resistivi lineari. Relazione costitutiva e proprietà del resistore lineare, del cortocircuito e circuito aperto, dei generatori ideali e non ideali. Equivalenza esterna di bipoli. Bipoli in connessione serie e parallelo, triangolo e stella. Circuiti semplici: a una maglia, con due nodi. Partitori di tensione e di corrente. Trasformazione di generatori non ideali. Teorema del massimo trasferimento di potenza. Trasformatore ideale: relazione costitutiva e proprietà.
Linearità e sovrapposizione. Teorema di sovrapposizione degli effetti, teoremi di Thévenin e Norton.
Analisi nodale. Tensioni nodali, scrittura del sistema di equazioni risolutive.
Circuiti dinamici lineari del primo ordine. Fenomeni capacitivi e induttivi. Relazioni costitutive e proprietà del condensatore e dell’induttore. Circuiti RC e RL: risposta transitoria e a regime. Cenni ai circuiti dinamici di ordine superiore al primo.
Regime sinusoidale. Sinusoidi e fasori. Valore efficace. Impedenza e ammettenza. Analisi dei circuiti nel dominio dei fasori. Sovrapposizione di regimi con frequenze diverse. Funzioni di rete: risposta in frequenza. Circuiti risonanti serie e parallelo. Filtri elementari.
Potenza in regime sinusoidale. Potenza istantanea, potenza attiva, potenza reattiva, potenza apparente, potenza complessa, fattore di potenza. Conservazione della potenza complessa. Massimo trasferimento di potenza attiva. Rifasamento di carichi.
Sistemi trifase. Circuiti trifase con carico equilibrato e squilibrato, circuiti trifase con neutro. Potenze nei sistemi trifase. Rifasamento nei sistemi trifase. Trasformatore ideale trifase. Elementi di distribuzione e utilizzazione industriale dell’energia elettrica. Cenni di sicurezza elettrica.

Le prove d'esame sono svolte in forma scritta. Di norma n on sono previste prove orali, ma il docente si riserva la possibilità di convocare uno studente per sostenere anche una prova orale se dalla correzione del contenuto della prova scritta emergono rilevanti dubbi valutativi.
Con riferimento ai risultati di apprendimento sopra descritti, la prova scritta richiede
la soluzione (analitica e/o numerica) di problemi sui contenuti del corso per i quali si richiede di applicare la conoscenza acquisita ( D2 ). Tali problemi sono di natura analoga a quelli proposti e svolti durante le esercitazioni e possono riguardare in particolare: la soluzione di circuiti resistivi; la risposta transitoria e a regime di circuiti dinamici del primo ordine; la soluzione di circuiti dinamici funzionanti in regime sinusoidale operando nel dominio dei fasori; la soluzione di specifici problemi riguardanti l’utilizzazione industriale dell’energia elettrica.
la risposta a domande di carattere teorico (a risposta aperta e/o multipla) per tutti i contenuti del corso per i quali si richiede conoscenza e capacità di comprensione ( D1 ).
E' possibile sostenere la prova scritta negli appelli previsti nelle sessioni d'esame definite nel calendario accademico. Se la valutazione è insufficiente, lo studente è rimandato ad un appello successivo.
NOTA SULL'ISCRIZIONE: Per la partecipazione agli appelli d'esame è necessaria l'iscrizione dello studente, tassativamente entro la scadenza indicata per ogni appello.

R. Perfetti, Circuiti Elettrici, 3a edizione, Editore: Zanichelli, Anno edizione: 2024, ISBN: 9788808299666
Note: Anche la prima edizione del 2003 e la seconda edizione del 2013 risultano adatte al corso.
C.K. Alexander, M.N.O. Sadiku, G. Gruosso, G. Storti Gajani, Circuiti elettrici 5/ed, Editore: McGraw Hill, Anno edizione: 2017, ISBN: 9788838615627
Charles Alexander, Matthew Sadiku, Fundamentals of Electric Circuits, Seventh Edition (International Student Edition), Editore: McGraw Hill, Anno edizione: 2021, ISBN: 978-1-260-57079-3
Note: Best option for students looking for a book in English
C. R. Paul, Fundamentals of Electric Circuit Analysis, Editore: Wiley & Sons, Anno edizione: 2000, ISBN: 9780471371953

L'insegnamento ha come obiettivi quelli di fornire le conoscenze necessarie a valutare le caratteristiche di funzionamento dei componenti di un’ampia gamma di impianti energetici industriali e civili, e di farne acquisire gli essenziali criteri di progetto e analisi. Questo sia tramite i fondamenti teorici, sia tramite la soluzione di esercizi con particolare connotazione applicativa. Allo scopo di mostrare sistemi avanzati e applicazioni industriali reali, durante l'insegnamento vengono organizzati seminari di approfondimento e visite a impianti e laboratori.
I sistemi energetici (a conversione indiretta) implementano cicli termodinamici e sono, a questo scopo, realizzati tramite componenti che impiegano fluidi di lavoro per realizzare trasformazioni termodinamiche atte a permettere lo scambio energetico con l’esterno, sia allo scopo di estrarre energia dal fluido di lavoro, sia allo scopo di somministrare al fluido stesso energia. Tali componenti sono essenzialmente le macchine, destinate allo scambio di lavoro meccanico, gli scambiatori di calore, destinati allo scambio di energia termica e dispositivi di connessione quali condotti, valvole, recipienti per accumulo/stoccaggio.
All'interno dell'insegnamento, macchine, scambiatori di calore e altri componenti vengono esaminati sia nella loro individualità, sia nel contesto degli impianti di conversione energetica di cui sono parte fondamentale.

A seguito del superamento dell'esame, lo studente:

• conosce e applica correttamente i principi di base che governano il comportamento stazionario di macchine e sistemi energetici, sapendo formulare i bilanci di massa ed energia per i componenti dei sistemi energetici;
• è in grado di selezionare la tipologia di componenti più adatti a eseguire le diverse trasformazioni nei sistemi energetici; in funzione di applicazione, taglia, fluido di lavoro;
• conosce ed è in grado di applicare i criteri essenziali per il dimensionamento e il progetto preliminare delle macchine a fluido e degli scambiatori di calore, e degli altri componenti (valvole, piping, ecc.) che costituiscono un sistema energetico per applicazioni industriali o civili;
• è in grado di determinare le caratteristiche prestazionali di macchine e sistemi energetici e di giudicarne la bontà rispetto all'attuale stato dell'arte.

Introduzione: definizione di Sistemi Energetici e Macchine. Panorama energetico globale: soddisfacimento dei bisogni energetici e fonti di energia.
Richiami di termodinamica: I e II Principio della termodinamica. Modelli termodinamici dei fluidi: gas ideali e perfetti, liquidi ideali e perfetti, fluidi reali e bifase.
Bilanci di massa ed energia: Equazioni di bilancio della massa e dell’energia in forma termica e meccanica. Equazione di bilancio dell’energia in un sistema di riferimento relativo.
Descrizione e classificazione delle macchine: Classificazione delle macchine. Architettura degli stadi di turbomacchine. Schemi di flusso nelle turbomacchine: superfici meridiana e interpalare. Coordinate nelle schiere di turbomacchine.
Scambio di lavoro nelle turbomacchine: Bilanci di energia per turbomacchine: equazione di Eulero. Triangoli di velocità, sistemi di riferimento, convenzioni di segno per componenti di velocità e angoli cinematici. Geometria delle schiere per stadi di macchine motrici e operatrici.
Sistemi a flusso incomprimibile e impianti di pompaggio: Applicazione equazioni di bilancio di massa ed energia a macchine, scambiatori di calore, valvole. Moto nei condotti, impianti idraulici di sollevamento, condotti in parallelo.
Teoria della similitudine e scelta delle macchine: Teoria della similitudine applicata alle macchine a flusso incomprimibile. Scelta e classificazione delle macchine: grandezze specifiche ( w s, Ds) e diagrammi statistici (Cordier, Baljé) per macchine idrauliche.
Turbo-pompe centrifughe: Architettura e caratteristiche. Elementi di aerodinamica dei profili. Curve caratteristiche dimensionali e adimensionali di prevalenza e rendimento. Deduzione delle curve per macchine geometricamente simili. Accoppiamento macchina-impianto, pompe in serie e in parallelo. Stabilità di funzionamento.
Altre pompe, cavitazione e ventilatori: Turbopompe a flusso misto e assiali, pompe volumetriche. Cavitazione: fenomenologia, NPSH e altezza massima di aspirazione. Ventilatori.
Impianti idroelettrici e turbine idrauliche: Salto motore e classificazione e descrizione delle turbine idrauliche. Cenni alle principali architetture delle turbine idrauliche. Cenni a cavitazione e altezza massima d'installazione.
Introduzione alle macchine termiche: trasformazioni termodinamiche di compressione ed espansione. Modellazione con trasformazioni isoentropiche e reali. Trasformazioni politropiche, recupero e contro-recupero. Rendimenti isoentropico e politropico. Trasformazioni reali in stadi di turbomacchine. Macchine multistadio.
Elementi di gasdinamica: correnti comprimibili 1D. Propagazione delle perturbazioni nelle correnti fluide: velocità del suono, numero di Mach, comprimibilità. Regimi di moto. Grandezze totali e statiche. Moto isoentropico in condotti a sezione variabile. Blocco di portata.
Similitudine e diagrammi statistici per macchine a flusso comprimibile: limiti di validità dell'applicazione della similitudine idraulica alle macchine a flusso comprimibile. Estensione della similitudine a macchine termiche: numero di Mach periferico. Diagrammi statistici (Baljé, Cordier).
Turbo-Compressori di gas: curve caratteristiche: rapporto di compressione, portata massica adimensionale, Mach periferico. Blocco di portata e pompaggio. Interrefrigerazione. Turbo-compressori centrifughi e assiali. Architettura, caratteristiche, triangoli di velocità, lavoro, rapporto di compressione e rendimenti. Configurazioni multistadio. Cenni ai compressori volumetrici.
Turbine termiche: turbine assiali e rapporti di espansione. Termodinamica dell'espansione. Rendimenti e perdite per energia cinetica allo scarico. Stadi tipici di turbine termiche assiali: stadi a reazione, ad azione e loro applicazione. Macchine multistadio.
Richiami sui cicli termodinamici: Irreversibilità nei cicli termodinamici: irreversibilità di scambio termico e altre irreversibilità. Cicli reversibili diretti di Carnot e con sorgenti a temperatura variabile. Rendimento di secondo principio.
Impianti a vapore d’acqua: cicli a transizione di fase in analogia con il ciclo di Carnot; ciclo Rankine. Rappresentazione sui piani h-s e T-s. Ciclo Rankine a vapor d’acqua. Configurazioni di ciclo: cicli saturi, surriscaldati, rigenerativi, supercritici. Effetti sulle prestazioni delle temperature massime/minime, delle pressioni di evaporazione/condensazione e delle varianti al ciclo semplice. Calcolo del ciclo termodinamico. Rendimenti di ciclo e impianto. Componenti principali di impianto: generatore di vapore, condensatore, rigeneratori, degasatore.
Cicli inversi: cicli frigoriferi e pompe di calore. Parametri prestazionali. Ciclo semplice e rigenerativo a compressione di vapore. Componenti di impianto: compressore, scambiatori, valvola di laminazione. Scelta del fluido di lavoro. Cenni al ciclo frigorifero ad assorbimento.
Impianti Turbogas: il ciclo Joule-Brayton. Ciclo chiuso ideale: caratteristiche e prestazioni. Ciclo aperto reale: caratteristiche e prestazioni. Componenti degli impianti turbogas. Tecnologie di raffreddamento delle palettature e di incremento della TIT. Modellazione del combustore. Applicazioni e architetture di impianto. Modifiche al ciclo semplice: rigenerazione, interrefrigerazione, postcombustione.
Cenni a cicli combinati e cogenerazione: Recuperi termici e assetti di un ciclo combinato e componenti. Prestazioni di un ciclo combinato.
Sistemi cogenerativi e indici di prestazione. Tecnologie impiantistiche.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
La frequenza di lezioni e esercitazioni non è obbligatoria ma vivamente consigliata. Le lezioni forniscono le conoscenze di base della materia sottolineando gli aspetti di maggiore importanza, le esercitazioni permettono l'acquisizione della dimestichezza necessaria per portare a effettiva soluzione i problemi caratterizzanti sistemi energetici e macchine reali.
La verifica dell’apprendimento consiste in una prova scritta atta a verificare, tramite la risoluzioni di esercizi e la risposta a domande teoriche, le conoscenza dei contenuti del corso.
Alla capacità di formulare correttamente le equazioni fondamentali di bilancio che descrivono i sistemi energetici è subordinato il superamento dell'esame scritto.
A seguito della prova scritta, non è prevista una prova orale.

V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati, G. Persico, Macchine a Fluido - Seconda edizione, Editore: Città Studi Edizioni, Anno edizione: 2020, ISBN: 9788825174311
G. Lozza, Turbine a Gas e Cicli Combinati, Editore: Esculapio, Anno edizione: 2016, ISBN: 9788874889341

Il corso si propone di fornire le basi fisiche e ingegneristiche per consentire allo studente di analizzare i fenomeni relativi alla conservazione e al trasporto di quantità di moto, energia e materia e di risolvere problemi connessi a queste tematiche. Gli aspetti teorici vengono accompagnati da quelli pratici e applicati alle apparecchiature tipiche dell'ingegneria chimica e di processo.

Lo studente conosce i principi della conservazione e del trasporto di quantità di moto, energia e materia e comprende a fondo i nessi logici e matematici tra le grandezze che vi compaiono. In particolare, secondo i descrittori di Dublino, a seguito del superamento dell'esame lo studente:
DdD 1
conosce i bilanci di quantità di moto, energia e materia;
conosce le equazioni di trasporto e le proprietà necessarie alla loro comprensione e utilizzo;
conosce i principi fondamentali della statica e della dinamica dei fluidi.
DdD 2

• è in grado di individuare le limitazioni cui sono soggetti i processi reali e di comprendere le principali implicazioni ingegneristiche;
• è in grado di descrivere sia qualitativamente sia in forma matematica gli aspetti di base del trasporto di quantità di moto, energia e materia;
• è in grado di identificare tempi e lunghezze caratteristiche di apparecchiarute dell'industria chimica e di processo;
• è in grado di descrivere sia qualitativamente sia in forma matematica il principio di funzionamento di apparecchiature tipiche dei processi chimici;

Bilanci generalizzati di materia, energia e quantità di moto. Le proprietà dei fluidi: densità e volume Specifico; tensione superficiale e capillarità; tensione di vapore; viscosità. Fluidi newtoniani e non newtoniani.
Statica dei fluidi. Spinte su superfici piane e su superfici curve. Spinte e galleggiamento. Equilibrio dei corpi immersi.
Dinamica dei fluidi. Equazione di Bernoulli e sue applicazioni: tubo di Pitot, tubo di Venturi, efflusso da un serbatoio, stramazzi. I fluidi comprimibili. La conservazione della quantità di moto. Moto laminare e moto turbolento. Moto intubato laminare: imbocco; profilo di velocità sviluppato; le perdite di pressione; moto laminare e tubazioni comunque inclinate; perdite di carico e fattore d’attrito. Moto turbolento: profilo di velocità nel moto turbolento; tubi scabri; perdite localizzate. Deformazione degli elementi di fluido e equazione indefinita di conservazione della quantità di moto. Moto a film in regime puramente viscoso. Strato limite.
Trasporto di energia. Conduzione: conducibilità termica; diffusività termica; conduzione stazionaria in una parete piana; conduzione stazionaria in più pareti piane; conduzione stazionaria in uno spessore cilindrico. Convezione forzata e naturale: analisi dimensionale; stima del coefficiente convettivo di scambio. Conduzione e convezione. Scambiatori di calore. Irraggiamento: assorbimento, emissività e corpi neri; leggi di Plank, e di Wien; fattori di vista; scambio di calore tra corpi grigi.
Il trasporto di materia. Bilancio di materia e il termine di reazione. Legge di Fick: diffusione in lastra piana e cilindri. Coefficiente di diffusione e la sua stima. Convezione materiale. Analogia tra convezione materiale e termica. Strato limite materiale.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Prova orale obbligatoria
La verifica dell'apprendimento e la valutazione vengono fatte alla fine del corso attraverso un esame scritto e uno orale.
La prova scritta dell'esame consiste nella verifica degli aspetti pratici e applicativi, con soluzioni di problemi in analogia con quanto fatto durante le esercitazioni. Lo studente deve quindi saper operare
criticamente, in funzione delle specifiche del problema, opportune scelte progettuali, fornendo risposte quantitative ai quesiti dei problemi.
La prova orale, a cui si è ammessi solo una volta superata quella scritta, ha lo scopo di valutare la conoscenza degli aspetti teorici e fondamentali. Durante tale prova, viene verificata la capacità dello studente di elaborare collegamenti fra i vari argomenti del corso e con gli insegnamenti precedenti,nonché di utilizzare i concetti e la conoscenza acquisiti in applicazioni diverse da quelle discusse nel corso, in modo da poter valutare la capacità di apprendimento e estrapolazione teorica.

R. Byron Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot, Transport Phenomena, Editore: John Wiley & Sons, Anno edizione: 2007
Yunus A. Çengel, Meccanica dei fluidi, Editore: The McGraw-Hill Companies, Anno edizione: 2011
Yunus A. Çengel, Termodinamica e trasmissione del calore, Editore: The McGraw-Hill Companies, Anno edizione: 2013

L'insegnamento affronta tematiche relative alla scienza e tecnologia dei materiali con particolare attenzione alla stretta correlazione esistente tra la struttura dei materiali, ai vari livelli di scala dimensionale, le tecniche di trasformazione e lavorazione dei componenti, le loro proprietà e prestazioni in esercizio, al fine fornire quei fondamentali strumenti di conoscenza e comprensione della natura e del comportamento dei materiali indispensabili per una selezione, una progettazione e un utilizzo consapevoli, efficaci e sostenibili. Il corso si propone quindi di trasmettere le conoscenze di base relative alle diverse classi di materiali, che gli studenti dovranno poi applicare per una corretta selezione e progettazione.

Al termine del corso, lo studente conoscerà e sarà in grado di comprendere le principali classi di materiali, con particolare riferimento alla loro struttura, alle loro proprietà e alle tecnologie di produzione e di lavorazione (DdD1).
Sarà altresì in grado di applicare la conoscenza acquisita a specifici problemi relativi alla progettazione dei materiali, alla loro caratterizzazione e alla valutazione delle loro prestazioni, sia a livello teorico che a livello pratico di valutazioni numeriche (DdD2).
Potrà infine, attraverso le competenze acquisite, commentare criticamente i risultati ottenuti ed effettuare selezioni dei materiali più idonei per specifiche applicazioni, anche grazie al supporto di software specifici (DdD3).

Elementi di struttura e proprietà dello stato cristallino. Reticoli cubici ed esagonale. Difetti reticolari. Difetti di punto e di linea. Dislocazioni.
Caratterizzazione dei materiali e metodi di misura delle loro proprietà. Risposta dei materiali alle sollecitazioni meccaniche. Le prove meccaniche e il significato delle grandezze ricavabili.
Transizioni di fase. Richiami di termodinamica. Nucleazione omogenea ed eterogenea. Velocità di nucleazione e sottoraffreddamento. Solidi policristallini. Dimensione del grano. Diagrammi di stato: sistemi binari (solubilità totale, nulla e parziale, con formazione di composti, con trasformazioni peritettica e eutettica).
Materiali metallici. Struttura delle leghe. Meccanismi di rafforzamento. Deformazione elastica e plastica. Diagramma ferro-carbonio. Gli acciai: velocità di raffreddamento e trasformazioni di fase di equilibrio e di non equilibrio. Le curve isoterme. Trattamenti termici di ricottura, tempra, normalizzazione, rinvenimento, trattamenti termochimici e termomeccanici. Caratteristiche principali dei materiali metallici di maggior interesse: acciai di uso generale e speciali, acciai inossidabili, leghe di nichel, rame, alluminio e titanio.
Materiali polimerici. Metodi di sintesi. Cristallinità e transizioni di fase. Proprietà meccaniche e viscoelasticità. Polimeri termoplastici, termoindurenti ed elastomeri. Tecnologie di produzione e di lavorazione.
Materiali cementizi. I leganti aerei: Il gesso e la calce. I leganti idraulici: la calce idraulica e il cemento Portland. Le reazioni di idratazione. Resistenza meccanica, permeabilità e stabilità dimensionale. I cementi di miscela. Proprietà. Cenni al mix design.
Materiali ceramici. Classificazione. Processi di produzione. Struttura e proprietà, valutazione statistica delle proprietà meccaniche.
Materiali vetrosi. Composizione, struttura e proprietà. Transizione vetrosa.
Materiali compositi. Struttura e proprietà, tipologie. Applicazioni. Il legno come materiale composito naturale.
Il degrado dei materiali. Cenni di corrosione dei metalli. Aspetti termodinamici e cinetici; la passività. Fattori relativi al metallo e all'ambiente. Corrosione generalizzata, localizzata e in presenza di sforzi. Fenomeni di invecchiamento e di degrado dei materiali polimerici e dei compositi. Prevenzione del degrado. I metodi di prevenzione e di protezione dei metalli: controllo delle caratteristiche del materiale e dell'ambiente, rivestimenti protettivi (organici e metallici), protezione catodica. Criteri di scelta dei materiali per impieghi industriali.
Materiali avanzati. Descrizione dei materiali avanzati di maggiore interesse applicativo e a maggior contenuto tecnologico.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Prova orale facoltativa (a scelta dello studente)
La preparazione conseguita dallo studente sarà valutata mediante una prova scritta mirata a verificare che lo studente abbia appreso le conoscenze teoriche relative alla scienza e tecnologia dei materaili e sia in grado di applicare la criticamente le conoscenze acquisite a specifici problemi relativi alla caratterizzazione, progettazione e selezione dei materiali. La prova scritta sarà organizzata in 3 sezioni: domande a risposta multipla, esercizi numerici, domande aperte, per un totale di 32 punti.
Inoltre, nel corso del semestre si terranno alcuni quiz autovalutativi. Al termine di uno o più argomenti saranno proposti dei quiz per verificare il livello di preparazione parallelo allo svolgimento delle lezioni. I quiz saranno svolti solo in aula. Questa valutazione non è obbligatoria, darà però un bonus sul punteggio finale di 1 punto. Per ottenere il bonus bisognerà partecipare ad una percentuale minima di quiz pari al 75%.
La prova orale è facoltativa, su richiesta dello studente, e consente di ottenere un massimo di incremento di 3 punti sul voto dello scritto. Vi si può accedere solo con esito dello scritto positivo (maggiore di 18). A discrezione del docente, ad ogni appello alcuni studenti potranno essere selezionati per la prova orale.

W.D. Callister, D.G. Rethwisch,, Materiali per l'ingegneria civile ed industriale, Editore: Edises, Anno edizione: 2015
M.Ormellese, MP.Pedeferri, L.Lazzari, Esercitazioni di Scienza e Tecnologia dei Materiali,

L'insegnamento, che presenta la sequenza logica della progettazione di semplici elementi strutturali, ha come obiettivo di fornire all’allievo sia gli strumenti di base per comprendere le problematiche cui possono essere soggette le strutture degli impianti industriali dell’ingegneria chimica, sia la padronanza della materia necessaria ad interagire con gli ingegneri civili e meccanici deputati alla fase progettuale.
All’interno del corso di studio, l’insegnamento fornisce le nozioni base del comportamento dei materiali e della statica (articolate nei tre livelli di statica del punto materiale, del corpo rigido e del continuo deformabile solido) che verranno approfondite e riprese in altri insegnamenti paralleli e successivi.

Nel quadro teorico delineato dagli obiettivi, ci si aspetta che l’allievo conosca e comprenda i fondamenti teorici della materia e li sappia applicare nella risoluzione di semplici problemi strutturali, con una crescita integrata di conoscenze e competenze.
A seguito del superamento dell’esame, lo studente:
conosce i principi e i termini fondamentali della meccanica del corpo rigido e del continuo deformabile ed è in grado di applicare le conoscenze acquisite a specifici problemi;
conosce i principi fondamentali del comportamento meccanico dei materiali e li sa applicare al caso specifico dei materiali elastici isotropi;
è in grado di integrare le conoscenze sullo stesso argomento provenienti da libri di testo differenti e di presentare con padronanza di linguaggio i fondamenti teorici della meccanica dei solidi.

Parte A – Statica del punto materiale e del corpo rigido; statica dei sistemi di aste piane.
Problemi generali. Finalità e campo di applicazione del corso.
Statica del punto materiale. Vettori; proprietà della somma dei vettori. La prima operazione invariantiva sui sistemi di forze. Sistemi di forze nel piano: risultante, scomposizione di una forza in componenti, rappresentazione in componenti cartesiane ortogonali. Equilibrio del punto materiale. Sistemi di forze nello spazio e relative condizioni di equilibrio.
Statica del corpo rigido. Forze esterne e interne; scorrimento di una forza lungo la sua linea d’azione. La seconda operazione invariantiva sui sistemi di forze. Prodotto vettoriale; momento di una forza intorno a un punto, componenti cartesiane del momento, teorema di Varignon. Prodotto scalare di due vettori, triplo prodotto, momento di una forza rispetto a un asse. Momento di una coppia; coppie equivalenti. Sistemi di forze equivalenti, operazioni di riduzione sui sistemi di forze. Condizioni di equilibrio dei corpi rigidi: le equazioni cardinali della statica.
Statica degli elementi monodimensionali (aste) nel piano. Concetto di grado di libertà e di vincolo, labilità, strutture ipostatiche, isostatiche, iperstatiche. Gli schemi isostatici fondamentali: la mensola, l'asta cerniera-carrello, l'asta con tre vincoli semplici, l'arco a tre cerniere. Le appendici isostatiche. Strutture che contengono anelli chiusi: il circolo chiuso isostatico, il circolo chiuso ipostatico, gli anelli chiusi iperstatici. Calcolo delle reazioni vincolari di sistemi isostatici. Calcolo delle azioni interne con l'utilizzo dell'equazione indefinita di equilibrio per le aste rettilinee. Metodi di calcolo per le travature reticolari: equilibrio ai nodi, metodo delle sezioni.
Geometria delle masse: il centro delle forze parallele; i momenti del primo ordine. Carichi distribuiti sulle travi; forze sugli elementi sommersi. Geometria delle aree: baricentro, momento statico, momenti d’inerzia, assi principali di inerzia.
Parte B – Statica del continuo deformabile; stati di sforzo nelle aste.
Statica e cinematica dei continui deformabili. Statica: definizione di continuo deformabile. Definizione di sforzo; la relazione di Cauchy. Le equazioni indefinite di equilibrio; la simmetria del tensore degli sforzi. Proprietà dello stato di sforzo: sforzi e direzioni principali. Stati di sforzo piani: il cerchio di Mohr. Stato di sforzo nei serbatoi in pressione. Cinematica: l'ipotesi di piccoli spostamenti. Il tensore gradiente di spostamento; il tensore delle piccole deformazioni, deformazioni estensionali e deformazioni tangenziali; il tensore di rotazione. Le equazioni di congruenza.
Il legame costitutivo e il problema elastico. Comportamento meccanico dei materiali strutturali: la prova a trazione monoassiale. Legame sforzi-deformazioni per i corpi elastici: la legge di Hooke generalizzata. Il legame elastico per i materiali isotropi: le costanti E, n, G, significato fisico e determinazione sperimentale. Relazione tra E, n, G; limiti della costante n. Posizione del problema dell'equilibrio elastico e proprietà della sua soluzione.
Il problema di De St. Venant. Il solido di De St. Venant; il procedimento semi-inverso di soluzione. Il postulato di De St. Venant. Formulazione matematica del problema di De St. Venant.
Azione assiale e flessione. Sforzi e deformazioni indotti dall'azione assiale centrata; problemi assialmente iperstatici; effetto delle variazioni di temperatura. Flessione semplice simmetrica/retta. Azione assiale eccentrica: calcolo di sforzi e deformazioni. Flessione semplice non simmetrica/deviata. Caso generale di carico assiale eccentrico. Proget­tazione di travi prismatiche per la flessione. Deformazioni di travi caricate trasversalmente: l’equazione della linea elastica.
Torsione e taglio. Sforzi e deformazioni dovuti alla torsione in una barra di sezione circolare. Sforzi tangenziali prodotti da forze di taglio: la formula di Jourawsky.
Verifica della resistenza. Criteri di rottura per materiali fragili; criteri di snervamento per materiali duttili in stato di sforzo piano. Verifica di elementi strutturali in stati di sollecitazione composta. Cenni sulla stabilità dell’equilibrio elastico: l’asta di Eulero.

Prova scritta obbligatoria, con prove in itinere
Prova orale facoltativa (a scelta dello studente)
L’esame è articolato in una prova pratica (scritta) e in una prova di teoria (scritta e/o orale). L’accesso alla prova di teoria è subordinato al superamento della prova pratica.
La prova pratica contiene esercizi sugli argomenti del corso, secondo quanto presentato a esercitazione. La valutazione tiene conto della correttezza dell’inquadramento teorico del problema, della procedura di soluzione, dei risultati numerici e delle unità di misura impiegate, nonché dell'ordine nello svolgimento. L'esercizio sulla struttura isostatica, sempre presente, è sicuramente insufficiente se le reazioni vincolari sono errate o se i diagrammi non sono stati tracciati completamente.
La prova di teoria è articolata in domande di teoria, generalmente scritte, chiuse e/o aperte. Nella valutazione della risposta alle domande aperte si tiene conto dell'inquadra­mento dell'argomento in esame, con l'enunciazione chiara delle ipotesi su cui si basa l'eventuale trattazione svolta; della completezza della risposta; della conoscenza del linguaggio dell’argomento oggetto di domanda; del rigore metodologico con cui la risposta viene fornita.
Le due prove vengono valutate separatamente; il voto finale tiene conto di entrambe le valutazioni e, dove necessario, di una discussione orale sulle prove d’esame effettuate. E’ prevista in ogni caso una prova orale facoltativa per l’attribuzione del punteggio 30 e lode (voto di partenza maggiore di 29).
Non sono previste prove in itinere. Nei giorni di sospensione verrà svolto un compitino sulla struttura isostatica. Gli studenti che lo superano sono esentati dal risolvere l'esercizio relativo in uno e uno solo dei due appelli, a scelta dello studente, della sessione invernale.

F.P. Beer, E.R. Johnston, J. DeWolf, D. Mazurek, Statica e Scienza delle Costruzioni con esercizi, Editore: Create - Mc Graw Hill, Anno edizione: 2025, ISBN: 9798219066559
Note: Il libro raccoglie capitoli d'interesse di tre testi McGraw Hill. Nell'edizione '25 il testo coincide con l'edizione '22 ad eccezione delle parti provenienti da Vector Mechanics for Engineers: Statics and Dynamics '24, e differisce dall'edizione '20 per l'aggiunta di un capitolo sulla linea elastica
M.G. Mulas, Lezioni di Scienza delle Costruzioni, Editore: Esculapio, Anno edizione: 2015, ISBN: 9788874889112
Dispensa sulla soluzione delle strutture isostatiche https://webeep.polimi.it/
Note: La dispensa, a cura della Prof.ssa M.G. Mulas, contiene numerosi esempi svolti e commentati di soluzione delle strutture isostatiche
Dispensa sull'equazione della linea elastica e la stabilità dell'equilibrio elastico https://webeep.polimi.it
Note: La dispensa, a cura della Prof.ssa M.G. Mulas, contiene le trattazioni teoriche presentate in classe

La termodinamica dell’ingegneria chimica si differenzia dalla termodinamica classica in quanto ha come ambito di indagine i sistemi multicomponente, cioè le miscele.
La comprensione dei fenomeni che coinvolgono miscele si basa su due pilastri portanti: il primo è lo studio delle condizioni verso cui un sistema multicomponente tende ad andare spontaneamente, il secondo è lo studio della velocità con cui il sistema tende ad andare verso queste condizioni. La termodinamica dell’ingegneria chimica si occupa di identificare le condizioni verso cui un sistema multicomponente tende ad andare spontaneamente, condizioni dette di equilibrio.
L’obiettivo di questo insegnameto è quindi quello di fornire allo studente gli strumenti della termodinamica dell’ingegneria chimica necessari per risolvere molti dei problemi che l’ingegnere deve affrontare nella sua vita professionale. Questo viene fatto principalmente attraverso l'applicazione degli strumenti della termodinamica dell’ingegneria chimica ad apparecchiature dell'industria di processo assimilabili a stadi di equilibrio.

Lo studente che ha fruito con profitto dell'insegnamento:
ha conoscenza delle principali grandezze termodinamiche di interesse per la termodinamica dell'ingegneria chimica ed è in grado di calcolarne il valore utilizzando sia metodi diretti, sia metodi indiretti;
è in grado di scrivere le equazioni di bilancio per sistemi multicomponente, multifase e reagenti;
sa scrivere e risolvere le equazioni risolutive di un problema di progetto o verifica di un'apparecchiatura dell'industria di processo assimilabile a uno stadio di equilibrio (oppure a un reattore ideale).

Sistemi di unità di misura. Variabili estensive e intensive. Bilanci di materia e di energia in sistemi aperti. Entalpia. Primo principio della termodinamica. Funzioni di stato. Entropia. Secondo principio della termodinamica. Gas perfetto. Energia libera di Helmoltz e Gibbs. Relazioni di Maxwell. Trasformazioni spontanee e condizioni di equilibrio. Comportamenti qualitativi dei fluidi puri. Transizione di fase. Tensione di vapore. Condizioni critiche. Funzioni residue. Equazioni di stato del viriale e di tipo cubico. Equazione degli stati corrispondenti. Miscele: relazioni fondamenti e grandezze parziali molari. Fugacità. Regola delle fasi per miscele. Miscele di gas perfetti. Miscele ideali. Miscele non ideali: fasi condensate. Comportamento dei fluidi reali: valutazione delle proprietà chimico-fisiche dalle proprietà molecolari. Modelli di soluzioni non ideali. Soluzioni regolari. Equilibrio fra le fasi: approcci diretti e indiretti. Equilibri liquido-vapore, gas-liquido, liquido-liquido, solido-liquido. Regole di miscelazione per equazioni di stato: quadratiche, Wong-Sandler. Equilibrio in sistemi reagenti. Costanti di equilibrio ed energia libera di reazione. Attività. Entalpia di reazione. Diagrammi di Francis. Equilibrio di fase in sistemi reagenti. Approccio stechiometrico e non stechiometrico. Bilanci di materia ed energia in sistemi chiusi (o aperti in stato stazionario) reagenti multifase. Stadi di equilibrio. Cenni di cinetica chimica: velocità di reazione e di formazione; reattori ideali; approssimazioni (PSSH e RDS); leggi cinetiche da dati sperimentali.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Prova orale obbligatoria
L'insegnamento prevede una prova scritta e una prova orale durante le sessioni d'esame; è indispensabile iscriversi all'esame via www.polimi.it/servizionline e presentarsi di persona al relativo appello.
Nalla prova scritta si richiede la risoluzione di problemi utilizzando gli strumenti appresi nell'insegnamento. La prova scritta è di tipo open book; è quindi possibile consultare libri o appunti per ricercare i dati e le relazioni necessari alla risoluzione del problema, che non verranno necessariamente forniti col testo dell’esame.
La prova scritta presenta due quesiti, il primo dalla risoluzione meno complessa e il secondo dalla risoluzione più complessa; la valutazione dell’elaborato viene fatta seguendo la seguente scala:
A. se per il primo quesito lo studente riporta sul quadro sinottico fornito:
l’indicazione del risultato numerico corretto (con una approssimazione del ±1%);
e per il secondo quesito lo studente riporta sul quadro sinottico fornito:
la scrittura corretta delle equazioni del modello risolutivo;
l’indicazione esplicita delle incognite del problema in numero pari a quello delle equazioni del modello risolutivo;
l’indicazione del valore numerico (comprensivo delle unità di misura) dei parametri noti da inserire nelle equazioni;
l’indicazione del risultato numerico corretto (con una approssimazione del ±1%);
B. se per il primo quesito lo studente riporta sul quadro sinottico fornito:
l’indicazione del risultato numerico corretto (con una approssimazione del ±1%);
e per il secondo quesito lo studente riporta sul quadro sinottico fornito:
la scrittura corretta delle equazioni del modello risolutivo;
l’indicazione esplicita delle incognite del problema in numero pari a quello delle equazioni del modello risolutivo;
l’indicazione del valore numerico (comprensivo delle unità di misura) dei parametri noti da inserire nelle equazioni;
Il risultato della prova scritta è positivo (e permette quindi di sostenere la prova orale solo nello stesso appello secondo le modalità descritte di seguito) se la valutazione della prova scritta è A oppure B. In caso contrario l’esito della prova scritta è negativo e l’esame deve essere ripetuto in un appello successivo.
Il superamente della prova scritta con valutazione A oppure B permette di sostenere la prova orale. Gli studenti con valutazione pari a B possono conseguire al massimo una valutazione finale di 26/30; gli studenti con valutazione pari ad A possono conseguire al massimo una valutazione finale di 30/30 con lode.
La prima domanda della prova orale è una delle seguenti (rispondere correttamente alla prima domanda è condizione necessaria ma non sufficiente per superare la prova):
postulati della termodinamica per sistemi monocomponente e condizioni di equilibrio termodinamico rispetto al trasferimento di calore, di lavoro e di materia;
condizioni di equilibrio liquido – solido: solubilità di un solido puro in una miscela liquida;
leggi limite per sistemi diluiti;
misura sperimentale dei coefficienti di attività e stima del parametro B del modello di Margules a un parametro da dati sperimentali;
gas perfetto: relazioni per il calcolo delle grandezze termodinamiche;
condizioni di smiscelamento su di un grafico g-x 1 e calcolo delle condizioni di equilibrio liquido – liquido col metodo diretto e indiretto;
miscela ideale: grandezze parziali molari e di miscelazione, regola di Lewis – Randall;
EoS di van der Waals ed equazioni di stato cubiche;
diagrammi P-v-T dei fluidi puri e dei diagrammi T–P–x 1 delle miscele binarie;
calcolo dei gradi di libertà di uno stadio di equilibrio chiuso e aperto;
influenza della temperatura sulla costante di equilibrio e diagramma di Francis;
fugacità di un fluido (gas o liquido) puro con metodi diretti e indiretti e fugacità di un solido puro con metodi indiretti;
condizioni microcinetiche e definizione della velocità di reazione e della velocità di produzione;
regole di miscelazione e di combinazione per EoS cubiche e metodi di stima del parametro di interazione binario k ij;
equilibrio in sistemi reagenti multifase con e senza equilibrio di fase;
bilancio di materia per sistemi reagenti non approssimabili a stadi di equilibrio (CSTR, PFR, Batch, serie di CSTR, PFR con ricircolazione esterna);
miscela di gas perfetti: grandezze parziali molari e di miscelazione;
approssimazioni PSSH e RDS.
calcolo del coefficiente di compressibilità e delle funzioni residue di una miscela con l’approccio pseudomonocomponente utilizzando diverse EoS (viriale, cubica, stati corrispondenti);
andamento di un’isoterma calcolata con un’EoS cubica nel piano P-v al variare della temperatura;
bilancio di materia ed energia per sistemi reagenti e non reagenti;
funzioni di eccesso e loro relazione con i coefficienti di attività;
calcolo della fugacità di un composto in una miscela col metodo diretto e indiretto;
varianza di un sistema multifase e multicomponente;
calcolo del punto di bolla e di rugiada di una miscela col metodo diretto e indiretto (legge di Raoult e legge di Raoult modificata);
calcolo della fugacità di composti supercritici in miscele liquide e legge di Henry;
funzioni residue e loro calcolo con un’EoS (viriale, cubica, stati corrispondenti);
vincolo stechiometrico e condizioni di equilibrio in sistemi reagenti omogenei col metodo stechiometrico e col metodo non stechiometrico (stati di riferimento per il calcolo dell’energia libera di Gibbs e conseguente equivalenza tra e );
calcolo dell’entalpia e dell’entropia molare di un fluido puro con metodi diretti e indiretti;
il principio della minima energia e le condizioni di equilibrio in sistemi soggetti a diversi vincoli, reagenti e non reagenti, aperti e chiusi
La seconda domanda della prova orale è: “ Perché? ”. È quindi inutile memorizzare formule o dimostrazioni senza averne capito l’origine e il significato.

R. Rota, Fondamenti di Termodinamica dell'ingegneria chimica - Quarta edizione, Editore: Bonomo, Anno edizione: 2023
R. Rota, Eserciziario di Termodinamica dell'ingegneria chimica - Seconda edizione, Editore: Bonomo, Anno edizione: 2023
Stanley I. Sandler, Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics, Editore: John Wiley & Sons, Anno edizione: 2014, ISBN: 978-0470504796
David M. Himmelblau, James B. Riggs, Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, Editore: Pearson College - Prentice Hall International Series in the Physical and Chemical Engineering Sciences, Anno edizione: 2012, ISBN: 978-0132346603

Lo studio dell’affidabilità e sicurezza nell’industria di processo coinvolge un gran numero di discipline e una sua descrizione completa esula dagli obiettivi di questo insegnamento che sono quelli di fornire degli elementi introduttivi agli studenti che per la prima volta si trovano ad affrontare questi argomenti. In altri termini, non ci si aspetta che lo studente al termine di questo insegnamento sia uno specialista in grado di svolgere in modo autonomo l’analisi di rischio di un sistema, ma piuttosto che conosca la terminologia e le problematiche coinvolte in questa attività.
L’analisi di rischio rappresenta un’attività che, nell’industria di processo, si affianca in modo sinergico sia all’attività di progettazione sia a quella di gestione. L’obiettivo principale di questo insegnamento è quindi quello di fornire allo studente le basi dell’analisi di rischio nell’industria di processo al fine di dotarlo degli strumenti culturali e metodologici necessari per interagire proficuamente con gli esperti dell’analisi di rischio sia nell’attività di progettazione sia in quella di gestione che l’ingegnere deve affrontare nella sua vita professionale.

Lo studente che ha fruito con profitto dell'insegnamento:
conosce i principali concetti e metodi utilizzati nell’analisi di rischio nell’industria di processo;
è in grado di analizzare in modo elementare uno schema d’impianto con gli strumenti propri dell’analisi di rischio;
è in grado di valutare criticamente i risultati di un’analisi di rischio di un impianto dell’industria di processo.

Rischio e pericolo. Frequenza attesa di accadimento e magnitudo di un evento indesiderato. Relazione funzionale tra rischio, frequenza attesa di accadimento e magnitudo di un evento indesiderato che abbia conseguenze a breve termine (effetti acuti) o a lungo termine (effetti cronici). Struttura logica di un processo di gestione del rischio e di un’analisi di rischio. Cenni di tossicologia: vie di penetrazione nell’organismo di un composto tossico; concetto di dose; relazione dose – risposta di un organo bersaglio. Limiti di tossicità: VLEP – TWA, VLEP – STEL e TLV Ceiling. Caratteristiche di infiammabilità di liquidi, gas, polveri e nebbie. Limiti di infiammabilità e di esplosività. Schede di sicurezza. Valutazione dell'esposizione a composti tossici: verifica di conformità a uno standard. Struttura generale di un’analisi per l’identificazione dei pericoli: analisi storica; liste di controllo (checklist); analisi domanda – risposta (what–if); Hazard and Operability analysis (HAZOP); Hazard Identificazion anlysis (HAZID); Fire and Explosion Risk Assessment (FERA). Stima della magnitudo: tassonomia degli eventi incidentali con effetti acuti; classificazione dei rilasci in continui e istantanei; significato e uso di AEGL, ERPG, IDLH, LOC, LEL, LFL, UEL, UFL; portata di efflusso di un gas, di un liquido e di una miscela gas – liquido; portata di evaporazione da una pozza di liquido; fenomenologia della dispersone di un gas in atmosfera; gas pesante, neutro e leggero; stabilità dell’atmosfera e classi di stabilità di Pasquill; modelli di dispersione gaussiani per emissioni continue e istantanee; fiamme a diffusione e fiamme premiscelate; stima dell’irraggiamento (e della distanza di danno) da flash–fire, pool–fire, jet–fire e fireball; meccanismo di generazione di un’onda d’urto: deflagrazioni e detonazioni; legge di scala di Sachs e metodo del TNT equivalente; generazione della sovrapressione nelle esplosioni confinate. Stima della frequenza di accadimento: analisi storica; albero dei guasti; Minimal Cut Set e suo ordine; quantificazione dei Minimal Cut Set e del Top Event; mansione ed esposizione equivalente; analisi qualitativa e quantitativa degli eventi con effetti cronici. Stima e valutazione del rischio: indice di rischio locale, individuale e sociale; matrice di rischio; verifica di conformità a uno standard. Cenni su runaway in reattori chimici discontinui.
Alcuni argomenti verranno trattati e/o approfonditi in seminari tenuti in cotutela con docenti provenienti da enti e/o aziende del settore.

Prova orale obbligatoria
La valutazione viene effettuata tramite una prova orale; è indispensabile iscriversi all'esame via www.polimi.it/servizionline e presentarsi di persona alla data/ora/aula dell'appello per rispondere all'appello confermando così di voler sostenere l'esame nella data prevista.
Il calendario delle prove orali sarà consultabile su WeBeep dopo la data di chiusura per l'iscrizione all'appello.
Nella prova orale viene richiesto l’utilizzo critico delle nozioni apprese partendo dall'analisi di uno degli impianti/processi discussi durante le esercitazioni del corso (il relativo materiale è disponibile su WeBeep): è quindi inutile memorizzare formule senza aver compreso i concetti sottostanti. Nella discussione potranno essere richieste nozioni fondamentali di ingegneria chimica apprese in insegnamenti precedenti (relative per esempio a termodinamica, fenomeni di trasporto, reattori e altre unità d'impianto).
Le prove orali inizieranno in linea di massima il giorno dell'appello per poi proseguire nei giorni successivi secondo un calendario che verrà comunicato via WeBeep dopo la data di chiusura per l'iscrizione all'appello.
La prova orale inizia con la richiesta di illustrare (esemplificando l’applicazione dei concetti attraverso uno dei casi studio affrontati nelle esercitazioni del corso - il relativo materiale è disponibile su WeBeep) in circa 10 minuti uno dei seguenti argomenti:
Analisi di rischio ( esempi di argomenti correlati: struttura logica dell’analisi; rischio; pericolo; frequenza attesa di accadimento; magnitudo; identificazione dei pericoli; indici di rischio individuale e sociale ).
Rischio chimico ( esempi di argomenti correlati: identificazione dei pericoli; dose; relazione dose – risposta; VLEP (o TLV) – TWA, STEL e Ceiling; matrice di rischio per l’analisi qualitativa; analisi quantitativa e misure; criterio statistico per la verifica che i lavoratori di un SEG abbiano un’esposizione simile; criterio statistico per la verifica di conformità a uno standard basato su più misure ).
Dispersione in atmosfera ( esempi di argomenti correlati: rilasci continui e istantanei; AEGL, ERPG, IDLH, LEL/LFL e UEL/UFL; portata di efflusso; frazione di flash; portata di evaporazione da pozza; gas pesante, neutro e leggero; stabilità dell’atmosfera; modelli di dispersione gaussiani; tempo di mediazione ).
Incendi ed esplosioni ( esempi di argomenti correlati: fiamma a diffusione e premiscelata; combustione di un composto in fase gas e in fase condensata; distanza di danno per flash–fire, pool–fire, jet–fire e fireball; generazione di un’onda d’urto; legge di scala di Sachs; metodo del TNT equivalente; esplosioni confinate di gas e polveri).
Frequenza di accadimento ( esempi di argomenti correlati: analisi qualitativa dell’albero dei guasti; Minimal Cut Set; affidabilità; tempo di missione; rateo di guasto; indisponibilità; tasso di riparazione; quantificazione dei Minimal Cut Set e del Top Event).
In questi primi 10 minuti della prova orale l’esaminatore non interviene. Al termine di questi primi 10 minuti si possono verificare due diverse situazioni descritte nel seguito
L’esposizione dello studente è stata gravemente insufficiente. In questo caso l’esame termina con esito “ Rimandato ”.
L’esposizione dello studente è stata sufficiente. In questo caso l’esame prosegue (per poi terminare con una valutazione tra “ Rimandato ” e 30 con Lode ) con delle domande poste dall’esaminatore, quali a titolo esemplificativo e non esaustivo:
il significato di rischio e pericolo;
il significato di frequenza attesa di accadimento e magnitudo di un evento indesiderato;
la relazione funzionale tra rischio, frequenza attesa di accadimento e magnitudo di un evento indesiderato che abbia conseguenze a breve termine (effetti acuti) o a lungo termine (effetti cronici);
la struttura logica di un processo di gestione del rischio e di un’analisi di rischio;
la metodologia di identificazione dei pericoli con effetti acuti basata su: analisi storica; liste di controllo ( checklist ); analisi domanda – risposta ( what – if ); analisi di sicurezza e operabilità (HAZOP);
la metodologia di identificazione dei pericoli con effetti cronici (rischio chimico);
le vie di penetrazione nell’organismo di un composto tossico e il concetto di dose;
la relazione dose – risposta di un organo bersaglio;
il concetto di VLEP – TWA, VLEP – STEL e TLV Ceiling;
la classificazione dei rilasci in continui e istantanei;
il concetto di valori soglia per gli effetti sulle persone e sulle strutture a seguito di dispersione in atmosfera di composti tossici e infiammabili, esplosioni e incendi, e.g.: AEGL, ERPG, IDLH, LEL (o LFL), UEL (o UFL);
il calcolo della portata di efflusso di un gas, di un liquido e di una miscela gas – liquido;
il concetto di flash e la stima della frazione di flash;
la stima della portata di evaporazione da una pozza di liquido;
il concetto di gas pesante, neutro e leggero;
il concetto di stabilità dell’atmosfera e le classi di stabilità di Pasquill;
l’andamento della velocità del vento con la quota;
i modelli di dispersione gaussiani per emissioni continue e istantanee;
l’influenza del tempo di mediazione sul valore di concentrazione misurato e calcolato;
gli effetti iniziali inerziali e gravitazionali sulla dispersione in atmosfera;
il concetto di fiamma a diffusione e fiamma premiscelata;
il meccanismo di combustione di un composto in fase gas e in fase condensata;
la stima dell’irraggiamento da flash–fire, pool–fire, jet–fire e fireball;
il meccanismo di generazione di un’onda d’urto in una esplosione inconfinata;
la legge di scala di Sachs e il metodo del TNT equivalente;
la generazione della sovrapressione nelle esplosioni confinate di gas e polveri;
l’albero dei guasti e la sua anlisi qualitativa utilizzando l’algebra di Boole;
il concetto di Minimal Cut Set e il suo ordine;
il concetto di affidabilità, tempo di missione e rateo di guasto;
il concetto di indisponibilità, frequenza di accadimento e tasso di riparazione;
la quantificazione dei Minimal Cut Set e del Top Event;
l’analisi qualitativa degli eventi con effetti cronici;
il concetto di SEG e la verifica che i lavoratori di un SEG abbiano un’esposizione similare;
la verifica di conformità a uno standard basato su più misure;
l’indice di rischio individuale e sociale.

R. Rota e G. Nano, Introduzione alla Affidabilità e Sicurezza nell'Industria di Processo - Seconda edizione, Editore: Bonomo, Anno edizione: 2024
Center for Chemical Process Safety, Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis - Second edition, Editore: Wiley, Anno edizione: 2010
Center for Chemical Process Safety, Guidelines for Engineering Design for Process Safety - Second edition, Editore: Wiley, Anno edizione: 2012
John Channing Ed., Safety at Work - 8th Edition, Editore: Routledge - Taylor & Francis group, Anno edizione: 2013
D.A. Crowl, J.F. Louvar, Chemical process safety: fundamentals with applications, Editore: Pearson, Anno edizione: 2019

Il corso si propone di fornire gli elementi per l'analisi e la progettazione dei processi industriali chimici, ponendo l’accento sulla comprensione dei fenomeni chimico-fisici che ne sono alla base.

Alla fine del corso, lo studente avrà acquisito:
familiarità con i processi dell'industria chimica, le relative linee di produzione e le operazioni unitarie in essi presenti ( conoscenza e comprensione );
capacità di analizzare criticamente schemi di processo e di risolvere modelli semplificati basati su bilanci di materia, di energia e su relazioni di equilibrio ( capacità di applicare conoscenza e comprensione );
capacità di applicare le conoscenze acquisite a processi differenti da quelli presentati durante il corso, anche mediante l’utilizzo di nuove risorse (testi, articoli su rivista, internet) ( capacità di apprendimento ).

Parte Generale
Richiami di termodinamica chimica con riferimento ai processi industriali.
Principi di catalisi e cinetica per processi industriali.
Cenni di reattoristica e applicazioni nei processi industriali
Cenni di strumentazione industrialee P&IDs.
Industria Chimica
Approfondimento sulle linee produttive nell'industria chimica, inclusi esempi specifici di processi e prodotti.
Studio comparativo dell'industria chimica in Italia e all’estero, con focus sulle tendenze globali e sulle sfide specifiche del settore.
Processi Industriali
Studio dettagliato dei processi di produzione del gas di sintesi e dell'ammoniaca, includendo aspetti relativi a materie prime, reattori utilizzati e innovazioni di processo.
Analisi dei processi di produzione dell'acido nitrico, dell'acido solforico, con particolare attenzione alle tecnologie di produzione, ai catalizzatori e agli aspetti di sicurezza.
Analisi dei sistemi di trattamento dei gas di scarico degli autoveicoli, inclusi sistemi di riduzione catalitica selettiva (SCR) di ossidi di azoto e altri approcci per la riduzione delle emissioni inquinanti.
Approfondimento delle tecnologie per la produzione di cloro-soda, inclusi aspetti economici e ambientali.
Studio dei processi di produzione dei fertilizzanti, con un focus sulle materie prime, i processi di sintesi e gli aspetti di sostenibilità.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Prova orale condizionata (a scelta del docente)
L’esame consiste in una prova scritta di verifica dell’apprendimento dei concetti fondamentali dei processi industriali chimici esaminati durante il Corso. Nell'ambito della prova scritta, lo studente sarà richiesto di:
1) rispondere a domande relative alla Parte Generale del corso, analizzare e discutere criticamente schemi di processo relativi alle produzioni dell’Industria Chimica Inorganica.
2) risolvere problemi numerici nell'ambito dei processi chimici, intesi ad accertare la capacità di:

• impostare bilanci di massa ed energia,
• applicare relazioni di equilibrio chimico e di fase,
• analizzare dati cinetici e stimare parametri cinetici, ed utilizzarli per il dimensionamento di massima di reattori chimici,
• operare, in funzione delle specifiche del problema, opportune scelte progettuali.
  In ogni caso si chiederà di fornire risposte quantitative.
  La valutazione finale scaturirà dalla media pesata dei voti conseguiti nelle due parti dell’esame scritto. Per entrambe è necessario superare una soglia minima di 18/30.
  L’esame scritto potrà essere integrato da una prova orale opzionale. Essa verterà sulla verifica della conoscenza dei processi chimici studiati durante il Corso. La prova orale potrà essere sostenuta solo in seguito al superamento con esito positivo (>=18) dell'esame scritto. Il voto dell’esame orale andrà a modificare l’esito della parte 1) dell’esame scritto, e di conseguenza anche la valutazione finale.

Appunti e materiale del corso su WeBeep

L'insegnamento vuole fornire gli elementi per la progettazione delle apparecchiature impiegate nelle operazioni unitarie dell'ingegneria chimica e di processo, ponendo l’accento sulla comprensione dei fenomeni chimico-fisici che ne sono alla base. Gli studenti acquisiranno una migliore comprensione dei principi di alcuni processi di separazione attraverso l'analisi del funzionamento di un'apparecchiatura per la determinazione degli equilibri liquido-vapore e liquido-liquido-vapore e di un'unità di distillazione pilota presenti nel laboratorio didattico.

Alla fine del corso, lo studente avrà acquisito:
familiarità con gli impianti di processo e le operazioni unitarie in essi presenti ( conoscenza e comprensione );
capacità di analizzare, e risolvere problemi di progetto e verifica per unità di separazione quali flash, distillazione binaria e multicomponente, estrazione con solvente, assorbimento e stripping, mediante modelli semplificati basati su bilanci di materia, di energia e su relazioni di equilibrio ( capacità di applicare conoscenza e comprensione );
capacità di individuare l’operazione unitaria più idonea per realizzare una determinata separazione in base alle proprietà delle miscele, e determinare le condizioni operative adatte all’ottenimento delle specifiche di processo desiderate ( capacità di applicare conoscenza e comprensione );
capacità di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, anche mediante l’utilizzo di nuove risorse (testi, articoli su rivista, internet) ( capacità di apprendimento ).

Operazioni fondamentali dell'industria chimica e di processo: distinzione tra operazioni a stadi o ad azione intermittente ed operazioni ad azione continua. Dimensionamento termodinamico e fluidodinamico delle apparecchiature. Cenni di termodinamica applicata agli equilibri interfase: equazioni di stato.
Operazioni unitarie di trasporto di materia a stadi. Progetto termodinamico di unità di frazionamento e di separazione: camere di "flash", assorbitori, “strippers”, colonne di distillazione a rettifica binarie e multicomponente (metodi "short - cut"), batterie e colonne di estrazione liquido-liquido. L’efficienza locale, di piatto e di colonna. Descrizione delle apparecchiature.
Dimensionamento di colonne a riempimento. Altezza e numero di unità di trasporto. Altezza equivalente a un piatto teorico.
Distillazione come operazione unitaria più utilizzata. Distillazione discontinua. Distillazione in corrente di vapore. Distillazione per separare miscele con azeotropo. Curve residue. Applicazioni industriali.
Operazioni di scambio termico. Problema di simulazione: il metodo dell'efficienza. Funzioni e tipologie degli apparati; scambiatori di calore sensibile e latente. Progetto termico e fluidodinamico delle unità.
Utilizzo del simulatore Aspen HYSYS ® per la risoluzione di schemi di processo.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Prova orale condizionata (a scelta del docente)
L’esame finale (non sono previste prove in itinere) verte sull’intero programma del corso e prevede una prova scritta e una prova orale in cui lo studente dimostri di aver acquisito quanto riportato nella sezione “Risultati di apprendimento attesi”.
Nella prima parte della prova scritta lo studente deve rispondere correttamente a semplici quesiti riguardanti le nozioni di base del corso. La seconda parte consiste nella risoluzione di un esercizio sulle operazioni unitarie spiegate durante il corso. Gli studenti che non risolvono correttamente la maggior parte dei quesiti riguardanti la prima parte della prova scritta non vengono ammessi alla correzione dell’esercizio proposto nella seconda parte della prova scritta. Maggiori dettagli sulle modalità d'esame, in particolare per quanto riguarda la prova orale, e sulle regole del corso vengono pubblicati sulla piattaforma WeBeep ed esposti dal docente nella lezione introduttiva al corso.

Appunti e materiale del corso https://webeep.polimi.it/
McCabe W., Smith J., Harriott P., Unit Operations of Chemical Engineering, Editore: McGraw Hill, Anno edizione: 2004
Seader J.D., Henley E.J., Roper D. K., Separation Process Principles, Editore: John Wiley & Sons, Anno edizione: 2019
Treybal R.E., Mass Transfer Operations, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 1981
Stichlmair J.G.and Fair J.R., Distillation. Principles and Practice, Editore: Wiley-VVH, Anno edizione: 1998
Kister H., Distillation Design, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 1992
Incropera F.P., De Witt D.P., Bergman T.L., Lavine A.S., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Editore: John Wiley & Sons, Anno edizione: 2017
Serth R.W., Lestina T., Process Heat Transfer. Principles, Applications and Rules of Thumb, Editore: Academic Press, Anno edizione: 2014
Towler G., Sinnott R., Chemical Engineering Design, Editore: Elsevier, Anno edizione: 2022

The course aims to provide the elements for the analysis and design of chemical industrial processes, placing emphasis on the understanding of the chemical-physical phenomena that underlie them.

By the end of the course, the student shall have acquired:

• familiarity with the chemical industry processes, the related production lines and the unit operations present in them ( knowledge and understanding );
• ability to critically analyze process schemes and solve simplified process models based on mass balances, energy balances and equilibrium relationships ( ability to apply knowledge and understanding );
• ability to apply the acquired knowledge to processes different from those presented during the course, also through the use of new resources (texts, journal articles, internet) ( learning ability ).

1. General Part

• Recall of chemical thermodynamics with reference to industrial processes.
• Principles of catalysis and kinetics for industrial processes.
• Notes on chemical reactors and their applications in industrial processes.
• Notes on industrial instrumentation and P&IDs.
  2. Chemical Industry
• Analysis of the production lines in the chemical industry, including specific examples of processes and products.
• Comparative study of the chemical industry in Italy and abroad, with a focus on global trends and specific challenges of the sector.
  3. Industrial Processes
• Detailed study of the production processes of synthesis gas and ammonia, including aspects related to raw materials, reactors used and process innovations.
• Analysis of the production processes of nitric acid and sulfuric acid, with particular attention to production technologies, catalysts and safety aspects.
• Analysis of automotive exhaust gas aftertreatment systems, including selective catalytic reduction (SCR) systems for the abatement of nitrogen oxides and other approaches for the reduction of polluting emissions.
• Technologies for the production of chlor-alkali, including economic and environmental aspects.
• Study of the production processes of fertilizers, with a focus on raw materials, synthesis processes and sustainability aspects.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Prova orale condizionata (a scelta del docente)
The exam consists of a written test to verify the learning of the fundamental concepts of the chemical industrial processes examined during the Course. In the written test, the student will be required to:
1) answering to questions related the General Part of the Course and analyze and critically discuss process schemes related to the production of the Inorganic Chemical Industry;
2) solve numerical problems in the field of chemical processes, intended to ascertain the ability to:

• set up mass and energy balances,
• apply chemical and phase equilibrium relations,
• analyze kinetic data and kinetic parameter estimation and use them for the rough sizing of chemical reactors,
• make appropriate design choices based on the specifics of the problem.
  In any case, the student will be asked to provide quantitative answers.
  The final evaluation will result from the weighted average of the votes obtained in the two parts of the written exam. For both, a minimum threshold of 18/30 must be exceeded.
  The written exam may be supplemented by an optional oral exam. It will focus on verifying the knowledge of the chemical processes studied during the Course. The oral exam may be taken only after passing the written exam with a positive result (>=18). The grade of the oral exam will modify the outcome of part 1) of the written exam, and consequently also the final evaluation.

Course notes, full list of bibiographic references and other material available on WeBeep

Il corso fornisce agli studenti i mezzi per lo sviluppo di un layout di processo tipico dell’ingegneria chimica e per il dimensionamento, di massima e di dettaglio, delle apparecchiature necessarie per il processo in esame. A tal fine, durante il corso saranno illustrate le alternative tecniche a disposizione e lo studente sarà posto nelle condizioni per poter compiere scelte progettuali in maniera critica e autonoma, basandosi su criteri di natura tecnica, economica, di sostenibilità e di sicurezza. Tali scelte dovranno considerare l’elevato grado di interconnessione tra le apparecchiature all’interno del processo. La complessità del processo da sviluppare, e le relative sfaccettature implicheranno un’attività collaborativa tra gli studenti, che svolgeranno il progetto in gruppi.

Le lezioni e le esercitazione offriranno agli studenti l'opportunità di:
acquisire una comprensione dei principi alla base della progettazione dei processi tipici dell'ingegneria chimica.
approfondire le conoscenze sul dimensionamento delle apparecchiature chimiche.
comprendere i criteri tecnici, economici, di sostenibilità e di sicurezza che influenzano le decisioni progettuali e la loro interconnessione.
identificare i limiti e le potenzialità delle scelte progettuali disponibili, valutandone le conseguenze sulle singole apparecchiature e sul layout complessivo.
Il progetto di gruppo permetterà agli studenti di:
collaborare con i compagni per progettare uno specifico processo chimico, fornendo dettagli sugli obiettivi, sulle assunzioni e individuando soluzioni.
analizzare e interpretare i dati per condurre un'analisi tecno-economica delle scelte progettuali, considerando criteri tecnici, economici e di sicurezza.

Gli argomenti del corso sono affrontati nell’ambito di un caso di studio progettuale applicativo, in modo da inquadrare gli argomenti stessi sotto una prospettiva più generale e in una visione di insieme.
Parte 1.
Bilanci di materia ed energia con/senza reazione e ricicli/bypass.
Analisi dei campi di operatività delle varie unità di processo in funzione delle specifiche assegnate.
Discussione ed utilizzo di modelli termodinamici reali vs ideali.
Model-based discrimination per la determinazione di cinetiche rappresentative di processo.
Cicli termodinamici e loro applicazione nel layout di processo.
Parte 2.
Dimensionamento e scelta di reattori chimici (batch, CSTR, PFR, reattori a letto fisso/fluido, reattori a membrana).
Progettazione di sistemi di sicurezza in reattori chimici.
Criteri di scelta di catalizzatori omogenei o eterogenei.
Criteri di ottimizzazione di reazioni catalitiche e non.
Parte 3.
Operazioni unitarie. Brevi richiami su principi di funzionamento, dimensionamento e applicazioni di operazioni unitarie (distillazione, assorbimento/stripping, scambiatori di calore, adsorbimento).
Richiami di idraulica (sistemi di pompaggio) e macchine (generazione di potenza), e applicazione nel layout di processo.
Elementi di progettazione termodinamica e fluidodinamica, e problemi di verifica in modalità analitica (short-cut) e dettagliata (iterativa) per le singole apparecchiature, coadiuvata dall’utilizzo di fogli elettronici e simulatori di processo.
Progettazione del sistema di controllo per le singole apparecchiature e per il processo integrato.
Elementi di analisi economica di processo.
È richiesto l'utilizzo di software di calcolo (e.g., Excel, Matlab, Unisim/Aspen Hysis) per le esercitazioni e il progetto.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, di gruppo, senza revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
L’ esame e prova finale consistono in due parti: (i) una relazione (redatta in piccoli gruppi) di dimensionamento tecnico ed economico di un processo tipico dell'ingegneria chimica e (ii) un esame scritto individuale nel quale lo studente dovrà dimostrare padronanza dei concetti trattati durante il corso nonchè delle strategie riferite al dimensionamento di massima del processo chimico individuato, sapendo anche motivare le scelte progettuali.

L'insegnamento è dedicato allo studio dei fenomeni di trasporto di materia ed energia, con accenni alla quantità di moto già in parte trattata nell'insegnamento "Meccanica dei Fluidi con Principi di Ingegneria Chimica". L'obiettivo da raggiungere è la padronanza nell'uso delle equazioni di bilancio globali e indefinite e la loro applicazione a problemi "tipo" al fine di acquisire un metodo generale di approccio ai problemi che si pongono nella progettazione e verifica delle apparecchiature e dei reattori chimici. Si deve inoltre acquisire una padronanza nella risoluzione dei problemi numerici connessi ai problemi di trasporti e alla progettazione di apparecchiature e reattori chimici. Il metodo di insegnamento utilizzato sviluppa inoltre le capacità dello studente di inquadrare un problema ed adottare, motivandole, delle assunzioni semplificative al fine della sua risoluzione. Questo potenzia nello studente la facoltà di esporre un argomento in modo chiaro e convincente.

A seguito del superamento dell’esame, lo studente:
conosce i principi fondamentali, generalizzazioni, teorie e concetti dei fenomeni di trasporto e della reattoristica chimica
comprende il meccanismo di trasferimento di calore, materia e quantità di moto
è in grado di applicare la conoscenza alla progettazione di apparecchiature e reattori chimici
è in grado di eseguire calcoli di progetto e verifica di apparecchi e reattori chimici
è in grado di calcolare la velocità con cui avviene un fenomeno di trasferimento di materia e calore

Richiamo dei bilanci macroscopici di materia, energia, quantita' di moto, delle equazioni indefinite di trasporto e delle leggi di Fick, di Fourier, di Newton. La diffusione di materia. Esempi di risoluzione di problemi "tipo" fondati sull'uso di quelle equazioni: ad esempio condensazione a film, teoria della penetrazione materiale e termica, convezione naturale, diffusione stazionaria con reazione chimica. Metodo di risoluzione dei problemi per "ordini di grandezza" e analitico. Intervento della turbolenza nei fenomeni di trasporto, e sue trattazioni approssimate (teoria di Kolmogorov, deduzione delle proprietà di trasporto in regime turbolento, sistemi dispersi sottoposti a regime di moto turbolento). Perdite di carico, coefficienti di scambio termico e di materia, proprietà di dispersione in sistemi a riempimento casuale e strutturato. Fenomeni di trasporto nei getti e nelle scie sia in regime laminare che turbolento; loro relazione con le fiamme diffusive. Sistemi reagenti dominati da dispersione assiale (prolegomeni alle fiamme premiscelate). Introduzione alla reattoristica chimica elementare ed alla stabilità e alla sensitività parametrica dei reattori chimici ideali. Unificazione dei coefficienti di trasporto fra fasi, numeri adimensionali, esponenti caratteristici e analogie. Le esercitazioni consisteranno di volta in volta in problemi numerici connessi agli argomenti trattati a lezione.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Prova orale obbligatoria
Progetto/i - Elaborato/i facoltativo (a scelta dello studente), di gruppo, senza revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
Valutazione continua condizionata (a scelta del docente)
Altro
La preparazione conseguita sarà verificata mediante una prova scritta a fine corso ed una prova orale. Entrambe le prove sono obbligatorie. La prova orale potrà essere sostenuta solo dopo superamento della prova scritta. La prova scritta consisterà nella risoluzione di problemi numerici connessi ai fenomeni di trasporto e/o alla reattoristica. Il fine è quello di verificare la capacità dello studente di inquadrare i problemi ed arrivare alla risoluzione numerica corretta. Le equazioni utilizzate andranno giustificate e commentate adeguatamente al fine dimostrare di saper organizzare le conoscenze in un discorso ben articolato e che dimostri le competenze acquisite. E' richiesto un lessico adeguato e ordine nella presentazione dei risultati. La prova orale consisterà nella descrizione teorica di problemi tipo e di reattoristica connessi a dimostrazioni per verificare l'assimilazione del metodo e dei concetti e non un puro apprendimento mnemonico. L'esposizione dovrà essere condotta motivando ogni passaggio e descrivendo le eventuali semplificazioni adottate nei problemi. Il voto finale sarà calcolato come media aritmetica dei voti conseguiti nelle due prove.

Giulia Bozzano, Mario Dente, Appunti di Prinicipi di Ingegneria Chimica beep
Note: Dispense complete del corso messe a disposizione dal docente sul sito Beep del Politecnico
Giulia Bozzano, Eserciziario di Principi di Ingegneria Chimica sito Beep del Politecnico
Byron R. Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot, Fenomeni di Trasporto, Editore: CEA, Anno edizione: 1979, ISBN: 8840800514

Dinamica e controllo del processo. Applicazione e sviluppo di nuove tecnologie di controllo integrato. Il comportamento dinamico. Dinamica nel dominio di Laplace. La risoluzione dei sistemi lineari di equazioni differenziali. Funzioni di trasferimento e modelli "input-output". Dinamica dei sistemi del primo ordine e di ordine superiore. Dinamica nel dominio delle frequenze. Dinamica nel dominio del tempo. Strumenti e sensori. I principali componenti del loop di controllo. Attuatori e sensori. Le misure di portata, temperatura, essione,
composizione e livello. Segnali e interfacce analogico-digitali. Simbologia e P&I. Controllo di retroazione: analisi di stabilita e metodi di progetto. Cenni sulle principali tecniche di controllo non convenzionale: cascata, split range, compensatori, anteazione.

The course aims to provide the basics for the design of equipment pieces used in unit operations in chemical engineering and process engineering, emphasizing the understanding of the underlying chemical and physical phenomena. Students will gain a better understanding of the principles of several separation processes through the analysis of the operation of a liquid-vapor and liquid-liquid-vapor equilibrium determination apparatus and a pilot-scale distillation unit present in the educational laboratory.

By the end of the course, students will have acquired:
familiarity with process systems and the unit operations they are based on ( conoscenza e comprensione – knowledge and understanding );
ability to analyze and solve design and simulation problems for separation units such as flash, binary and multicomponent distillation, solvent extraction, absorption, and stripping, using simplified models based on mass and energy balances and equilibrium relations ( capacità di applicare conoscenza e comprensione – applying knowledge and understanding );
ability to identify the most suitable unit operation for a given separation based on the properties of the mixtures and determine the operating conditions suitable for achieving the desired process specifications ( capacità di applicare conoscenza e comprensione – applying knowledge and understanding );
ability to apply the acquired knowledge to contexts other than those presented during the course, also through the use of new sources (textbooks, journal articles, the internet) ( capacità di apprendimento – learning skills ).

Fundamental operations in the chemical and process industry: distinction between discontinuous operations and continuous operations. Thermodynamic and fluid-dynamic sizing of equipment pieces. Introduction to thermodynamics applied to phase equilibria: Equations of State.
Stage mass transport unit operations. Thermodynamic design of fractionation and separation units: flash chambers, absorbers, strippers, binary and multicomponent distillation columns ("short-cut" methods), extractors. Local (or point), overall stage (tray), and column efficiencies. Equipment description.
Sizing of packed columns. Height and number of transport units. Height equivalent to a theoretical plate (HETP).
Distillation as the most commonly used unit operation. Batch distillation. Steam distillation. Distillation for separating azeotrope-forming mixtures. Residual curves. Industrial distillation processes.
Heat-transfer operations. Simulation problem: the efficiency method. Functions and types of equipment; sensible and latent heat exchangers. Thermal and fluid-dynamic design of the units.
Use of the Aspen HYSYS ® simulator to solve process schemes.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Prova orale condizionata (a scelta del docente)
The final exam (no mid-term tests are used) covers the entire course syllabus and includes a written exam and an oral exam in which the student demonstrates the understanding of the topics outlined in the "Expected learning outcomes" section.
In the first part of the written exam, students must correctly answer simple questions covering the basic concepts taught in the course. The second part consists of solving an exercise on the unit operations explained during the course. The exercise to be solved in the second part of the written exam will not be scored for the students who fail to correctly answer most of the questions in the first part of the written exam. Further details on the exam procedures, particularly regarding the oral exam, and the course rules will be published on the WeBeep platform and explained by the instructor during the introductory lecture.

Course material
McCabe W., Smith J., Harriott P., Unit Operations of Chemical Engineering, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 2004
Seader J.D., Henley E.J., Roper D.K., Separation Process Principles, Editore: John Wiley & Sons Inc, Anno edizione: 2019
Treybal R.E., Mass-Treansfer Operations, Editore: McGraw-Hill Book Co, Anno edizione: 1981
Stichlmair J., Klein H., Rehfeldt S., Distillation: Principles and Practice, Editore: John Wiley & Sons, Inc., Anno edizione: 2021
Kister H.Z., Distillation design, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 1992
Incropera F.P., DeWitt D.P., Bergman T.L., Lavine A.S., Fundamentals of heat and mass transfer, Editore: Wiley, Anno edizione: 2017
Serth R. W., Lestina, T., Process heat transfer: Principles, applications and rules of thumb, Editore: Academic press, Anno edizione: 2014
Sinnott R., Towler G., Chemical Engineering Design, Editore: Elsevier Ltd, Anno edizione: 2020

Source models: single-phase liquid outflow, outflow gaseous phase, two-phase outflow, formation of aerosols and rain - out, sizing and evaporation from pool. Dispersion models: punctual models, integral models and computational fluid dynamics . Models of explosions : TNT equivalent model, TNO, Multi -Energy , Baker - Strehlow. Fire models

Fornire allo studente le conoscenze base della catalisi in fase omogenea applicata ai più importanti processi industriali attraverso lo studio delle proprietà e della reattività dei catalizzatori. In particolare veranno trattati i processi catalizzati da complessi metallorganici dei metalli di transizione. Al termine del corso lo studente sarà in grado di interpretare dal punto di vista meccanicistico i processi base della catalisi omogenea nella sintesi di molecole organiche e di proporre in maniera autonoma un ciclo catalitico.

DdD 1: Conoscenza e comprensione
Conoscere i principi base della catalisi omogenea e della chimica organometallica
Comprendere la struttura, la simmetria e la reattività dei composti dei metalli di transizione
Analizzare i più importanti processi in catalisi omogenea dell’industria chimica organica dal punto di vista del ciclo catalitico
DdD 2: Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Identificare e distinguere le tipologie di reazioni organometalliche e i loro meccanismi base
Riconoscere e prevedere (nei casi più semplici) la reattività dei complessi dei metalli di transizione in base alla loro composizione e struttura
Rappresentare graficamente in modo corretto e professionale le strutture dei complessi organometallici e i loro cicli catalitici tramite il software ChemDraw
Saper condurre ed analizzare alcune semplici reazioni organometalliche in laboratorio
DdD 4: Abilità comunicative
Rielaborare e presentare in maniera chiara e concisa un processo in catalisi omogenea tratto dalla letteratura scientifica attuale

Introduzione: metalli di transizione (MT), legame metallorganico, composti di coordinazione dei MT, numeri di coordinazione (CN), isomeria, chiralità, teoria del campo cristallino, conteggio degli elettroni, tipologie di ligandi.
Struttura, reattività e meccanismi base della catalisi omogenea: scambio di ligandi, addizione ossidativa, eliminazione riduttiva, inserzioni migratorie, transmetallazione, cicli catalitici base, calcolo del TON e del TOF.
Applicazioni industriali: Idroformilazioni di olefine; Carbonilazioni di alcoli ed esteri (processi Monsanto e Cativa per la sintesi dell’acido acetico); Idrogenazioni (riduzione di olefine, acidi grassi e dell’adiponitrile per la produzione del nylon); Reazioni di isomerizzazione (allilammina-enammina, processo Takasago per la produzione del mentolo); Idrocianazione; Accoppiamenti carbonio-carbonio (C-C coupling); Formazione del legame C-O attraverso ossidazioni (processo Wacker); Polimerizzazioni (Ziegler-Natta); Reazioni di metatesi e processo SHOP.
Ricerca bibliografica: ricerca sui principali database (Scopus, Web of science, Google Scholar, Espacenet)
Laboratorio sperimentale: al termine del corso saranno eseguite 3 esperienze di laboratorio, e verranno forniti i principi base per disegnare i cicli catalitici con il software ChemDraw. In particolare, fra le esperienze è prevista l'idrogenazione di un alchene usando un reattore a flusso continuo con generazione di H 2 via elettrolisi dell'acqua.

Prova orale obbligatoria
Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, di gruppo, senza revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
La prova finale consiste in un esame orale volto a valutare le conoscenze teoriche sui contenuti del corso. Allo studente viene fornita della letteratura su un argomento specifico di un processo. Lo studente deve ampliare la letteratura fornita con una ricerca bibliografica attraverso i principali database. Al termine della ricerca deve sviluppare una presentazione di circa 20 minuti illustrando il processo industriale e lo stato dell'arte. In particolare lo studente deve proporre un ciclo catalitico, illustrare il rate determining step e calcolare il TOF del processo. Richiami alla struttura e ai meccanismi di reazione coinvolti nel processo saranno elementi base per la valutazione finale.

P.W.N.M. van Leeuwen, Homogeneous catalysis: understanding the art, Editore: Springer, Anno edizione: 2004, ISBN: 978-1-4020-1999-9
G. P. Chiusoli, P. M. Maitlis, Metal-catalysis in industrial organic processes, Editore: RSC, Anno edizione: 2006, ISBN: 9780854048625
J. Hartwig, Organotransition metal chemistry: from bonding to catalysis, Editore: University Science Book, Anno edizione: 2009, ISBN: 9781891389535

The aim of the course is to introduce the students to the topic of air pollution control, from either fundamental and technical point of view.
The course aims to give students the skills and the tools for the comprehension and the critical analysis of the industrial processes.

Lectures will allow students to:

• evaluate the need for treatment of industrial waste emission;
• know and critically discuss about catalytic processes related to emission control systems;
• expose and describe the various aspects of catalytic air pollution control with the appropriate technical language;
• proceed with the evaluation of the operating performance of the catalytic processes.

The course will address the following topics:
Air pollutants: sources, health hazard, environmental impact, regulations.
Fundamentals of catalytic materials for environmental applications.
Catalytic control of emissions from mobile sources:
Gasoline engine emissions control: Three-way converters (TWC) for stoichiometric spark ignition (SI) engines; catalytic technologies for lean-burn gasoline.
Diesel engine emissions control: Diesel oxidation catalysts (DOC), Selective catalytic reduction (SCR) of NOx with ammonia/urea; Ammonia slip catalysts; Lean NOx Traps (LNT); Diesel Particulate Filters (DPF).
Alternative fuels engine emissions control (e.g natural gas engines).
Cold-start emissions control: NOx Adsorbers, HC Traps.
New emerging technics
Catalytic Control of Emissions from stationary sources:
Abatement of volatile organic compounds (catalytic oxidation of VOC).
Removal of Nitrogen Oxides (selective catalytic reduction of NOx from power plants and chemical plants).
Catalytic abatement of N2O emissions.
New emerging technics
In addition to standard class lectures, the course will include laboratory insights on catalytic air pollution control devices and, possibly, seminars on specific topics.

Prova orale obbligatoria
Oral exam aimed at assessing:

• the knowledge and critical analysis of the main catalytic emission control systems.
• the ability to describe the use of industrial technology for air pollution control.

Ronald M. Heck, Robert J. Farrauto, Suresh T. Gulati, Catalytic Air Pollution Control: Commercial Technology, Third Edition, Editore: John Wiley & Sons, Inc, Anno edizione: 2009, ISBN: 9780470275030 DOI:10.1002/9781118397749

The course consists in the practical / experimental analysis of measurement and control systems. The course, after a brief recall to the main aspects related to the dynamics of the processes, the control theory and the measurement and control loops, consists in the practical application in a didactical laboratory of the control theory to the tuning and operation of control systems of level, temperature, pressure, flow; emphasizing the aspects of process safety.

The course will focus on the relations between the physical-chemical properties of materials involved in alternative energy systems and their macroscopic behaviour. In particular, electrochemical devices for the storage and electricity generation with low environmental impacts will be illustrated. Materials and devices for harnessing solar energy and for clean fuels production will be also described.

When the student has successfully passed the exam, he/she has a good knowledge of and is able to discuss the following topics (DdD1):

• alternative systems of energy generation and storage (i.e. fuel cells, rechargeable batteries and capacitors);
• common and innovative materials for energy applications;
• fundamentals properties of the main classes of materials involved in energy systems;
• relations existing between microscopic physical-chemical features of a material and its macroscopic properties and functions;
• dielectric materials for energy harvesting;
• renewable and sustainable ways to produce energy.
  A consistent part of the course will be devoted to solve numerical and practical problems related to materials properties and devices which they are assembled in; then the student will be able to solve specific problems, and to select the optimal materials for any case (DdD2,3).
  A project on a specific case study will be discussed with the teacher (DdD4,5).

The course deals with properties of materials for energy; it will concern different technologies for alternative energy production, for transportation and storage, as well as related kinetic and thermodynamic aspects. In detail, the following topics will be considered:

• materials for electrochemical devices for energy production and storage;
• hydrogen economy: production, storage and use;
• alternative electrochemical energy generators: low- and high-temperature fuel cells;
• materials for storage devices: rechargeable batteries and capacacitors;
• photovoltaic devices: inorganic semiconductors and photo-electrochemistry;
• piezoelectricity and ferroelectricity: application in energy harvesting.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Written exam (2 h) with questions about theory and numerical exercises.

Frano Barbir, PEM fuel cells: theory and practice, Editore: Elsevier, Anno edizione: 2015, ISBN: 978-0-12-387710-9
Ginley D. S. and Cahen D., Fundamentals of Materials for Energy and Environmental Sustainability, Editore: Ginley D. S. and Cahen D., Anno edizione: 2012, ISBN: 978-1-107-00023-0

The course aims to make students aware of the basic concepts of sustainable polymers.
The course aims to stimulate interest in and promote understanding of this highly relevant subject: the sustainability of polymers, which are so important for human life.
The course aims to provide students with fundamental knowledge of polymers, environmental waste, sustainable and green practices, circular economy principles, and the environmental impact of traditional and biopolymers, including bioplastics and bioelastomers.
The course aims to provide students with updated tools to address the issue of polymer sustainability.
Furthermore, the course aims to enable students to establish correlations between practical aspects and theoretical interpretations.
The course aims to enable students to become protagonists in this field by tackling critical issues and promoting innovation.
The course will put students in touch with the real world through guest lectures from senior scientists and managers from organisations and companies such as COREPLA, LyondellBasell, Novamont and Pirelli.
Nothing exists without materials.
These days, we might say: nothing should exist without sustainable materials.

Upon attending the course, the student:
will know the fundamental aspects of polymers sustainability, with knowledge of both theoretycal and practical aspects
will be able to apply such knowledge to practical problems
will be able to make proposals for a more sustainable preparation and use of polymers

Introduction to polymers. Hystorical development. The polymers in our life. Production, economic impact. Main types and applications: in a nutshell.
“Plastic” in the environment. Ocean gyres and garbage patches. “Plastic” in the ocean: story, classification. Origins and amount. Primary microplastic in the ocean. Mismanaged waste. Tyre debris.
Basic synthesis and reaction chemistry (organic chemistry). Few concepts useful for sustainable polymers.
The polymers. The polymeric nature of solids. Introduction to polymers. Origin. Nomenclature. Chemical composition. Structure. Dimension. Average molecular mass. Synthesis of polymers: stoichiometry, thermodynamics, kinetics. Catalysis for polymerization and types of polymerizations. Intermolecular and intramolecular bonds in polymers. Stereochemistry. Organization of polymers at the solid state: amorphous and crystalline polymers. Thermodynamic origin of melting point. Main types of polymers. Transitions of polymers and thermodynamics.
Green, sustainable, circular. Green chemistry. Sustainability. Sustainable chemistry. Sustainable polymers. The CO 2 Issue. Circular materials and circular economy. The life cycle of polymers. Circular polymers. Green washing.
Environmental aspects of polymers. Degradation of Polymers. Additives and Chemicals in Plastics and in Rubbers. Release of Additives and Monomers from Plastic. Wastes Recycling of polymers.
Biomass. Biomass for materials
Main traditional polymers. Main concepts Properties of polymers. Synthesis, production and applications. Recycling. Bio-version of the polymers. Types of polymers: polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinylchloride, polyethylene terephtalate, polyurethanes, polyamides.
Main natural polymers: cellulose, starch, chitin, chitosan, alginates, carageenans, proteins.
Biopolymers. Classification. Amount. Bioplastics. Synthesis, properties, composites, recycling.
Biobased and biodegradable polymers: starch based polymers (TPS), poly(lactic acid), poly(hydroxyalcanoates), poly(butylenesuccinate)
Fossil based and biodegradable polymers: poly(butylene adipate terephthalate), poly(caprolactone)
Materials from CO 2.
Elastomers. Elasticity: in a nutshell. How to design an elastomer. Bioelastomers.
Comparison between polymers and other materials.
Net zero gas emission plastics.
Sustainable rubbers.
Sustainable food Packaging.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Prova orale facoltativa (a scelta dello studente)
The written exam will consist of approximately 11 open-ended or multiple-choice questions. The questions will cover the topics discussed in the course, so as to address all the concepts.
The oral exam will be at the student’s discretion, to clarify aspects that were not covered entirely satisfactorily in the written exam.

J. M. G. Cowie, V. Arrighi, Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials - third edition, Editore: CRC Press - Taylor & Francis Group, Anno edizione: 2007, ISBN: 978-0849398131

L’insegnamento di Chimica Ambientale si propone di:
Fornire allo studente di ingegneria una consapevolezza della complessità chimica dei macrosistemi naturali (atmosfera, acque, suolo) e della delicatezza degli equilibri che li regolano.
Evidenziare e fornire strumenti per quantificare l’impatto delle attività antropiche su tali sistemi.
Approfondire le strategie tecnologiche e socioeconomiche adottate a livello globale per mitigare gli effetti dello sviluppo umano sull’ambiente.

Descrittore
Risultati attesi
DdD1 – Conoscenza e comprensione
Comprensione dei principali processi chimici e fotochimici che regolano l’ambiente (aria, acqua, suolo).
Conoscenza delle reazioni chimiche coinvolte nei fenomeni di inquinamento atmosferico e idrico.
Comprensione dei meccanismi dell’effetto serra e delle interazioni tra energia e ambiente.
DdD2 – Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Capacità di analizzare e quantificare l’impatto ambientale di sostanze chimiche e processi industriali.
Interpretare dati ambientali e applicare modelli chimici per valutare scenari di inquinamento.
Proporre soluzioni sostenibili basate su principi chimici, anche in contesti interdisciplinari.
DdD3 – Autonomia di giudizio
Sviluppo di pensiero critico sull’uso delle risorse chimiche ed energetiche.
Valutazione autonoma delle implicazioni ambientali di scelte tecnologiche e industriali, considerando aspetti etici e sociali.
DdD4 – Abilità comunicative
Presentare in modo chiaro e rigoroso un argomento ambientale chimico, anche con slide e riferimenti scientifici.
Discutere problematiche ambientali in contesti multidisciplinari e internazionali.
DdD5 – Capacità di apprendimento
Approfondire autonomamente tematiche ambientali attraverso la lettura di pubblicazioni scientifiche.
Mantenere un aggiornamento continuo su normative, tecnologie e strategie ambientali.

Gli argomenti oggetto del corso saranno riportati in un programma dettagliato delle lezioni.
Le lezioni possono essere seguite sia in presenza che online (stanza webex); esse verranno registrate e fornite allo studente. La frequenza non è obbligatoria, si potrà seguire il corso anche in casi di sovrapposizione con altre materie.
Rispetto ai classici testi di chimica ambientale gli argomenti verranno trattati cercando di approfondire anche tematiche attuali.
Le lezioni sono impostate con l'intento di descrivere e spiegare, nei limiti imposti dal corso e sulla base delle conoscenze di base dello studente, i fenomeni connessi con i processi chimici che si svolgono nell'ambiente e che interessano i sistemi viventi.
La fonte primaria di materiale per lo studio e la preparazione dell'esame sono gli appunti delle lezioni, le slide e soprattutto le pubblicazioni scientifiche che saranno fornite dal docente.
Per eventuali altre informazioni o chiarimenti il docente è sempre a disposizione dopo aver concordato un appuntamento via email.
Parte I – Fondamenti di Chimica Ambientale
Definizione e ambiti della Chimica Ambientale; compartimenti ambientali e loro interconnessioni. Richiami selettivi di chimica generale e organica funzionali ai sistemi ambientali: polarità, solubilità, speciazione, complessazione, processi redox, partizione tra compartimenti, cinetica, persistenza e fotochimica. Cicli biogeochimici principali.
Parte II – Chimica dell’atmosfera, qualità dell’aria e clima
Origine, composizione e struttura dell’atmosfera. Fotochimica atmosferica e chimica dell’ozono. Inquinamento atmosferico, smog fotochimico, piogge acide, particolato e aerosol. Effetto serra, gas serra e cambiamento climatico.
Parte III – Energia ed emissioni
Combustibili convenzionali e alternativi, biomasse e biocombustibili. Emissioni associate ai sistemi energetici, fattori di emissione, fonti rinnovabili e principi di decarbonizzazione.
Parte IV – Chimica delle acque, del suolo e dei sedimenti
Equilibri acido-base e redox nelle acque naturali, sistema carbonatico, nutrienti ed eutrofizzazione. Speciazione e comportamento dei metalli. Proprietà chimiche di suolo e sedimenti, adsorbimento, mobilità e trasferimento dei contaminanti.
Parte V – Destino ambientale dei contaminanti
Emissione, trasporto, partizione, trasformazione, persistenza, bioaccumulo e biomagnificazione. Pesticidi, PCB, diossine, furani, idrocarburi policiclici aromatici, metalli tossici e contaminanti emergenti, con particolare riferimento ai PFAS, farmaci e metaboliti.
Parte VI – Esposizione, rischio e mitigazione
Vie di esposizione, biodisponibilità, effetti acuti e cronici, mutagenesi e genotossicità. Principi di valutazione del rischio ambientale e strategie di prevenzione e mitigazione.

Prova orale obbligatoria
Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, individuale, senza revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
Presentazione orale individuale (circa 30 min), supportata da slide, relativa a un argomento concordato con il docente e sviluppato mediante approfondimento personale, seguita da colloquio orale sugli alcuni argomenti del programma.
DdD coinvolti: 1, 2, 3, 4, 5
Materiali: slide, appunti, pubblicazioni scientifiche.
Lingua: italiano o inglese.
Criteri di valutazione:
Presentazione orale (con slide)
Contenuto scientifico: accuratezza, profondità e pertinenza → DdD1, DdD2, DdD3
Capacità di sintesi e chiarezza espositiva → DdD4
Autonomia nell’approfondimento → DdD3, DdD5
Colloquio orale
Conoscenza trasversale del programma → DdD1, DdD2
Capacità di ragionamento critico → DdD3
Capacità di apprendimento autonomo → DdD5

C. Baird, M. Cann, Chimica Ambientale, Editore: Zanichelli
S.E. Manahan, Chimica dell'Ambiente, Editore: Piccin

Il corso fornisce agli studenti le conoscenze fondamentali per comprendere i principi fisici e chimici che governano i processi di combustione e conversione energetica di combustibili gassosi (idrogeno, ammoniaca, metano), liquidi (SAF, benzine, e-fuels) e solidi (biomasse), di origine fossile, biologica o sintetica. Particolare attenzione è dedicata al ruolo della combustione nella transizione verso sistemi energetici più sostenibili e alla progressiva integrazione dei combustibili a basse emissioni di carbonio.
Il corso analizza le trasformazioni termochimiche che avvengono nei principali sistemi di conversione energetica, quali combustori, motori a combustione interna, turbine a gas, fornaci, termovalorizzatori e gassificatori, approfondendo i meccanismi che determinano efficienza, stabilità di combustione e formazione degli inquinanti.
Accanto ai fondamenti teorici, gli studenti acquisiranno strumenti modellistici per interpretare e prevedere il comportamento dei diversi combustibili, valutandone prestazioni, emissioni e criticità. Attraverso attività applicative basate su software di simulazione, svilupperanno la capacità di analizzare quantitativamente processi di combustione di interesse industriale e di confrontare le prestazioni di combustibili convenzionali e alternativi.

Al termine del corso lo studente avrà:

• acquisito e consolidato la conoscenza della termodinamica e cinetica chimica associata ai processi di combustione di comustibili alternativi;
• compreso le problematiche legate alla combustione di gas, solidi e liquidi in sistemi di rilevanza pratica e l'impatto dei fenomeni di trasporto e cinetica chimica sull'efficienza dei processi di combustione e sulla formazione di inquinanti.
• acquisito una maggiore comprensione di come processi complessi dove termodinamica, cinetica e fenomeni di trasporto interagiscono a più scale possano essere modellati.

Introduzione e statistiche sull'uso e produzione di energia
basi di termodinamica e cinetica chimica dei processi di combustione
reazioni di alta temperatura, limiti di infiammabilità e diagrammi di esplosione, velocità di fiamma
formazione di inquinanti: combustione incompleta, CO, aldeidi; NOx, SOx; particolato
Idrogeno come vettore energetico; co-combustione idrogeno/metano
Ammoniaca come vettore energetico; co-combustione ammoniaca/idrogeno
Processi di autoignizione e bassa temperatura
Combustibili sintetici e bioderivati per i trasporti (e-fuel, SAF)
Combustibili ossigenati (alcoli e nuove frontiere)
Combustione e gassificazione di solidi
Modellazione dei processi di combustione in sistemi di rilevanza pratica

Prova orale obbligatoria
Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, individuale, senza revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
La verifica dell'apprendimento consiste in una prova orale articolata in due parti.
Nella prima parte, lo studente presenterà un breve approfondimento su uno degli argomenti sviluppati durante le esercitazioni. L'attività prevede l'utilizzo degli strumenti modellistici e dei software introdotti nel corso per analizzare un processo di combustione mediante studi parametrici, discutendone gli effetti su prestazioni, stabilità della combustione ed emissioni inquinanti.
La seconda parte consiste in domande di teoria sugli argomenti trattati durante il corso. Lo studente dovrà dimostrare di conoscere i principi fondamentali dei processi di combustione e di comprenderne i meccanismi fisici e chimici. Sarà inoltre richiesto di collegare gli aspetti cinetici e termodinamici al comportamento osservato nei principali sistemi di conversione energetica, interpretando l'influenza delle condizioni operative sulle caratteristiche della combustione (ad esempio ignizione, stabilità, velocità di propagazione della fiamma ed efficienza) per diverse tipologie di combustibili. Lo studente dovrà anche saper discutere i principali meccanismi di formazione degli inquinanti e le strategie disponibili per la loro mitigazione, motivando le proprie risposte anche attraverso considerazioni di carattere semi-quantitativo.

Diapositive presentate a lezione e esercitazione https://beep.metid.polimi.it/
Note: Il materiale presentato a esercitazione verranno caricati sul portale BeeP nell'aria dedicata al corso

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti i concetti di base della corrosione ad umido dei materiali metallici. Lo studente riceverà una descrizione approfondita dei concetti teorici dei processi di corrosione, sia di natura termodinamica che cinetica. Saranno illustrate le principali forme di corrosione, dagli attacchi generalizzati alle forme di corrosione localizzata, e per ciascuna di esse sarà definita per ogni classe di metalli la velocità di corrosione attesa. Infine, per ciascuna forma di corrosione, saranno descritte le tecniche di prevenzione e controllo della corrosione riferendosi ai concetti teorici forniti nella prima parte dell’insegnamento.

Altermine del corso, lo studente:

• conosce il meccanismo elettrochimico di un processo di corrosione (DdD1)
• conosce le condizioni termodinamiche alla base di ogni processo di corrosione a umido (DdD1)
• conosce i principi cinetici che definiscono la velocità di avanzamento di un fenomeno di corrosione (DdD1)
• è in grado di stimare la velocità di corrosione (DdD2)
• è in grado di definire la forma di corrosione a cui può essere soggetto un materiale metallico immerso in ambiente acquoso (DdD2)
• conosce i principali sistemi di protezione della corrosione (DdD1)
• è in grado di valutare la riduzione di corrosione in funzione del sistema di protezione considerato (DdD2)
• è in grado di comunicare all'interno di un gruppo di studenti e prendere decisioni sull'interpretazione delle prove di esposizione fatte durante il corso (risultato atteso dalla attività nell'ambito del laboratorio progettuale finalizzato alla stesura di una "scheda di corrosione") (DdD2 e DdD4)

Argomenti trattati
Aspetti generali della corrosione. Definizione di corrosione a secco e a umido. Meccanismo elettrochimico di corrosione. Processi anodici e catodici. Legge di Faraday. Aspetti termodinamici. Lavoro motore di un processo di corrosione. Potenziale di equilibrio. Condizioni di immunità, corrosione e passivazione. Aspetti cinetici. Valutazione delle sovratensioni nei processi anodici e catodici. Condizioni di attività e di passività. Diagrammi di Evans. Stima del potenziale di corrosione e delle velocità di corrosione. Forme di corrosione. Corrosione generalizzata. Attacco galvanico. Pitting o vaiolatura. Corrosione in fessura. Corrosione intergranulare. Attacco selettivo. Corrosione per turbolenza, abrasione e sfregamento. Corrosione sotto sforzo (stress corrosion cracking). Corrosione-fatica. Danneggiamento da idrogeno. Corrosione da interferenza. Corrosione microbiologica. Metodi di prevenzione e protezione dalla corrosione. Scelta dei materiali: metalli nobili e passivi. Uso di rivestimenti metallici e organici. Protezione catodica. Aggiunte chimiche: inibitori, oxygen scavenger, biocidi.
Organizzazione dell'insegnamento
L'insegnamento è erogato in un emi-semestre. E' organizzato in lezioni frontali ed esercitazioni numeriche in aula.
Durante l'insegnamento sarà chiesto allo studente di compilare una scheda di corrosione, selezionando un caso di corrosione, indicandone la morfologia, la possibile causa e il rimedio proposto.

Prova scritta obbligatoria, con prove in itinere
Prova orale facoltativa (a scelta dello studente)
Progetto/i - Elaborato/i facoltativo (a scelta dello studente), di gruppo, senza revisioni periodiche, senza presentazione/discussione finale
La preparazione conseguita dallo studente sarà valutata mediante prova scritta. Si svolgerà una prova scritta (in itinere) al termine dell'emi-semestre di lezioni.
La prova scritta è organizzata in 2 sezioni: domande di teoria a risposta multipla, esercizi numerici. Tutte le due sezioni sono mirate a verificare che lo studente abbia appreso le conoscenze teoriche fornite nel corso dell'insegnamento, sia in grado di definire la forma di corrosione cui è soggetto un materiale metallico immerso in un ambiente aggressivo e sia in grado di applicare le conoscenze acquisite al fine di calcolare la velocità di corrosione.
Lo studente che non ha partecipato alla prova di fine emi-semestre, o non l'ha sostenuta con esito positivo, svolgerà l’esame negli appelli ufficiali. L’esame negli appelli ufficiali consta anch'esso di domande a risposta multipla e esercizi numerici.
Con la prova scritta lo studente può ottenere un voto massimo di 31/30, cui aggiungere 1 punto come valutazione positiva della scheda di corrosione consegnata a fine corso.
La prova orale è facoltativa, può essere sostenuta solo dopo uno scritto con esito positivo (minimo 18/30) e dovrà essere svolta prima del successivo appello ufficiale. Durante l’orale lo studente deve mostrare di conoscere i fondamenti teorici dei processi di corrosione e deve applicare le nozioni acquisite al fine di valutare la velocità di corrosione e scegliere il corretto sistema di protezione dalla corrosione. Con la prova orale si può ottenere un incremento massimo di 3 punti sul voto dello scritto. Se l'orale non è soddisfacente il voto finale subirà un decremento.

Pietro Pedeferri, Corrosione e protezione dei materiali metallici, Editore: PoliPress, Anno edizione: 2010
Pietro Pedeferri, Corrosion Science and Engineering, Editore: Springher, Anno edizione: 2018 https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-97625-9
Note: e-book gratuito per studenti POLIMI
L. Lazzari, M. Ormellese, P. Pedeferri, Protezione catodica, Editore: PoliPress, Anno edizione: 2006

Difference between safety- and security-related risks. Risk sources and typologies and risk appetite. Techniques for open source risk identification and business intelligence. Integrated functional analysis and representation methods of business processes. Deductive and inductive logic and logic operations. Risk spectrum definition. Critical paths and critical elements identification. Probability calculation (values, strength and cost). Risk in project management. Organisational forms and risk prevention. Culture and leadership as tools for risk prevention. Risk perception. Sanction and reward in risk management. Decision making strategies in risk management. Decision making models. Managerial perspective of the risk prevention Law. International standard and approach in risk management. Emerging risks.

Il corso tratta le problematiche di base del management aziendale. Presenta gli elementi fondamentali di economia e gestione aziendale, organizzazione e strategia, con riferimento alle aziende di produzione ed altre tipologie di organizzazioni. Gli argomenti principali trattati sono: l'impresa e i suoi obiettivi, l'impresa e l'ambiente di riferimento, le principali forme giuridiche d'impresa. Bilancio e contabilita' (la struttura del bilancio e il sistema degli indici). Programmazione e controllo. Principali tipologie di costi e tecniche di determinazione dei costi (job order costing, operation costing, process costing, activity based costing). Il concetto di strategia e le scelte strategiche. Modello di Abell. Modello delle 5 forze di Porter. Tipologie di leadership: costo, differenziazione e focalizzazione.Le scelte di portafoglio: matrice BCG. La definizione dei diversi modelli organizzativi: dalla struttura funzionale alla struttura per progetto e a matrice. Le decisioni d'impresa. Decisioni di breve periodo e decisioni di investimento.

Meccanica quantistica: richiami sul dualismo onda/particella, le funzioni d'onda. L'equazione di Schrödinger dipendente dal tempo, metodi operatoriali, elementi di teoria della misura, momento angolare orbitale e di spin, funzioni d'onda per molte particelle, dinamica semiclassica, metodi approssimati.
Fisica atomica: l'atomo di idrogeno, l'atomo di elio, gli atomi a molti elettroni: il campo medio.
Fisica molecolare: approssimazione adiabatica, orbitali molecolari, transizioni roto-vibrazionali e vibroniche.

L'insegnamento ha l’obiettivo di fornire una conoscenza introduttiva ma non elementare della fisica nucleare. In particolare, ci si propone di sviluppare i fondamenti alla base della comprensione della struttura e delle proprietà del nucleo atomico, chiarendo i limiti entro i quali questo sia possibile in relazione alle caratteristiche dell'interazione tra i suoi costituenti fondamentali, i nucleoni. Per questo motivo si inizia, dopo aver introdotto alcuni complementi matematico-fisici necessari, dallo studio della interazione nucleare forte tra due nucleoni. Una parte essenziale é poi costituita dalla presentazione di alcuni dei modelli teorici per la descrizione del nucleo. Infine, si tratteranno i decadimenti radioattivi (in particolare il beta e l'interazione debole) e le reazioni nucleari, con particolare attenzione agli aspetti fisici di maggiore interesse per le applicazioni ingegneristiche.

Lo studente:

• riconosce, distingue e sa analizzare nelle loro parti i principali aspetti fenomenologici della fisica nucleare e gli strumenti fisico-matematici necessari per lo studio delle proprietà fisiche dei nuclei
• conosce e sa analizzare i fondamenti fisici e la descrizione teorica dell'interazione nucleare forte tra nucleoni, dei principali modelli di struttura del nucleo e dei principali fenomeni dinamici della fisica nucleare, con particolare riferimento ai decadimenti radioattivi e alle reazioni nucleari
• è in grado di selezionare ed applicare correttamente opportuni metodi della fisica teorica al fine di descrivere efficacemente le proprietà fisiche fondamentali dei nuclei, anche mediante lo svolgimento di semplici derivazioni e stime numeriche ottenute attraverso il corretto utilizzo dei sistemi di unità di misura e il valore delle grandezze fisiche fondamentali nei fenomeni nucleari
• è in grado di esporre gli argomenti trattati utilizzando un linguaggio e una terminologia corretta ed appropriata dal punto di vista scientifico

Fenomenologia del nucleo atomico. Aspetti essenziali delle proprietà del nucleo: composizione, proprietà dei nucleoni e della materia nucleare: dimensioni, densità, massa, momento angolare, momenti nucleari di multiplo elettromagnetico. Esistenza di stati nucleari instabili e eccitati. Interazioni tra nuclei.
Richiami e complementi matematico-fisici necessari per lo sviluppo dell’insegnamento. Funzioni, sviluppi in serie e equazioni notevoli della fisica matematica. Aspetti generali della dinamica di una particella in campi di forze centrali. Descrizione del momento angolare e dello spin in sistemi quantistici ( argomento sviluppato in modalità flipped, mediante uso di tool didattico EVOLI ). Complementi di relatività speciale ( argomento sviluppato in modalità flipped, mediante uso di tool didattico EVOLI ). Teoria quantistica della diffusione elastica e anelastica. Metodi per la descrizione di sistemi quantistici a molti corpi: metodo di Hartree e Hartree-Fock, seconda quantizzazione, trasformazioni canoniche e quasiparticelle.
Elementi di meccanica quantistica relativistica e teoria dei campi. Motivazioni per l’insegnamento. Introduzione alla descrizione quantistica del campo elettromagnetico libero e della sua interazione con la materia. Generalizzazione al caso di altri campi: equazioni d’onda relativistiche. Equazione di Klein-Gordon: potenziale di Yukawa, mesoni, antiparticelle. Equazione di Dirac: proprietà delle particelle con spin 1/2 (elettrone, nucleone, particelle di massa nulla; argomento sviluppato in modalità flipped, mediante uso di tool didattico EVOLI ).
Interazione nucleare forte. Determinazione della struttura generale della forza nucleare forte da argomenti di simmetria: termini centrali, tensoriali, da interazione spin-orbita, di scambio. Studio delle proprietà della forza nucleare forte dall'interazione nucleone-nucleone. Stati legati: il deutone. Scattering nucleone-nucleone. Invarianza di carica e spin isotopico. Modello di Yukawa: interazione nucleare forte per scambio di mesoni. *Determinazione perturbativa del potenziale nucleare dall'interazione tra corrente nucleonica e campo pionico.
Modelli di struttura del nucleo. Aspetti generali: approccio di particella singola e fenomeni collettivi. Modello a goccia di liquido e formula di Weisacker per le masse nucleari. Modello a nucleoni liberi. Modello a shell: soluzione per campi di forze notevoli e determinazione dei numeri magici. Ruolo dell'interazione residua di pairing nella struttura dei nuclei. *Effetti collettivi: vibrazioni, rotazioni, superconduttività nuclare.
Emissione gamma. Teoria quantistica della emissione di radiazione elettromagnetica da distribuzioni di cariche e correnti nella approssimazione di dipolo. Applicazione alle proprietà generali della emissione per diseccitazione gamma. Regole di selezione ed emissione di ordine superiore. Conversione interna.
Decadimento alfa ed emissione di nucleoni/nuclei. Cenni alla fenomenologia del decadimento alfa e della emissione di nucleoni. Descrizione teorica in termini di attraversamento di una barriera di potenziale classicamente proibita. Soluzione in casi semplificati e teoria generale di Gamow per il caso di barriere tridimensionali di forma realistica. Fissione spontanea.
Interazione debole e decadimento beta. Cenni alla fenomenologia del decadimento beta. Descrizione teorica: aspetti cinematici generali, teoria di Fermi del decadimento beta, interazione debole, struttura generale della probabilità di emissione beta, proprietà generali dell'elemento di matrice di transizione. *Derivazione dell'elemento di matrice di transizione nell'approssimazione non relativistica, cenni alla generalizzazione relativistica.
Reazioni nucleari. Applicazione della teoria generale della diffusione anelastica allo studio delle reazioni nucleari. Formule generali per la sezione d'urto di reazione. *Reazioni nucleari dirette. Modello del nucleo composto. Risonanze nucleari: Formule di Breit-Wigner. Fissione nucleare. Fusione nucleare.
*Cenni alla fisica delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali.
Gli argomenti preceduti da un asterisco verranno sviluppati sulla base delle conoscenze pregresse e degli interessi degli studenti, e in relazione al tempo a disposizione.
Agli studenti interessati ad approfondire aspetti legati alla fisica delle particelle e delle interazioni fondamentali si segnala l'insegnamento Laboratorio di fisica delle particelle (cod. 052602), per la frequenza del quale è necessario aver seguito un insegnamento equivalente a Fisica del nucleo.

Prova orale obbligatoria
L'esame consiste in una prova finale orale.
La prova orale valuterà la capacità di:

• cogliere ed interpretare il significato fisico delle metodologie matematiche utilizzate per la descrizione della fisica nucleare e di applicarle alla descrizione di: interazione nucleare forte tra nucleoni, modelli nucleari, decadimenti radioattivi, reazioni nucleari
• ricavare stime numeriche semplificate anche attraverso l’utilizzo corretto dei sistemi di unità di misura e il valore delle grandezze fisiche fondamentali nei fenomeni nucleari.
• descrivere gli argomenti in modo appropriato dal punto di vista del linguaggio e della terminologia scientifica adottati.
  Dopo la conclusione della prova orale, agli studenti verrà richiesto di cimentarsi in un esercizio di autovalutazione dell'esame svolto, con lo scopo di poter ricevere riscontro anche sulla capacità di individuare gli elementi oggettivi emersi dall'esame e, sulla base di questi, tradurli nella valutazione quantitativa prevista. Questa fase non ha nessun impatto sulla valutazione dell'esame, ma vuole rappresentare una opportunità per gli studenti di testare il livello di consapevolezza raggiunto per sfruttare gli elementi emersi dall'esame svolto nel modo più efficace.

K.S. Krane, Introductory nuclear physics, Editore: John Wiley & Sons, Anno edizione: 1988, ISBN: 0-471-80553-X
Note: Testo di livello introduttivo
B. L. Cohen, Concepts of nuclear physics, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 1988, ISBN: 00-7099-248-5
Note: Testo di livello introduttivo
Jean-Louis Basdevant, Michel Spiro, James Rich, Fundamentals In Nuclear Physics, Editore: Springer (e-book disponibile su risorse elettroniche POLIMI), Anno edizione: 2005, ISBN: 978-0-387-25095-3
Note: Testo di livello intermedio
Carlos A. Bertulani, Nuclear Physics in a Nutshell, Editore: Princeton University Press, Anno edizione: 2007, ISBN: 9780691125053
Note: Testo di livello intermedio
E. Segrè, Nuclei e particelle, Editore: Zanichelli, Anno edizione: 1981, ISBN: 88-08-05628-7
Note: Testo di livello intermedio
S.G. Nilsson, I. Ragnarsson, Shapes and shells in nuclear structure, Editore: Cambridge University Press, Anno edizione: 2005, ISBN: 0-521-01966-4
Note: Testo di livello intermedio con numerosi esercizi e soluzioni
J. M. Blatt & V. F. Weisskopf, Theoretical Nuclear Physics, Editore: Dover, Anno edizione: 1991, ISBN: 0-486-66827-4
Note: Testo di livello avanzato
A. G. Sitenko & V. K. Tartakovskij, Lezioni di teoria del nucleo, Editore: Mir, Anno edizione: 1981
Note: Testo di livello avanzato

Food packaging sits at the intersection of materials science, food science, process engineering, regulation, and sustainability. The course of Materials for Food Packaging introduces:
the basic principles of modern food packaging technologies, and the deterioration mechanisms that packaging is designed to control;
the main classes of packaging materials, their industrial production and converting processes, and their role in the food industry;
the systematic selection of materials for a packaging system, from the translation of product requirements to the screening, ranking and documentation of candidate solutions, with computer-aided tools;
the transport phenomena that govern barrier performance, and the sizing of monolayer and multilayer structures;
the European regulatory framework on food contact materials and on packaging and packaging waste, and the assessment of the end-of-life of a packaging solution.

By the end of the course, students will be able to:
Knowledge and understanding
1.1. Describe the functions and the levels of a packaging system, and the industrial scenario and technical needs of the food packaging sector.
1.2. Explain the physical, chemical, and microbiological mechanisms of food deterioration, and their relationship with intrinsic and extrinsic factors.
1.3. Describe mass transport phenomena in packaging materials and the physical meaning of diffusion, solubility, permeability, permeance and transmission rate.
1.4. Describe the composition, the main properties and the manufacturing and converting technologies of the main families of packaging materials.
1.5. Outline the European regulatory framework for food contact materials and for packaging and packaging waste.
Applying knowledge and understanding
2.1. Define the index of failure of a food product and build a kinetic model to predict its shelf life.
2.2. Translate a set of product and process requirements into a structured grid of materials properties, constraints, objectives and free variables.
2.3. Screen and rank candidate materials, also by means of computer-aided tools (Ansys GRANTA EduPack), and document the selection.
2.4. Size the barrier requirements of monolayer and multilayer structures and identify the appropriate measurement standards.
2.5. Select food simulants and testing conditions for a compliance assessment, and evaluate the end-of-life scenario of a proposed solution.
Making judgements
3.1. Critically compare alternative packaging solutions in terms of performance, safety, cost and sustainability, and defend the choice.
3.2. Research, collect and critically evaluate data from scientific literature, grey literature, patents, standards and legislation.
Communication skills
4.1. Organize a technical text presenting the solution of a case-study problem.
4.2. Present, in written and oral form, the results of a technical solution, with a transparent acknowledgment of the tools used.
Learning skills
5.1. Retrieve and use the technical, normative and commercial sources of the packaging sector (datasheets, standards, EUR-Lex, materials databases) independently.

The course is organized in four sections, delivered through lectures, practical sessions, seminars, and group work. Each class is divided into a theory block and a practical block (numerical exercises, computer lab, in-class experiments and demonstrations, guided progress on the annual assignment).
Food packaging: functions, product requirements, and shelf life
1.1. Fundamentals of packaging: historical timeline, facts and figures, definitions and technical terms.
1.2. The functions of packaging: containment, protection, preservation, convenience, communication; packaging levels (primary, secondary, tertiary).
1.3. Product deterioration and shelf life: definitions and standards, index of failure, kinetic models, water activity and sorption isotherms; physical, chemical and enzymic deterioration.
1.4. Microorganisms in food: growth and predictive models, effect of temperature, pH, water activity and oxygen; thermal death kinetics.
The materials selection process and the classes of packaging materials
2.1. Design and development strategy; translation, screening, ranking and documentation; constraints, objectives, free variables and materials indices.
2.2. Materials families and materials property charts; the main physical and chemical properties of materials for food packaging; computer-aided selection.
2.3. Glass: composition, container nomenclature and manufacturing.
2.4. Paper and paperboard: composition, manufacturing and converting, oil and grease resistance, coating and lamination.
2.5. Polymers: common polymers and additives, processing and converting (extrusion, coextrusion, coating and lamination, orientation, thermoforming, blow molding).
2.6. Metals: steel and tinplate, aluminum alloys, two-piece and three-piece can manufacturing, coatings.
Transport phenomena, preservation technologies, and food safety
3.1. Barriers in food packaging and classic transport laws: diffusion coefficient, solubility, permeability, permeance, transmission rate (OTR, WVTR).
3.2. Factors affecting permeability in polymers; multilayer structures and the series-resistance model; measurement standards.
3.3. Shelf-life extension by packaging technologies: respiration of fresh produce, modified and controlled atmosphere packaging.
3.4. Migration and food contact materials: mechanisms, overall and specific migration, migration models, NIAS; Reg. (EC) 1935/2004 and Reg. (EU) 10/2011.
Sustainability of food packaging
4.1. Packaging waste: myths, facts and figures; the waste hierarchy.
4.2. The European framework on packaging and packaging waste (PPWR) and recyclability assessment.
4.3. Recycling technologies for paper, metals, glass and plastics; mechanical and chemical routes; recycled materials in food contact applications.
4.4. Biobased, biodegradable and compostable materials.
Case studies and practical sessions
A substantial part of the course is based on practical sessions and on seminars on industrial case studies. The practical sessions are designed so that each class advances by one step the annual design assignment, which is the object of the final examination.

Prova orale obbligatoria
Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, individuale, con revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
The final exam will be based on a case study related to a food packaging materials problem in an industrial context. The exam will consist of two parts:
1. A written report, to be submitted at least one week before the examination date;
2. An oral presentation based on the selected case study, supported by slides. At the end of the presentation, the instructor will pose questions about the presentation and topics presented during class hours.
The assessment is based on a semester-long design assignment: selecting materials for a packaging element of a packaging system for an assigned food product in an industrial context. Students may complete the assignment individually or in groups of two, and develop it incrementally during the practical sessions, with periodic reviews in class.
The written report assesses the ability of the student to:
Define the industrial scenario and the technical needs addressed by the proposed solution;
Collect and critically evaluate information from scientific literature, grey literature, standards and legislation;
Develop and justify a materials selection process, including the quantitative sizing of the requirements;
Summarise and present the results in a technical and scientific report.
The oral presentation and discussion assess:
The quality of the exposition and the command of the specialized vocabulary;
The ability to discuss technical problems related to food packaging, organizing knowledge in a coherent argument;
The level of knowledge of the topics presented during the course.
The use of generative AI tools is allowed but must be acknowledged, specifying the tools used, how they were used, the prompts entered, and the sections concerned.

Gordon L. Robertson, Food Packaging: Principles and Practice, Anno edizione: 2012

L’acqua che utilizziamo ogni giorno, i rifiuti che produciamo e la tutela dell’ambiente sono sfide centrali per la società moderna. Questo corso offre una panoramica delle tecnologie e dei processi dell’Ingegneria Chimica Ambientale dedicati alla gestione sostenibile delle risorse e alla protezione dell’ambiente.
Gli studenti acquisiranno le conoscenze fondamentali sui sistemi di trattamento delle acque reflue urbane e sulla gestione dei rifiuti solidi urbani, comprendendone i principi di funzionamento, le principali tecnologie impiegate e le problematiche ambientali associate.
Nel corso verranno inoltre introdotti alcuni aspetti relativi al trattamento dei reflui industriali e alla gestione dei rifiuti speciali e pericolosi, con l’obiettivo di fornire una visione più ampia delle sfide che l’ingegneria chimica ambientale è chiamata ad affrontare nei contesti produttivi e industriali.
Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di comprendere il ruolo delle principali tecnologie di trattamento e di valutarne il contributo alla tutela dell’ambiente e alla transizione verso modelli di sviluppo più sostenibili.

A seguito del superamento dell'esame, lo studente dovrà
-conoscere i principi fondamentale dell'inquinamento delle acque civili e del trattamento dei rifiuti
-conoscere il ciclo di depurazione delle acque e il trattamento dei fanghi della corrispondente linea
-conoscere i principali sistemi di trattamento dei rifiuti solidi urbani e capisce l'opportunità dell'utilizzo di tecniche diverse in funzione delle caratteristiche dell'RSU

• risolvere problemi numerici semplificati di dimensionamento degli impianti.

Il contenuti del corso sono suddivisibili in due principali costituenti:
DEPURAZIONE ACQUE REFLUE
Introduzione al trattamento delle acque reflue: terminologia, caratteristiche delle acque reflue, recupero e riutilizzo delle acque reflue, gestione dei fanghi e dei residui
Costituenti delle acque reflue: caratteristiche chimiche, fisiche e biologiche. Procedure di campionamento ed analisi
Analisi e scelta delle portate di refluo e dei carichi inquinanti: origine rei reflui e delle portate, analisi statistica delle portate, della concentrazione dei costituenti e dei carichi inquinanti
Operazioni unitarie di tipo fisico: grigliatura, riduzione dimensionale, equalizzazione della portata, miscelazione e flocculazione, sedimentazione, flottazione.
Processi chimici unitari: coagulazione, ossidazione chimica, neutralizzazione
Fondamenti dei trattamenti biologici: Trattamenti biologici a biomassa adesa, a biomassa sospesa e combinati. Cinetiche di crescita microbica. Modellizzazione dei processi di ossidazione e nitrificazione
Processi di disinfezione: principalmente con cloro, ozono, UV
Trattamento, riutilizzo e smaltimento fanghi: schemi di processo per il trattamento fanghi, pompaggio fanghi e schiume, operazioni preliminari, ispessimento, digestione/compostaggio.
TRATTAMENTO RIFIUTI SOLIDI URBANI
Introduzione al trattamento dei rifiuti solidi urbani: origine, tipologie e composizione merceologica dei rifiuti. Proprietà fisiche, chimiche e biologiche dei Rifiuti Solidi Urbani.
Unità di separazione, trattamento e trasformazione dei rifiuti solidi: alternative di selezione, riutilizzo e riciclaggio dei rifiuti, operazioni unitarie per la separazione e il trattamento dei rifiuti
Tecnologie e processi di separazione dei rifiuti: riduzione dimensionale, separazione dimensionale, gravimetrica, magnetica, addensamento, movimentazione. Progettazione degli impianti di selezione
Tecnologie di conversione termica dei rifiuti: fondamenti dei processi termici, tecnologie per il trattamento termico, gassificazione, pirolisi. Gestione dei residui prodotti dalla combustione.
Tecnologie di conversione biologica e chimica dei rifiuti: principi e fondamenti dei processi biologici, compostaggio aerobico, digestione anaerobica.
Discarica controllata: classificazione delle discariche, considerazione sulla scelta del sito, impermeabilizzazioni costruite, composizione, produzione e controllo del biogas, percolato. Gestione operativa e post operativa.

Prova scritta obbligatoria, con prove in itinere
Prova orale facoltativa (a scelta dello studente)
Organizzazione del corso e modalità di verifica
Il corso è organizzato in lezioni frontali ed esercitazioni,visite a impianti industriali e/o laboratori di ricerca e seminari di personale esperto proveniente dal mondo dell'industria.
Le modalità di verifica consistono in 2 prove scritte (prova in itinere + appello) per la valutazione della conoscenza dei principi di depurazione acque e di trattamento rifiuti.
Le prove scritte constano nella risoluzione di problemi numerici e nella verifica dei principi fondamentali di teoria.
Gli studenti che non superassero la prima prova in itinere sono comunque ammessi a tutti gli appelli a seguire.
La prova orale è facoltativa.

Green Chemistry (also known as Chemistry for Sustainability) and Green Engineering are a set of knowledge useful in designing the construction of products, materials, and plants in a manner that has minimal impact on human health and the environment. The course introduce the principles of of these disciplines, providing the tools necessary to quantitatively evaluate different synthetic procedures (chemical and biochemical), industrial risk, and toxicity. Examples from industry, including reaction conditions, alternative solvents, feedstock and intermediates selection, optimization of performance materials, will be discussed as well as emerging trends in bioprocesses and catalysis.
Upon completion of this course you will be able to:
recognize and discuss the major issues related to sustainability
understand the basics of green chemistry/green engineering and recognize green chemical processes and products
understand fundamental considerations on alternative energy sources
understand the nature, reactivity, and environmental fates of toxic organic chemicals
undestand the biochemical basis of biological organisms and the importance of biomass as source of chemicals and energy
undestand the recent trends in industry issues related to sustainability and safety with enphasis on national and international regulations.
understand the societal implications of some environmental problems and the green chemistry proposed solutions

The course is intended to provide students in Engineering Chemistry, Environmental Engineering, Safety Engineering and Material Engineering with an overview of the fundamentals of pollution prevention, green chemistry and green engineering. Students should gain a greater appreciation of how improvements and modifications are being made in both research and manufacturing to maintain and even enhance environmental quality, preventing risks connected with the production and use of harmful or toxic chemicals. It may also assist students and laureates in choosing a professional career in chemical industries and in the environmental-safety sectors. The course includes recent trends in the fundamental re-engineering of chemical process, i.e. process intensification, use of catalysis and non-traditional media and energy sources, green metrics and LCA criteria to evaluate alternative processes and products, etc.. A section is devoted to the role of biomasses as renewable sources that are capable to "green up" the chemical industry and to support sustainable development of the human society, satisfying the demand in energy and materials.At the end of the course, students will have the knowledge to address green and sustainability issues described in the objectives.
In terms of knowledge and understanding (Dublin Descriptor 1), students will be able to:
recognize and discuss the major issues related to sustainability
understand the basics of green chemistry/green engineering and recognize green chemical processes and products
understand fundamental considerations on alternative energy sources
understand the nature, reactivity, and environmental fates of toxic organic chemicals
undestand the biochemical basis of biological organisms and the importance of biomass as source of chemicals and energy
undestand the recent trends in industry issues related to sustainability and safety with enphasis on national and international regulations.
understand the societal implications of some environmental problems and the green chemistry proposed solutions
Regarding the application of the knowledge and understanding acquired (Dulino Descriptor 2), students will be able to:
perform simple green metric calculations on simple chemical reactions
have a broad vision about the issues related to a chemical process and how to move in a more green and sustainable direction
have a broad vision about the issues related to the use of natural resources (fossil and sustainable) and how yo reduce the environmental impact related to their use
Through classroom exercises, students will acquire the ability to make independent judgments (Dublin Descriptor 3), and in particular to:
determine the mass balance and the related green metrics through stoichiometric calculations
formulate hypotheses on how to improve a process or how to choos the best on depending on the effect of experimental variables such as temperature, pressure, solvents, reaction times
evaluate the reasonableness of the result of numerical calculations, based on estimates of the orders of magnitude involved.
Furthermore, students will have improved their communication skills (Dublin 4 Descriptor), using correct technical-scientific terminology to describe green and sustainable materials, their transformations, and energy production.
Finally, students will be able to independently rework, select and summarize (Dublin 5 Descriptor) the concepts relating to the information contained in basic and advanced textbooks, scientific and technical literarure in the field of chemical technologies, in particular in green and sustainable chemistry.

The course is organized in several sections:
1) Sustainability and Principles of Green Chemistry
2) Control of Environmental impact of chemical processes and products,
3) Toxicity,
4) Green metrics,
5) Biopolymers and Natural products,
6) Biotransformation and Biotechnology,
7) Energy Efficiency and Emerging Technologies,
8) Process Intensification,
9) Solvent and feedstock selection,
10) Catalysis for Sustainable Chemistry,
11) Product and Process Alternatives
Description of topics
1) Sustainability of raw materials and energy sources: renewable and not renewable resources – survey of main concerns – 12 Principles of Green Chemistry and Green Engineering – tools and methodologies for the assessment of chemical, toxicological and environmental risk – life cycle analysis of products and processes, indicators – green design of chemicals, polymers, and materials.
2) Toxicology – hazard and exposure – toxicity risk assessment
3) Improvement of environmental performance of existing industrial processes – green metrics – greener production of chemical commodities, materials, and fine chemicals from industry
4) Energy – sources, efficiency, safety: fuel types and their environmental impact – hydrogen economy – unconventional energy sources: microwave, ultrasounds, photochemistry and electrochemistry.
5) Biomasses and Cn building blocks – biopolymers and composites.
6) Bio-refinery: transformation of conventional raw materials into commodities – biocatalysis – energy crops – biofuels – solvents and molecular specialties – biotechnological applications.
7) Catalysis in green chemistry: heterogeneous catalysis (acid, metal, micellar, phase transfer) – supported reagents – homogeneous catalysis – biocatalysis.
8) Alternative solvents for Green Chemistry: VOC – supercritical fluids – ionic/eutectic liquids – gas expanded liquids – polymeric liquids.
9) Mechanical, thermal and chemical recycling: effluent and waste minimization and control – durability of products and materials – recycle of plastics.

Prova scritta obbligatoria, con prove in itinere
Exams consist in the evaluation of how the topics discussed during the course are approached by the student, and includes exercises on green metrics, question about the organic chemistry concepts important in green chemistry, and open questions. There is an intermediate exam in november (written) regarding the first part of the course and the second part (written), together with the full exam (written) in january. The students that pass the first part can do the second part, the other students they will do the full exam. It is a choice of the student, to refuse the first part even if positive (>= 18) an do the full exam. All the other written exames will cover the full program of the course. The student that pass the first part in november can take the second part in january, or february, or june, or july, or september; to pass the whole exam, aslo the grade of the second part has to be >=18, if it is lower, the student has to repeat the full exam.

P.T. Anastas, J.C. Warner, Green Chemistry: Theory and Practice, Editore: Oxford Un. Press, Anno edizione: 2000
Note: Testo Introsuttivo
L. Constable, D. Constable,, Green Chemistry Metrics: Measuring and Monitoring Sustainable Processes, Editore: Wiley, Anno edizione: 2009
Note: testo generale
M. Doble, A.Kumar, Green Chemistry and Engineering, Editore: Academic Press, Anno edizione: 2007, ISBN: 0123725321
Handbook of Green Chemistry, Editore: Wiley VCH, Weinheim, Anno edizione: 2013, ISBN: 978-3-527-33710-1
Note: Set I: Green Catalysis, (Vol. 1: Homogeneous - 2: Heterogeneous - 3: Biocatalysis);
II: Green Solvents (- Vol. 4: Supercritical Solvents -: Reactions in Water - 6: Ionic Liquids);
III: Green Processes (Vol. 7: Green Synthesis - 8: Green Nanoscience - 9: Designing Safer Chemicals)

Gli odori rappresentano una delle principali cause di impatto ambientale percepito dalle comunità e costituiscono una sfida sempre più rilevante nella progettazione e gestione di impianti industriali e di trattamento dei rifiuti e delle acque. Il corso di Laboratorio di Caratterizzazione e Modellazione delle Emissioni Odorigene introduce gli studenti ai metodi e agli strumenti utilizzati per analizzare, quantificare e prevedere la diffusione degli odori industriali nell’ambiente.
Attraverso le attività di aula relative allo sviluppo di un caso studio, gli studenti acquisiranno familiarità con le principali tecniche di campionamento e caratterizzazione delle emissioni odorigene, comprendendone i principi di funzionamento, i limiti applicativi e il ruolo nel monitoraggio ambientale.
Il corso approfondirà inoltre l’utilizzo di modelli matematici e strumenti di simulazione per lo studio della dispersione degli odori in atmosfera, consentendo di valutare l’impatto delle sorgenti emissive sul territorio e di interpretare i risultati nell’ambito di studi ambientali e procedure autorizzative.
Al termine del corso, gli studenti saranno in grado, attraverso la presentazione di un progetto di gruppo, di comprendere il percorso che va dalla misura delle emissioni odorigene alla valutazione del loro impatto, integrando dati sperimentali e strumenti modellistici per affrontare problematiche reali di gestione e controllo degli odori.

Al termine del laboratorio progettuale, gli studenti saranno in grado di raccogliere, elaborare e interpretare dati relativi alle emissioni odorigene e al loro impatto sul territorio, applicando in modo integrato le conoscenze teoriche e gli strumenti operativi acquisiti durante il corso.
In particolare, gli studenti svilupperanno un progetto di gruppo finalizzato alla valutazione dell'impatto olfattivo di un impianto reale o simulato. Il progetto comprenderà l'analisi delle sorgenti emissive, la caratterizzazione delle emissioni odorigene, l'applicazione di modelli di dispersione atmosferica e la valutazione delle potenziali ricadute sul territorio circostante.
Al termine dell'attività progettuale, gli studenti saranno in grado di presentare criticamente i risultati ottenuti, discutendo le principali crititità, le incertezze dell'analisi e le possibili strategie di mitigazione dell'impatto odorigeno.

Introduzione alle emissioni odorigene e al loro impatto ambientale.
Quadro normativo e linee guida per la valutazione dell'impatto odorigeno.
Fondamenti di olfattometria dinamica e misura della concentrazione di odore.
Tecniche di campionamento delle emissioni odorigene.
Caratterizzazione delle sorgenti emissive puntuali, superficiali e diffuse.
Introduzione ai composti responsabili delle emissioni odorigene e alle tecniche analitiche di supporto.
Principi di dispersione degli inquinanti in atmosfera.
Modelli di dispersione atmosferica applicati alle emissioni odorigene.
Analisi e interpretazione dei risultati modellistici.
Indicatori di impatto odorigeno e criteri di accettabilità.
Elaborazione di mappe di impatto olfattivo sul territorio.
Strategie di prevenzione, contenimento e mitigazione delle emissioni odorigene.
Sviluppo di un progetto di gruppo per la valutazione dell'impatto odorigeno di un impianto e presentazione dei risultati.

Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, di gruppo, con revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
La valutazione finale del laboratorio progettuale sarà basata sull'esposizione orale, svolta in gruppo, del progetto sviluppato durante il corso.
Nel corso della presentazione verranno valutati la correttezza dell'approccio metodologico adottato, la capacità di analizzare e interpretare i risultati ottenuti, la qualità della presentazione tecnica e l'efficacia della discussione delle criticità e delle conclusioni emerse dallo studio di impatto odorigeno.
Particolare attenzione sarà dedicata alla capacità degli studenti di integrare le attività di caratterizzazione delle emissioni con gli strumenti di modellazione e di comunicare in modo chiaro e rigoroso i risultati del progetto.

Il corso si propone di fornire agli studenti una solida preparazione teorico-pratica nell’ambito della chimica analitica, con particolare enfasi sulle tecniche strumentali più comuni e sul loro impiego nel contesto del controllo qualità. L’obiettivo principale è sviluppare la capacità di selezionare, applicare e interpretare in modo critico le metodologie analitiche più appropriate per l’identificazione e la determinazione quantitativa di composti organici e inorganici in matrici complesse.
L’insegnamento integra le basi concettuali della chimica analitica con l’esperienza diretta in laboratorio. Gli studenti acquisiranno competenze nell’uso di tecniche spettroscopiche, spettrometriche e cromatografiche, imparando a valutare l’affidabilità e la validità dei risultati ottenuti.
Durante il corso verranno inoltre introdotti i principi delle buone pratiche di laboratorio e le modalità di redazione di protocolli analitici. Sono previste 4 sessioni sperimentali di laboratorio, finalizzate all’applicazione operativa delle tecniche studiate, con la determinazione qualitativa o quantitativa di specifici analiti. Tali attività consentiranno agli studenti di acquisire familiarità con la strumentazione analitica e la raccolta dati.

DdD 1: Conoscenza e comprensione
A seguito del superamento dell’esame, lo studente:
conosce i principali metodi chimici e strumentali di analisi e separazione di miscele
conosce i principi di funzionamento delle tecniche strumentali più utilizzate in chimica analitica
conosce in generale le tecniche maggiormente impiegate nel controllo di qualità dell’industria chimica
DdD 2: Capacità di applicare conoscenza e comprensione
A seguito del superamento dell’esame, lo studente:
sa riconoscere l’identità di un semplice composto organico valutando un insieme di caratterizzazioni spettroscopiche e spettrometriche
sa scegliere il metodo analitico più appropriato per l'analisi di un determinato analita
DdD 3, 4 e 5 – Autonomia di giudizio, abilità comunicative e capacità di apprendimento:
è capace di valutare in autonomia l’affidabilità di un metodo analitico e scegliere la tecnica più idonea al problema;
comunica i risultati in modo tecnico, chiaro ed efficace, sia oralmente che per iscritto;
è in grado di aggiornare le proprie competenze nel settore analitico attraverso fonti bibliografiche.

Aspetti generali:
Introduzione alla chimica analitica
Introduzione ai fenomeni di interazione radiazione - materia
Metodi classici: analisi gravimetriche (per precipitazione e per volatilizzazione) e volumetriche (titolazioni, metodo di Kjeldahl; metodi di Mohr e Volhard).
Metodi strumentali:
Spettroscopia UV-Vis e IR
Risonanza Magnetica Nucleare
Tecniche Cromatografiche
Spettrometria di massa
Il linguaggio della chimica analitica:
Analisi, determinazione e misura
Tecniche, metodi, procedure e protocolli
Classificazione delle tecniche analitiche
Selezione di un metodo analitico
Sviluppo della procedura
Stesura del protocollo
Valutazione dei dati analitici
Caratterizzazione delle misure e dei risultati
Caratterizzazione degli errori sperimentali
Esercitazioni di laboratorio su campioni reali e simulati, con elaborazione dati e stesura di relazioni tecniche

Prova scritta condizionata (a scelta del docente), senza prove in itinere
Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, individuale, senza revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
La preparazione dello studente sarà valutata tramite una tesina scritta e lo svolgimento di un esercizio di identificazione di un composto incognito, e da un colloquio orale.

Holle-Crouch, Fondamenti di Chimica Analitica, Editore: Edises, Anno edizione: 2023, ISBN: 9788879598651
D. C. Montgomery, Introduction to statistical quality control - VIII Ed., Editore: John Wiley and Sons, ISBN: 978-1119657118

L’insegnamento è dedicato alla descrizione dei principali materiali cementizi e ceramici utilizzati in campo strutturale, civile e edilizio. Obiettivo dell’insegnamento è fornire agli studenti le conoscenze scientifiche e tecnologiche dei leganti aerei e idraulici (gesso, calce, cemento), del calcestruzzo (allo stato fresco e indurito), dei materiali ceramici tradizionali e dei vetri, con particolare riferimento alle materie prime e ai processi di produzione, alle proprietà e all’utilizzo in esercizio.
La prima parte dell’insegnamento tratta le proprietà leganti di gesso, calce e cemento relative ai meccanismi e alle reazioni coinvolte nel processo di presa e indurimento. La seconda parte è dedicata allo studio del calcestruzzo e dei suoi costituenti (tipi di cemento, aggregati, additivi). L’obiettivo è fornire allo studente le conoscenze necessarie per la corretta ottimizzazione delle prestazioni del materiale allo stato fresco e indurito in base alle caratteristiche richieste in esercizio. L’ultima parte tratta le più importanti proprietà dei materiali ceramici tradizionali e dei vetri, dai processi produttivi e tecnologici alle principali applicazioni.

Le lezioni e le esercitazioni numeriche proposte consentiranno allo studente di (DdD 1 e DdD 2):
conoscere le materie prime e i processi di produzione dei leganti aerei e idraulici (gesso, calce e cemento);
comprendere i meccanismi e le reazioni alla base delle proprietà leganti dei diversi materiali, con particolare riferimento al ruolo dei costituenti del cemento nelle reazioni di idratazione;
determinare il ruolo dei diversi costituenti del calcestruzzo e i loro effetti sulle proprietà allo stato fresco (lavorabilità, compattabilità) e indurito (proprietà meccaniche, deformazioni e durabilità);
applicare e comprendere i principi di conoscenza forniti per l'ottimizzazione del comportamento e delle prestazioni del calcestruzzo fresco e indurito in base alle caratteristiche richieste;
conoscere le materie prime e i principali processi di produzione e trasformazione dei materiali ceramici e dei vetri;
conoscere le proprietà chimico-fisiche dei materiali ceramici e vetri;
comprendere i criteri di classificazione dei materiali ceramici tradizionali e dei vetri in funzione di composizione, struttura e applicazione
applicare i principi di conoscenza forniti per l'individuazione di requisiti e eventuali problematiche legate alle caratteristiche dei materiali ceramici tradizionali e vetri

L’insegnamento è erogato in un emi-semestre; l'attività didattica è organizzata in lezioni frontali ed esercitazioni numeriche in aula. Scopo delle lezioni è trasmettere agli studenti i contenuti disciplinari teorici e pratici e illustrare esempi di applicazione. Durante le esercitazioni numeriche, saranno esposte le procedure di soluzione di esercizi e problemi relativi all’applicazione dei contenuti teorici dell'insegnamento.
Le lezioni trattano i seguenti argomenti:

• Gesso, calce aerea e calce idraulica: proprietà leganti, trasformazioni e principali caratteristiche
• Cemento: produzione e composizione del cemento Portland, meccanismo di idratazione, presa e indurimento, proprietà della pasta di cemento idratata, rapporto a/c e grado di idratazione, cementi di miscela, designazione e classi di resistenza dei cementi
• Calcestruzzo: costituenti del calcestruzzo, aggregati (classificazione e caratteristiche, distribuzione granulometrica ottimale), additivi (classificazione, meccanismo di funzionamento), proprietà del calcestruzzo fresco (comportamento reologico, prove per la misura della consistenza, classi di consistenza, fattori che influenzano la lavorabilità, segregazione, metodi di stagionatura e grado di idratazione), proprietà del calcestruzzo indurito (resistenza meccanica e prova di compressione, curva sforzo-deformazione, resistenza caratteristica, controlli di accettazione, classi di resistenza, ritiro plastico, igrometrico e termico, scorrimento viscoso e deformazioni), calcestruzzo armato (generalità, calcestruzzo armato precompresso), calcestruzzi speciali (calcestruzzo ad alta resistenza, calcestruzzo auto-compattante, calcestruzzo leggero), sostenibilità del calcestruzzo.
• Materiali ceramici: definizione e caratteristiche chimico-fisiche, produzione dei materiali ceramici tradizionali (materie prime, processo di produzione e tecnologie di formatura, trattamenti termici), proprietà meccaniche (comportamento fragile e tenacità, approccio statistico di Weibull), proprietà elettriche, proprietà termiche (creep, shock termico), materiali ceramici tradizionali (classificazione generale, prodotti strutturali e per applicazioni specifiche), le murature.
• Vetri: composizione chimica, struttura amorfa e transizione vetrosa, deformazione viscosa, processo di produzione e tecnologie di formatura, proprietà meccaniche, proprietà termiche, proprietà ottiche, tipi di vetro (vetri di sicurezza: armato, temprato e stratificato, vetri riflettenti e vetrocamere, fibre e vetri per applicazioni specifiche)
  Sono previste sette esercitazioni numeriche sui seguenti argomenti:
  Porosità della pasta di cemento idratata: effetto della stagionatura e del rapporto acqua-cemento;
  Calcestruzzo: curve granulometriche di distribuzione degli aggregati del calcestruzzo;
  Calcestruzzo: effetto di additivi fluidificanti e aeranti;
  Calcestruzzo: resistenza a compressione, ritiro e fessurazione;
  Materiali ceramici: resistenza a trazione dei materiali fragili (approccio con statistica di Weibull);
  Materiali ceramici e vetri: resistenza allo shock termico;
  Vetri: viscosità e deformazione.

Prova scritta obbligatoria, con prove in itinere
Prova orale facoltativa (a scelta dello studente)
La preparazione conseguita dallo studente sarà valutata mediante prova scritta.
Si svolgerà una prova scritta al termine dell’emi-semestre di lezioni. La prova scritta è organizzata in due sezioni: domande di teoria a risposta chiusa (scelta della risposta tra quattro possibili alternative) e esercizi numerici. Entrambe le sezioni sono mirate a verificare che lo studente abbia appreso tutte le conoscenze teoriche fornite nell’insegnamento, con particolare riferimento alle proprietà e ai meccanismi di azione dei leganti aerei e idraulici, al ruolo dei costituenti del calcestruzzo, alle proprietà del calcestruzzo allo stato fresco e indurito, ai processi produttivi e di trasformazione dei materiali ceramici e dei vetri e le loro proprietà e utilizzi.
Lo studente che non ha partecipato alla prova di fine emi-semestre, o non l'ha sostenuta con esito positivo, svolgerà l’esame negli appelli ufficiali. L’esame negli appelli ufficiali consta anch'esso di domande a risposta chiusa e esercizi numerici.
Con la prova scritta lo studente può ottenere un voto massimo di 32/30 (30 più lode). La prova orale è facoltativa, può essere sostenuta solo dopo una prova scritta con esito positivo (minimo 18/30) e dovrà essere svolta prima del successivo appello ufficiale. Durante la prova orale, lo studente deve mostrare di aver appreso tutte le conoscenze teoriche fornite nell’insegnamento, con particolare riferimento alle proprietà delle classi di materiali trattate.
Con la prova orale si può ottenere un incremento massimo di 3 punti del voto dello scritto. Se l'orale non è soddisfacente il voto finale potrà subire un decremento.

Slides delle lezioni dell'insegnamento
L. Bertolini, P. Pedeferri, Tecnologia dei materiali. Leganti e calcestruzzo, Editore: CittàStudi, Anno edizione: 2000
M. Ormellese, A. Brenna, M. Gamba, Materiali ceramici e vetri
Note: Dispensa a cura del docente
M. Collepardi, S. Collepardi, R. Troli, Il nuovo calcestruzzo, Editore: Trevisostampa, Anno edizione: 2022
Note: Anche edizioni precedenti
J.M. Illston and P.L.J. Domone, Construction Materials. Their nature and behaviour. 4th Edition, Editore: CRC Press, Anno edizione: 2010
Note: Capitoli selezionati nella sezione Calcestruzzo

Il modulo di “ Fondamenti ” fornisce le basi biologiche, scientifiche e ingegneristiche necessarie per comprendere e progettare i processi biotecnologici industriali, dalla selezione del microrganismo fino all'ottenimento del prodotto finale.
Al termine del modulo, lo studente sarà in grado di:
Comprendere il panorama delle biotecnologie, inclusi gli aspetti storici, di mercato e le prospettive future.
Analizzare le caratteristiche dei microrganismi industriali e l'impatto dei diversi substrati nutrizionali.
Padroneggiare i concetti chiave di microbiologia e biologia applicata ai processi produttivi.

Al termine del modulo lo studente avrà acquisito le conoscenze teoriche fondamentali relative ai processi biotecnologici industriali. In particolare dimostrerà di possedere:
Conoscenza e capacità di comprensione ( Knowledge and understanding DdD1):
Comprendere i principi scientifici e ingegneristici che regolano le biotecnologie e i mercati di riferimento.
Conoscere le caratteristiche biologiche dei microrganismi industriali e la biochimica dei substrati.
Identificare e descrivere le singole operazioni unitarie che compongono il flusso di processo (Upstream, Bioreattori, Downstream).
Capacità di applicare conoscenza e comprensione ( Applying knowledge and understanding DdD2):
Selezionare i microrganismi, i substrati e gli enzimi più idonei in base al target produttivo desiderato.
Calcolare e impostare i parametri operativi di base per la conduzione delle fasi di Upstream (es. preparazione terreni e sterilizzazione).
Autonomia di giudizio ( Making judgments DdD3):
Analizzare e confrontare diverse strategie di fermentazione, valutandone i pro e i contro tecnici ed economici.
Formulare giudizi autonomi sulla sostenibilità e sull'efficienza di un layout biotecnologico integrato (dalle materie prime al prodotto finale).
Abilità comunicative ( Communication skills - DdD4):
Utilizzare una terminologia scientifica e ingegneristica appropriata e rigorosa (es. nomenclature dei bioreattori, cinetiche di crescita, parametri di purificazione).
Esporre in modo chiaro, sintetico e strutturato le problematiche e le soluzioni relative alle diverse fasi del processo biotecnologico.
Capacità di apprendimento ( Learning skills - DdD5):
Consultare e comprendere la letteratura scientifica, i brevetti e i manuali tecnici del settore biotecnologico industriale.
Integrare autonomamente le proprie conoscenze di biologia e ingegneria per affrontare l'evoluzione delle tecnologie emergenti nel settore.

Chimica delle cellule viventi
Biomolecole di interesse biotecnologico: descrizione strutturale e funzionale di composti biologici quali acidi nucleici, proteine, acidi grassi, fosfolipidi, carboidrati e polisaccaridi.
Microrganismi di interesse industriale: classificazione, caratteristiche e criteri di selezione.
Genetica applicata: il codice genetico e introduzione alle tecniche di ingegneria genetica.
Enzimi e cinetica enzimatica
Attività enzimatica: meccanismi d'azione e sistemi di regolazione catalitica.
Cinetica enzimatica: modelli cinetici e parametri fondamentali.
Applicazioni industriali: biocatalizzatori di interesse industriale e tecniche di immobilizzazione enzimatica.
Descrizione di alcuni bioprocessi e ingegneria delle fermentazioni

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, di gruppo, senza revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
Valutazione continua facoltativa (a scelta dello studente)
La valutazione finale dello studente si basa sulla combinazione di due componenti obbligatorie (Lavoro di gruppo e Prova scritta), con l'aggiunta di un eventuale colloquio orale integrativo
Lavoro di Gruppo Autonomo (30% del voto finale)
Modalità: Presentazione in lingua inglese sotto forma di mini-conferenza.
Presenza: Obbligatoria.
Tempistica: A fine corso, nei giorni stabiliti e comunicati dalla docente all'inizio delle lezioni.
Argomento: Assegnato dalla docente. Sarà correlato ai temi trattati in aula, ma non coincidente con essi.
Prova Scritta (70% del voto finale)
La prova verte su domande aperte relative al programma svolto in classe. Lo studente può scegliere tra due percorsi alternativi:
Opzione A: Valutazione continua (Prove intermedie):
Struttura: Normalmente 3 compiti scritti somministrati al termine di ogni ciclo di lezioni (date comunicate a inizio corso).
Vincolo: È obbligatorio sostenere tutte le prove intermedie.
Voto: Media aritmetica dei voti ottenuti nei singoli compiti.
Opzione B: Esame finale unico
Struttura: Unico compito scritto a fine corso.
Contenuto: Domande aperte su tutti gli argomenti del programma.
Colloquio Orale (Opzionale, a discrezione del docente)
Carattere: Non obbligatorio.
Attivazione: Previsto solo ad esclusiva discrezione dei docenti per definire e perfezionare la valutazione finale.
Criteri di Valutazione
L'esame è strutturato in modo da verificare le seguenti competenze dello studente:
Problem solving: Capacità di inquadrare correttamente i problemi biotecnologici e identificare la soluzione più idonea.
Argomentazione: Capacità di giustificare le proprie scelte con un discorso ben articolato, strutturato e supportato dalle conoscenze acquisite.
Linguaggio tecnico: Padronanza della terminologia specifica e della proprietà di linguaggio tipica delle biotecnologie.

The course provides students with the fundamental scientific and engineering principles of food microbiology, with specific reference to the behaviour of pathogenic, spoilage and technologically relevant microorganisms in food products and food production environments.
The course aims to provide the knowledge and analytical tools required to evaluate microbiological phenomena throughout the food production chain and to support the design and management of processes ensuring food safety, microbiological quality and shelf life. Particular attention is devoted to microbial control strategies, industrial hygiene, predictive microbiology and food safety management systems within the Codex Alimentarius and European Union regulatory frameworks.

At the end of this course, the student will be able to:
Describe and explain the main groups of food-related microorganisms and the mechanisms governing their growth, survival, adaptation, spoilage activity, pathogenicity and technological use in food products and production environments ( Dublin Descriptor 1 – Knowledge and understanding ).
Analyse microbiological hazards and microbial behaviour in food systems, considering product characteristics, process conditions and environmental factors, and select appropriate preservation, sanitation and control strategies ( Dublin Descriptor 2 – Applying knowledge and understanding ).
Evaluate food-safety problems and justify technically sound decisions by integrating microbiological evidence, predictive tools, process constraints and the principles of HACCP and European food legislation, communicating the resulting assessment using appropriate scientific and technical terminology ( Dublin Descriptors 3 and 4 – Making judgements and communication skills ).

The course covers the following topics:
Fundamentals of food microbiology
Microbial taxonomy and the main structural and functional characteristics of bacteria, yeasts, moulds and viruses relevant to food.
Microbial growth, survival, death, sporulation, germination, attachment, biofilm formation and stress adaptation.
Microorganisms in food products and production environments
Sources of microbial contamination in raw materials, processing environments, and food production chains.
Normal microbiological quality of foods.
Intrinsic and extrinsic factors affecting microbial behaviour.
Spoilage, pathogenic microorganisms and beneficial applications
Mechanisms and examples of microbial food spoilage.
Foodborne infections, intoxications and toxicoinfections.
Technologically relevant microorganisms and their applications in fermented food production, including dairy and brewing processes.
Microbial control and hygiene
Principles of microbial inactivation and control.
Hygiene in food production plants.
Thermal and non-thermal treatments, refrigeration and freezing, high pressure processing, irradiation, modified atmospheres and hurdle technology.
Predictive microbiology and food safety management
Predictive modelling of microbial growth and its application to shelf life determination and date marking.
Codex Alimentarius and food-safety management systems.
HACCP principles and development of an HACCP plan.
European Union food legislation and microbiological criteria, including the roles of EFSA and RASFF.
The course will also provide guided exercises and project activities, industrial case studies and seminars delivered by experts from the food industry.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Progetto/i - Elaborato/i facoltativo (a scelta dello studente), di gruppo, senza revisioni periodiche, senza presentazione/discussione finale
Student learning is assessed through an individual written examination lasting approximately 75 minutes and consisting of two parts.
Part I – Multiple-choice questions The first part consists of 20 multiple-choice questions covering the main theoretical and applied topics of the course. One point is awarded for each correct answer, while no penalty is applied to incorrect or unanswered questions. A minimum of 12 correct answers is required for admission to the evaluation of Part II.
Part II – Open questions and short exercises The second part consists of 4–5 open questions and/or short exercises, with a total value of 12 points. The questions assess the student’s ability to explain microbiological phenomena, analyse food safety and processing problems, interpret relevant data, and select or justify appropriate microbial control strategies.
The final written-examination mark is based on the combined results of the two parts. A minimum overall mark of 18/30 is required to pass the examination.
Students may obtain up to 4 additional points by completing the optional exercises and project activities proposed during the semester. These additional points are considered only when the written examination mark is at least 18/30.
The assessment considers:
accuracy and completeness of scientific knowledge;
ability to apply microbiological principles to food products and processes;
correctness of calculations and technical reasoning;
ability to identify and justify appropriate control and food-safety measures;
clarity, precision and appropriate use of scientific and technical terminology.

Bibek Ray, Arun Bhunia, Fundamental Food Microbiology, Editore: CRC Press, Anno edizione: 2014, ISBN: 9781466564442
Note: 5th edition or later
Michael T. Madigan, Kelly S. Bender, Daniel H. Buckley, W. Matthew Sattley and David A. Stahl, Brock Biology of Microorganisms, Editore: Pearson, ISBN: 9781292235103
Thomas J. Montville, Karl R. Matthews, Kalmia E. Kniel, Food Microbiology: An Introduction, Editore: ASM Press, ISBN: 9781555816360

The course focuses on NaTech (Natural Hazard Triggering Technological Disasters) risk assessment and management. NaTech events occur when natural hazards such as earthquakes, floods, or hurricanes impact industrial facilities, leading to fires, explosions, and toxic or radioactive releases.
These accidents can have severe social, environmental, and economic impacts and are often overlooked in disaster risk reduction frameworks.
The NaTech Risk Assessment requires a comprehensive understanding of the interdependencies between human, natural, and technological systems. Effective Natech risk management involves identifying potential hazards, assessing vulnerabilities, and implementing Natech-specific safety measures, as well as proper emergency procedures.
For this reason, it is important to define variables useful for characterizing the different types of natural events (such as wind speed for gusts, lightning energy, etc.) that can trigger industrial accidents and to define maps for the areas of interest. Historical analysis of accidents, databases, lessons learned, and case-studies will be considered. Models available for risk analysis, both short-cut and QRA models (where and how to insert the Na-Tech parameters), will be described and used.

Basic principles of NMR spectroscopy: nuclear spin orientation, origin of the NMR signal, Fourier transform, main features of the NMR spectrum. Signal frequency and multiplicity, relationship between spectrum and molecular structure. Identification of compounds through NMR spectral analysis. Dynamic properties: nuclear relaxation and diffusion. Solis state spectra and analysis of materials.

Air Pollution. Particle Dynamics. Particle control. Technical elements for environmental risk analysis. Gravimetric chambers. Cyclones Collectors. Electrical Precipitators. Fabric Filters. Scrubbers. Gas absorption and adsorption. Equipments for handling emergency relief effluents: vapour-liquid separation; quench pools; flares. Water and first flush stormwater treatments. Grinding, Sedimentation Equalization Physical treatments. Polluted soils remediation.

The first objective of the course is the description and classification of the main classes of monomers and polymerization processes of industrial interest.
A second objective of the course is a quantitative description of the general principles of polymerization, including a detailed statistical and kinetic analysis of the mechanisms of polymer chain formation, growth and gelation, vulcanization and crosslinking.
The third objective is the thermodynamic interpretation and the derivation of molecular theory for the entropic elasticity of rubbers, highlighting the limitations of the model by comparison with the real elastomer behaviour.

After attending the course and after the final examination, the student will:
know the main types of available industrial monomers and polymers, and understand how to classify them according to their structure (DD1, DD2)
know and understand the kinetics and statistics of chain formation and growth in both step and chain polymerization processes (DD1, DD2)
know and understand how to control composition and sequence in copolymerization (DD1)
know and understand the mechanism of network formation in polyfunctional polymerization processes (DD1, DD2)
know and understand the role of catalysis in polymerization (DD1, DD2)
know the features of homogeneous and heterogeneous polymerization processes, with application to the most relevant industrial cases (DD1, DD2)
know and understand the molecular basis of the entropic elasticity model (DD1, DD2)
know the main chemical technologies for rubber vulcanization, and the behaviour of real elastomers (DD1, DD2)
be able to apply the above described knowledge to the quantitative control of process variables in polymerization, solving numerical problems aimed at the control of rate of reaction, conversion, and molecular weight (DD2)
be able to apply the above described knowledge to the prediction of the gel point / gel time in polyfunctionl process (DD2)
be able to apply the entropic elasticity model to the modeling of the mechanical behavior of elastomers (DD2)
These learning outcomes are expected to provide the student with the needed knowledge tools necessary for successfully performing their future activities in an industrial environment, with particular reference to the polymer industry

The course is divided in two parts, with the following programme
Part 1: Polymerization
Classification of monomers and polyreactions, correlation with polymer microstructure.
Step polyreactions, kinetic and thermodynamic aspects of polycondensations, most probable distribution of molecular weights, control of polymerization.
Chain polyreactions, phases of free-radical poyadditions, kinetic and thermodynamic aspects of free radical polyadditions, distribution of molecular weights, chain transfer and control of molecular weight, effect of temperature. Some hints on controlled radical polymerizations.
Chain polyreactions, ionic processes, phases of cationic and anionic polymerizations, living anionic polymerizations and block copolymers. Ziegler-Natta catalysis and stereospecific polymerization. Control of the polymer microstructure.
Copolymerization, derivation of the kinetic model, reactivity ratios and Lewis-Mayo equation, F1-f1 diagrams, Alfrey-Price parameters, yield and control of compositional drift in copolymerization. Determination of composition in copolymers.
Crosslinking ad thermoset polymers. Carothers and Flory's statistical models for the estimation of the gel point in crosslinking processes. Experimental monitoring of the gel time.
Industrial production of polymers: batch and continuous processes, homogeneous and heterogeneous processes. Bulk polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization. Production of PET, PA6, PVC, SBR.
Part 2: Rubber science and technology
Structural requirements of elastomeric materials, correlation with intra and intermolecular parameters. Definition of entropic elasticity.
Classical thermodynamics of rubber elasticity, derivation of the equation of state of elasticity at constant pressure and constant volume; thermoelastic inversion ( flipped classroom ).
Molecular (statistical) theory of rubber elasticity; gaussian chain and elastic retraction force, Kuhn model and ideal rubber, affine deformation and derivation of the constitutive law for ideal rubber (flipped classroom).
Behavior of real elastomers; hysteresis and dissipation, strain-induced crystallization of stereoregular rubbers, Mooney-Rivlin plot.
Vulcanization of rubbers; sulfur, peroxy and ionic vulcanization processes. Process monitoring by rheological and thermal methods. Isothermal kinetic modelling of rubber vulcanization.
Mechanical reinforcement of real elastomers; reinforcing fillers, small deformation behavior and Payne effect; large deformation behavior.

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Prova orale facoltativa (a scelta dello studente)
The final examination will be a written test about all the course topics, chosen by the examiner. The test will consist in 5 or 6 questions, typically some 2-3 questions concerning theoretical aspects, derivation of mathematical models, graphical representation of data and physical interpretation of results, and 2-3 questions in form of numerical problems to be solved.
The student is required to be able to write clearly and critically discuss the proposed topics, highlighting hypotheses, assumptions, critical points, the physical meaning and its consequences, including a correct mathematical approach where needed.
Students who obtain a passing mark in the written examination are eligible to request an additional oral assessment. This oral component may result in a variation of plus or minus 3 points relative to the initial written score.
Numerical exercizes will be carried out during the course organizing the classroom in small groups and in an interactive way. Attendance in presence at these sessions, although not mandatory, is highly recommended and it can lead to an increment in the final evaluation mark up to +1 (in case of evaluation at least 18/30 in the written test)

S. Turri, Principles of Polymer Chemistry - lecture's notes
G. Odian, Principles of Polymerization, Editore: Wiley, Anno edizione: 2004
J.E. Mark, Rubber Science and Technology, Editore: Elsevier, Anno edizione: 2013

The aim of this second part of the course is to illustrate and study some specific processes of the food industry by identifying the unit operations involved and try to size the single units referring to real (or realistic) plants.
This will be achieved by a first illustration of some unit operations that are very characteristic of the food industry (by making specific reference to some food production processes), and then through a group work during which the students will study and analyse the unit operations and the equipment composing a complex process by referring to a specific food product. The food production processes for the project development will be inspired by real existing plants.
If possible, 1/2 plant visits will be organized in order to "see" the operation of a food processing plant.

Lectures and exercises will allow students to:

• know and discuss the main processes and technologies of the food industry
• know and discuss the typical unit operations of food processing
• know and discuss some specific food production processes, with particular focus on the unit operations involved
• analyse food processing units from a quantitative point of view
• design and calculate the main features of food processing units

Specific unit operations of the food industry: study of some unit operations that are characteristics of the food industry, with specific references to some food productions:
Dehydration, freeze drying
Paseturization, sterilization
Deepening of some specific topics/processes: e.g., sensors and AI for food process monitoring, wine fermentation, oil production
Study and development of a specific food processes: group works aiming to study and analyse the unit operations and equipment composing a specific food production process
Seminars: seminars given by experts from the industry on specific topics (e.g., flavour production, wine fermentation monitoring)
Other: if possible we will organize plant visits

Prova scritta obbligatoria, senza prove in itinere
Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, di gruppo, con revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
The evaluation mode will include both a written and an oral exam for the verification of the understanding of the unit operations studied during the course and the food process developed as a group work.
The written exam will include an exercise and/ or theoretical question referred to the unit operations discussed during the course.
The oral exam will consist in an oral exposition of the work done by the group.

Sustainable development is all about adopting economic and social models that allow us to meet the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet theirs. It's a balance between growth and responsibility, ensuring that today's actions don't lead to tomorrow's problems.
When it comes to chemical activity, innovations that promote sustainable development focus on reducing or eliminating the use of non-renewable resources, minimizing the environmental impact of production processes, and ensuring that the substances produced are eco-friendly.
The course is designed to explore the development of materials, applications, and processes derived from renewable resources, guided by the principles of circular economy and circular chemistry. The goal is to instill in students the importance of evaluating sustainability as a crucial factor when selecting materials and developing processes.
Explore Renewable Raw Materials: We'll present both plant-based and animal-based materials available on the market.
Learn about Bulk and Fine Chemicals: Understand how these renewable resources are used to produce various chemicals and materials.
Focus on Energy Efficiency: We'll cover production methods that aim to reduce solvent use and energy consumption.
Embrace Circular Practices: Familiarize yourself with practices that promote recycling and reuse to minimize waste.

Expected learing outcomes for the students:

• knowledge about the main sources of renewable materials and their nature
• knowledge about the structure and reactivity of renewable resources and how to obtain them
• knowledge about the developement of functional materials from renewable resources and their applications
• ability to use new chemical methodologies from renewable resources
• ability to developement of key products from renewable resources and the related industrial processes
• ability to comunicate the knowledge learned in the field of renewable resources

Short recall of the basic concepts of chemistry and organic chemistry
Bio-based and biodegradable materials (resources, production, processes and applications): Cellulose; Starch; Chitin/Chitosan; Lignin; Lactic acid and PLA; Alginates; PHA
Use and valorization of food waste for the production of biofuels or chemical intermediates: Bioethanol and Bioalcohols
"Bio-based" processes for the production of chemical intermediates
CO 2 as feedstock in chemical synthesis
Solvents from renewable resources and ionic liquids
Biosurfactants
“Bio-based” materials for food and food packaging
Green hydrogen from renewable resources

Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, individuale, senza revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
Valutazione continua facoltativa (a scelta dello studente)
Throughout the year, you'll participate in intermediate evaluations (optional) based on group projects that cover various course topics. This collaborative approach helps deepen your understanding and encourages teamwork. Towards the end of the course, you'll create a project (individually or in groups of two people) in the form of a PowerPoint presentation. This project will require you to choose a course-related topic and analyze it identifying potential challenges, and propose solutions. During the oral exam, you'll present your project and respond to questions about your chosen topic and other course material. This tests your comprehension and ability to articulate your insights.

WeBeep
Note: Slides, reviews and papers

Compared to the past, the chemical industry (not only in Italy) is nowadays characterized by the much more significant presence of highly diversified sectors, such as fine chemicals, specialty chemicals and pharmaceuticals. In such industrial sectors, plants and processes are typically discontinuous. Moreover, some of the reactions performed are significantly fast and exothermic, thus implying potential safety issues, which can be even more critical for discontinuous reactors. This because, for the same plant productivity, a discontinuous reactor is normally larger than a continuously operated one to compensate the idle times burdening the production cycle. The reaction mass hold-up is therefore higher, as well as the potential magnitude of its uncontrolled decomposition or release in the environment.
After an introductory but fundamental section dedicated to the macrokinetic characterization of heterogeneous reaction systems, the first part of the course aims to provide Students with useful criteria for selecting and monitoring safe and productive conditions of a discontinuous reactor in which a potentially runaway reaction is performed, even in the absence of all the necessary information to address the problem using standard simulation approaches. This is particularly important when dealing with fine chemical processes, for which a detailed characterization of each reaction system is normally unavailable, because of the huge process fragmentation and the constant evolution towards ever-new products.
The second part of the course addresses the reactor protection against overpressures resulting from incidental conditions.
The third part of the course deals with environmental safety problems, such as carbon capture and storage.
Finally, the objective of the last part of the course is providing Students with the ability to perform the analysis of a real discontinuous process, from its lab design to the safe industrial scale-up.

The Student:

• has a practical understanding of the influence of mass-transfer phenomena on the conversion rate in heterogeneous reaction systems, with reference to the main involved plant parameters under the operator’s control,
• has a complete knowledge of the safety criteria for selecting the operating conditions of discontinuous reactors in which potentially runaway reactions are performed;
• is able to select, starting from the lab recipe, safe and productive operating conditions of the industrial reactor monitoring them during the normal reactor operation;
• is able to properly select and size pressure relief systems for the protection of the reactor against overpressures due to the loss of control of potentially runaway reaction systems;
• is able to deal with environmental safety problems;
• is able to analyze a real discontinuous process, with a full confidence of the involved quantities and expected orders of magnitude.

Macroscopic mass and energy balances for discontinuous and semi-continuous reaction systems (single-phase systems and two-phase liquid-liquid systems): definition and characterization of the slow reaction, fast reaction, and instantaneous reaction regimes, correlations for the estimation of physical and transport parameters; dimensionless balance equations and physical meaning of the arising model parameters. Methods for identifying and monitoring safe and productive operating conditions of semi-continuous exothermic reaction systems (the boundary diagram method; the temperature diagram method; kinetic-free methods). Thermal instability of substances and mixtures. Decomposition temperature and its experimental significance. Thermal analysis: TG, DTA, DSC; adiabatic calorimetry: ARC, Phi TEC II; reaction calorimetry: RC1. Selection and sizing of emergency pressure relief systems in chemical reactors (PSV and RD; vapor, gassy and hybrid systems; single-phase and multi-phase reliefs; sizing and rating criteria for PSV and RD; Omega method for calculating the flow capacity of the relief system). Analysis of a selected set of discontinuous processes of industrial relevance

Prova orale obbligatoria
Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, individuale, senza revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
A few weeks before the end of the lectures, a real industrial case will be assigned to the students.
The oral exam begins with the request to present and discuss the assigned industrial case in approximately 10 minutes. During these first 10 minutes of the oral exam, the examiner does not intervene. At the end of these first 10 minutes, two different situations may occur, described below:
1. The student's presentation was seriously insufficient. In this case, the exam ends with the result "Rimandato."
2. The student's presentation was sufficient. In this case, the exam continues (and then ends with a grade between "Rimandato" and "30 Lode") with questions aimed to verify the practical understanding of the topics covered all along the Course, with particular emphasis on the physical significance of the methods and tools and their industrial application.
For each official exam period, a few data will be defined for the project discussion and oral exam; the students are required to enroll on one of the available data through WeBeep and to confirm their choiche in presence at the official date/hour available on the Online Service.
Enrolling through the official Online Service is mandatory to give the oral examination.

K.R. Westerterp, W.P.M. van SwaaiJ, A.A.C.M. Beenackers, Chemical Reactor Design and Operation, Editore: John Wiley and Sons, Anno edizione: 2001
J. Etchells, J. Wilday, Workbook for chemical reactor relief system sizing, Editore: Health and safety executive, Anno edizione: 1998, ISBN: 0717613895
Paolo Cardillo, Incidenti in ambiente chimico - guida allo studio e alla valutazione delle reazioni fuggitive, Editore: Stazione Sperimentale per i Combustibili - San Donato Milanese, Anno edizione: 1998
Note: in Italian
F. Maestri, R. Rota, Thermally safe operation of liquid-liquid semibatch reactors. Part I. Slow reactions, Editore: Elsevier, Anno edizione: 2005, Fascicolo: Chem. Eng. Sci. 60, 3309-3322
F. Maestri, R. Rota, Thermally safe operation of liquid-liquid semibatch reactors. Part II. Fast reactions, Editore: Elsevier, Anno edizione: 2005, Fascicolo: Chem. Eng. Sci. 2005, 60, 5590-5602
F. Maestri, R. Rota, Temperature diagrams for preventing decomposition or side reactions in liq.-liq. semibatch reactors, Editore: Elsevier, Anno edizione: 2006, Fascicolo: Chem. Eng. Sci. 2006, 61, 3068-3078
F. Maestri, R. Rota, Kinetic-free safe operation of fine chemical runaway reactions: a general criterion, Editore: Elsevier, Anno edizione: 2016, Fascicolo: Ind. Eng. Chem. Res. 55, 925-933
F. Maestri, R. Rota, Simple Monitoring of Semibatch Polymerization Processes: An Integrated Criterion, Editore: Elsevier, Anno edizione: 2017, Fascicolo: Ind. Eng. Chem. Res. 56, 7434-7444

The subsitution of fossil energy sources with renewable materials represents one of today's biggest engineering challenges for the improvement of the quality of our environment. For this reason, the knowledge of the technical and economical aspects related to the exploitment of such materials is of great importance for the chemical engineers of today, who will more and more have to face problems related to energy and environment in their working lives.
This course aims to give the students the basic knowledge to understand the technical and environmental aspects related to the exploitment and the conversion of renewable raw materials, thereby providing them with the elements and instruments for a quantitative analysis of the related problems.
This course explains the chemical and chemical engineering aspects of processes for the exploitation of biomasses and of other renewable raw materials.
The chemistry at the basis of the conversion processes will be introduced, then the processes and plants for the profuction of energy, fuels or chemical products from renewable raw materials will be discussed in depth. Due to the growing interest towards the substiution of primary biomasses with secondary biomasses, a part of the course will be dedicated to the waste-to-energy market, and to the emerging technologies that can be used to convert waste materials into valuable products. A focus on the economical and environmental sustainability issues related to the different sources will be discussed.
This introductive end explanatory part of the course will be prpaedeutic to the second part of the course, in which the students will have to work in groups by chosing a specific topic reated to the content of the course, study it in-depth and then present it in class in a flipped-classroom mode. The deepening of the chosen topic shall include the development of a quantitative exercise to prove the understanding of the engineering aspects of the problem and the capability to analyse the environmental and economical issues related to the exploitment of renewable raw materials.

The lectures and the group projects wil allow the students to:

• know and discuss about data regarding energy markets from fossil and renewable fuels
• know the principles of chemistry and chemical engineering related to the exploitement of renewable raw materials
• evaluate the environmental and economical issues related to the exploitment of renewable raw materials
• analyse problems related to the exploitment and conversion of renewable raw materials from a quantitative point of view
• prepare, present, and discuss a presentation on a topic related to renewable raw materials

The arguments of the course follow the typical scheme of a course of chemical industry, thus illustrating the product relevance, and then investigating the processes and plants for the exploitment of the different energy resources.
More in detail, the course will include the following topics:
1. Overview of the energy market and energy resources. Illustration of the global energy market and comparison between the exploitment of fossil and renewable energies. Introduction on the u se of green sources for the production of chemicals and fuels. Forecasts for the evolution of the renewable energy market for different possible scenarios. Regulatory framework in the energy sector and its consequences on the market.
2. Principles of organic chemistry related to biomass exploitation as energy source. Introduction about chemical properties and reactions that are at the basis of the exploitment of biomasses as energy sources. Oleochemistry related to the production of biodiesel from vegetal or animal oils (esterification and trans-esterification), chemistry of carbohydrates related to the production of bioethanol (fermentation), and other chemical reactions related to the production of biogas or bio-oil.
3. Biomass. This topic represents the central and principal part of the course. Definition of biomass and distinction beetween primary and secondary biomasses. Photosynthesis and chemistry of biomasses. Overview of biomass conversion processes. Thermochemical processes: combustion, gassification, pirolysis. Biochemical processes: transesterification, fermentation, digestion. Description of processes and plants. Economic and environemntal sustainability. Innovative technologies and future perspectives. Biorfeineries: description and classification. Practical examples.
4. Waste-to-energy. Use of organic wastes as biomasses. Description of traditional and new technologies for the waste treatment and its conversion into energy or biofuels. Waste treatment plant design in consideration of economic and environmental issues. Practical examples.
5. Biomass derivates, biopolymers and paper. Description of biomass derivate materials (e.g., cellulose) applied to different industrial sectors, such as pharma, food, etc. Bionass conversion into biopolymers. PLA, PHB as major product obtained by chemical and fermentative processes.

Prova orale obbligatoria
Progetto/i - Elaborato/i obbligatorio, di gruppo, con revisioni periodiche, con presentazione/discussione finale
The exam will be represented by the group project and its presentation in class. The topic of the project will have to be pre-authorized by the teacher.
During the classroom presentation, the students will have to prove to have gone in depth into the problem. The evaluation of the group project and of the presentation will be based on the capability of the student to demonstrate the acquisition of the topics explained during the course, to carry out a numerical evaluation related to the topic exposed, and to expose the presentation in a clear and effective manner.
The grade will be individual, and it will be based on the oral expsition as well as on the capability to answer specific questions related to the topic presented.

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Note: The bibliography of the course is dispensed at each lesson. It includes scientific papers, books chapters, and technical sheets.