Ingegneria Chimica e dei Processi sostenibili

Al termine del corso, lo studente dovrà essere in grado di: 1. Dimostrare una conoscenza approfondita degli enzimi, dei microrganismi e delle loro applicazioni nei processi delle biotecnologie sostenibili. 2. Illustrare i principi fondamentali dei processi biotecnologici e della biochimica industriale. 3. Applicare le conoscenze teoriche acquisite per analizzare e risolvere problemi reali nell’ambito della biochimica e delle biotecnologie sostenibili. 4. Redigere un elaborato tecnico-scientifico di qualità su un tema concordato, dimostrando capacità di analisi critica, sintesi e autonomia di giudizio

Il corso fornisce una preparazione avanzata sui fondamenti biochimici e sulle biotecnologie sostenibili con particolare enfasi sul ruolo di enzimi e microrganismi nei processi industriali innovativi e a basso impatto ambientale. Verranno esplorate soluzioni biotecnologiche per la valorizzazione delle risorse naturali, la chimica verde e la depurazione ambientale, affiancate da casi applicativi in ambito biomedico con focus sulla medicina di precisione. Il corso promuove una visione integrata delle biotecnologie come strumenti strategici per affrontare le sfide globali della sostenibilità .

Introduzione alla complessità dei sistemi viventi Composizione e struttura cellulare: molecole di interesse biotecnologico Struttura e funzione delle proteine Enzimi e cinetiche enzimatiche: principi, meccanismi e regolazione Inibizione enzimatica: tipologie, meccanismi e implicazioni applicative Dinamiche molecolari nella catalisi e nella biocatalisi Il sito attivo: struttura, specificità e riconoscimento molecolare Immobilizzazione enzimatica Microrganismi di interesse industriale nelle biotecnologie Ingegneria genetica Progettazione di bioreattori e processi biotecnologici sostenibili Fenomeni di trasporto nelle membrane cellulari e nei sistemi bioreattoristici Applicazioni biochimiche e biotecnologiche nei settori ambientale, industriale e biomedico Biotecnologie per la gestione sostenibile delle risorse naturali e per la bioeconomia circolare Integrazioni trasversali: Il corso prevede l’approfondimento di temi legati alla Salute Planetaria (Planetary Health) e al rapporto tra intelligenza, tecnologia e sostenibilità .

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
... L’esame consiste in un colloquio orale finalizzato a verificare la comprensione complessiva dei contenuti del corso, con particolare attenzione ai fondamenti biochimici, all’attività enzimatica, alle applicazioni dei microrganismi, alle tecnologie di biocatalisi e ingegneria genetica, alla progettazione di bioreattori e all’analisi critica di processi e impianti in ottica sostenibile. Potrà inoltre essere discusso l'elaborato di gruppo per accertare la capacità di rielaborazione autonoma. (punteggio massimo del colloquio = 20 punti). Inoltre, verrà valutata la qualità dell’elaborato di gruppo su una tematica specifica concordata con il docente, quale indicatore della capacità di approfondimento, sintesi e lavoro collaborativo. (punteggio massimo = 10 punti).

Verrà fornita copia del materiale didattico impiegato durante le lezioni (slide del corso). Testi suggeriti per studio/approfondimento degli argomenti trattati: - M. Piumetti "Molecular Dynamics and Complexity in Catalysis and Biocatalysis", Springer (2022)

Gli studenti, che avranno seguito con profitto questo insegnamento, saranno in grado di risolvere numericamente i seguenti problemi: risoluzione di sistemi lineari algebrici sparsi e di grandi dimensioni, approssimazione polinomiale algebrica, integrazione numerica, risoluzione numerica di equazioni differenziali ordinarie e alle derivate parziali. In particolare, per la risoluzione di questi problemi gli studenti utilizzeranno i metodi numerici di base appresi, implementati nativamente o personalmente in ambiente Matlab e, in base alla conoscenza delle proprietà dei metodi, saranno in grado di fornire un’analisi critica dei risultati ottenuti. Gli studenti acquisiranno inoltre le competenze necessarie per identificare e adottare il metodo più efficiente tra quelli a loro disposizione, al fine di ottenere la soluzione del problema più accurata possibile al minimo costo computazionale.

L'obiettivo dell’insegnamento è fornire agli studenti una solida base di conoscenze metodologiche nel calcolo numerico e addestrarli all’uso del software Matlab, affinché siano in grado di risolvere numericamente, con l'ausilio del calcolatore, alcuni problemi che comunemente si presentano nelle applicazioni dell’ingegneria. In particolare, tali conoscenze consentono agli studenti di individuare tra i metodi a loro disposizione quello più efficiente, sia in termini di complessità computazionale che di occupazione di memoria, per la risoluzione di un determinato problema, e di fare un’analisi critica della soluzione ottenuta. Questa capacità è particolarmente importante per gli ingegneri chimici che si troveranno a utilizzare codici commerciali per risolvere problemi complessi, come ad esempio quelli connessi con i processi di trasformazione dei materiali. Infatti, grazie a questo insegnamento, gli studenti acquisiscono le competenze matematiche necessarie per evitare risultati non attendibili o comunque poco accurati, che potrebbero derivare da scelte non adeguate degli algoritmi.

Durante l’insegnamento verranno trattati i seguenti argomenti, con il relativo peso in ore. 1. Aritmetica del calcolatore (4 ore). Richiami sui concetti base. Condizionamento di un problema numerico. Stabilità di un algoritmo. 2. Sistemi lineari (12 ore). Richiami sui metodi diretti e sulle fattorizzazioni di matrici. Metodi iterativi: Jacobi, Gauss-Seidel, gradiente e gradiente coniugato. Costruzione dei metodi e risultati di convergenza. Precondizionamento. 3. Approssimazione di funzioni (10 ore). Interpolazione polinomiale di funzioni di una sola variabile reale. Rappresentazione di Lagrange, scelta dei nodi e studio della convergenza. Interpolazione con funzioni polinomiali a tratti (spline): definizione e studio della convergenza, basi a supporto compatto. 4. Equazioni non lineari (10 ore). Metodo delle secanti, delle tangenti, del punto fisso. Costruzione dei metodi e risultati di convergenza. Sistemi di equazioni non lineari: metodo di Newton e sue varianti, metodo del punto fisso. 5. Integrali definiti su intervalli (10 ore). Formule di quadratura di tipo interpolatorio, formule di Newton-Cotes, formule Gaussiane, formule composte. Costruzione delle formule e risultati di convergenza. 6. Equazioni differenziali ordinarie con condizioni iniziali (12 ore). Condizionamento del problema, metodi one-step e multistep. Costruzione dei metodi e risultati di convergenza. Problemi stiff e metodi numerici per la loro risoluzione. 7. Equazioni differenziali ordinarie con condizioni al contorno (10 ore). Metodi delle differenze finite e degli elementi finiti. Costruzione dei metodi e risultati di convergenza. 8. Equazioni differenziali alle derivate parziali (12 ore). Metodi delle differenze finite per equazioni di tipo iperbolico (primo e secondo ordine), parabolico ed ellittico. Costruzione dei metodi e risultati di convergenza. Metodi degli elementi finiti per problemi ellittici con condizioni al contorno di Dirichlet, di Neumann, di Robin e miste. Metodi degli elementi finiti per problemi di trasporto (con termini di diffusione, convezione, reazione) e per problemi iperbolici in 1D e in 2D.

Modalita di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova scritta (in aula); Elaborato scritto individuale;
Exam: Computer lab-based test; Written test; Individual essay;
... L'esame è composto da due prove: un test informatizzato e una prova scritta. Il test consiste in 6 domande a risposta multipla che richiedono l'uso del software Matlab per risolvere problemi numerici simili a quelli affrontati durante le lezioni e le esercitazioni. La prova si svolge in laboratorio utilizzando la piattaforma di ateneo e ha una durata indicativa di 70 minuti. Il test è composto da 4 domande da 2 punti ciascuna e 2 domande da 1 punto ciascuna. Ogni mancata risposta vale 0 punti e ogni risposta errata comporta una penalità pari al 20% del punteggio della domanda. Il punteggio massimo ottenibile nel test è di 10 punti. La prova scritta comprende 3 esercizi che includono domande sia di natura pratica che teorica, riguardanti l'intero programma dell'insegnamento. Si svolge in un'aula, successivamente al test e nello stesso giorno, con una durata indicativa di 90 minuti. La prova scritta permette di ottenere un punteggio massimo di 22 punti. Entrambe le prove devono essere svolte senza l’uso di appunti o libri. Per superare l'esame, lo studente deve raggiungere una votazione complessiva pari o superiore a 18. In caso di mancato superamento, lo studente dovrà sostenere nuovamente l’esame con entrambe le prove. I punteggi ottenuti alle prove saranno comunicati tramite il portale della didattica, insieme a una convocazione per eventuali chiarimenti. Gli studenti hanno la possibilità di migliorare la valutazione finale, a condizione che sia pari o superiore a 18, attraverso la realizzazione di un elaborato contenente la descrizione e la risoluzione numerica di un modello matematico che rappresenti un'applicazione nel campo dell'Ingegneria Chimica. L'elaborato costituisce un ulteriore strumento per valutare le competenze acquisite dagli studenti durante il corso e la loro abilità nel risolvere problemi in contesti applicativi nuovi e più ampi rispetto a quelli affrontati durante l'insegnamento. L'elaborato dovrà essere consegnato e discusso prima della conclusione del semestre didattico ed entro una prefissata scadenza temporale. Il massimo punteggio ottenibile con l'elaborato è di 3 punti.

Giovanni Monegato, Metodi e Algoritmi per il Calcolo Numerico, CLUT, 2008. Letizia Scuderi, Laboratorio di Calcolo Numerico, CLUT, 2005. Alfio Quarteroni, Modellistica numerica per problemi differenziali, Springer, 2016. Ulteriore materiale (slides, esercizi e tracce di svolgimento, problemi di carattere applicativo) sarà disponibile sul portale della didattica.

Conoscenze Meccanica dei continui solidi: proprietà dello stato di tensione e deformazione, elasticità . Cedimento dei materiali sotto sollecitazione monotona (comportamento fragile o duttile, scorrimento viscoso) o ciclica (fatica). Principi fondamentali di meccanica della frattura: cricca, stati di tensione presso l’apice, propagazione. Comportamento dei collegamenti filettati: caratteristiche, risposta al carico. Comportamento dei collegamenti saldati: tipi di saldature, cedimento. Comportamento dei recipienti a parete sottile (gusci) soggetti a pressione interna o esterna. Comportamento dei recipienti cilindrici a parete spessa soggetti a pressione interna o esterna e campo di temperatura. Abilità Comprendere ed eseguire verifiche statiche di componenti strutturali semplici. Comprendere ed eseguire verifiche a fatica di componenti strutturali semplici. Verificare un collegamento filettato o saldato. Progettare/verificare rispetto alla resistenza strutturale un recipiente a parete sottile o spessa.

Scopo dell'insegnamento è di fornire all'ingegnere chimico, benché questi non sia uno specialista del calcolo strutturale, gli elementi per comprendere le problematiche di questo settore e interagire con i progettisti delle apparecchiature. Considerando i principali meccanismi di cedimento dei materiali - sovraccarico statico, scorrimento viscoso, propagazione di cricca, fatica - viene presentato il calcolo di resistenza dei componenti meccanici fondamentali, dei collegamenti (saldati e bullonati) e, con maggiore approfondimento, dei recipienti soggetti a pressione.

1 Richiami e integrazioni delle conoscenze sullo stato di tensione e deformazione (7,5 ore). Lezioni: proprietà dei tensori di tensione e deformazione, cerchi di Mohr, equilibrio indefinito, compatibilità , elasticità . Esercitazioni: calcoli su tensioni e deformazioni. 2. Cedimento sotto carico costante (6 ore). Lezioni: tensioni ideali per materiali fragili e duttili, scorrimento viscoso ad alta temperatura, propagazione instabile della cricca, coefficienti di sicurezza. Esercitazioni: calcoli di resistenza statica. 3. Cedimento sotto carico ciclico (7,5 ore). Lezioni: nucleazione e propagazione della cricca, diagrammi di fatica (Wöhler, Haigh), fattori influenzanti la resistenza, danno cumulativo, cenni su fatica multiassiale e oligociclica. Esercitazioni: calcoli di resistenza a fatica. 4. Collegamenti filettati (6 ore). Lezioni: geometria, materiali, ripartizione dello sforzo tra le spire, sollecitazioni al serraggio, comportamento sotto carico statico e a fatica, guarnizioni. Esercitazioni: calcoli su collegamenti filettati. 5. Collegamenti saldati (4,5 ore). Lezioni: tipi di giunti, procedimenti di saldatura e difetti, stato tensionale nei giunti di testa e a cordone d'angolo, comportamento a fatica. Esercitazioni: calcoli sulla resistenza a fatica di giunti saldati. 6. Recipienti sottili (13,5 ore). Lezioni: comportamento membranale dei gusci assialsimmetrici, cenni sull'instabilità dei cilindri soggetti a pressione esterna e sui fondi piani, effetto di bordo. Esercitazioni: calcoli sulla resistenza di recipienti a parete sottile. 7. Regolamentazione dei recipienti (4,5 ore). Lezioni: quadro normativo italiano, direttiva europea PED sulle attrezzature a pressione, norma armonizzata EN 13445. Esercitazioni: progetto strutturale di uno scambiatore di calore a fascio tubiero. 8. Recipienti spessi (10,5 ore). Lezioni: teoria dei cilindri spessi, sollecitazioni dovute a pressione e temperatura, soluzioni costruttive per alte pressioni (forzamento, autofrettaggio). Esercitazioni: calcoli sulla resistenza di cilindri a parete spessa.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato progettuale individuale;
Exam: Written test; Optional oral exam; Individual project;
... L’esame ha lo scopo di accertare la competenza raggiunta nella materia. Le abilità sono valutate in base alla capacità di risolvere dei problemi, le conoscenze sono valutate in base alle capacità di spiegare fenomeni e metodi. L’esame si articola in una prova scritta, in una discussione dell’elaborato progettuale e in una prova orale, la prima obbligatoria e le altre due facoltative. La prova scritta comprende la risposta a quesiti teorici (tempo a disposizione: 1/2 ora) e la soluzione di esercizi di tipo applicativo (tempo a disposizione: 2 ore). Per la soluzione degli esercizi è ammessa la consultazione di testi o appunti cartacei. In caso di rinuncia a sostenere la discussione dell’elaborato progettuale e la prova orale il voto finale viene scalato a un massimo di 24/30. La discussione dell’elaborato progettuale (a cui si accede con una prova scritta almeno sufficiente) fornisce la possibilità di ottenere fino a +2 punti (da sommarsi al voto ottenuto nell’esame scritto o nell’esame scritto e nella prova orale se sostenuta). La prova orale (a cui si accede con una prova scritta almeno sufficiente) consiste in un colloquio sugli argomenti a programma e sull’elaborato progettuale, volto ad accertare la comprensione dei fenomeni fisici coinvolti e dei metodi di calcolo.

L. Goglio: “Resistenza dei materiali e dei collegamenti�, Levrotto & Bella, Torino, 2a edizione, 2015 (copre gli argomenti della prima parte dell’insegnamento). Materiale scaricabile dal portale: - Dispensa sui recipienti (copre gli argomenti della seconda parte dell’insegnamento). - Slides (argomenti della prima parte dell’insegnamento). - Schede di esercitazione.

The course is located at the end of the study paths of Chemical, Environment and Land and/or Energy Engineering students and has the ambition to provide some notions on the industrial processes of CO2 treatment in order to obtain products for consumers or to realize its storage. However, the main result that we intend to pursue is not exclusively related to the acquisition of these skills, but also to provide an alternative point of view on the possibility of re-activating the carbon dioxide molecule in the natural carbon cycle. The lessons present problems and examples of practical nature that follow the brief basic notions illustrated; in such problems, the engineering approach that recalls wide-ranging skills that the student is supposed to possess must be used to give precise answers on the practical feasibility of the analyzed process solutions. By attending the course, the student must acquire: - knowledge of the nature and chemistry of the natural carbon cycle on the planet; - the peculiar properties of the CO2 molecule and the consequent poor chemical reactivity; - the carbon dioxide capture processes; - the possibility of chemical reactivation through the use of renewable energy and H2 as an energy vector; - the possibility of CO2 entrapment in “end-of-life� compounds, such as carbonates.

The course covers an emerging field of modern process engineering, both environmental and chemical, based on the most competitive process alternatives for the conversion of carbon dioxide into products that are easy to consume or simple to store. The lectures aim to give an overview of the innovative processes currently used or in an advanced stage of technological development for the "sustainable" exploitation of natural resources and renewable energy that can activate the CO2 molecule.

The carbon cycle: the transfer of CO2 between the different sources and geological deposits on a planetary level is characterized by natural and anthropogenic dynamics. The relative kinetics of the various phenomena is the main reason for concern by the scientific community, in relation to the concentration of CO2 in the atmosphere of our planet. The main greenhouse gases: carbon dioxide, methane, nitrous oxide. Plant sources (industrial and biogenic) and measurement methods. Relationship between polluting gases and greenhouse gases. CO2 sequestration: the CO2 capture processes are divided into absorption and adsorption, which differ in the capture phase (liquid or solid, respectively). The choice between the two systems is made based on the streams containing the CO2, in terms of flow rate, composition, operating conditions, presence of contaminants, plant costs, environmental compatibility. Seizure will be treated for stationary applications, but the potential of mobile systems will also be explored. CO2 conversion processes: In this module, the different chemical and biological options of CO2 capture and sequestration (CCS) or reuse (CCU) for the production of compounds and fuels will be developed. • Synthesis of urea: the urea synthesis process is an example of a classic process that has CO2 as its reagent. • Dry reforming: dry reforming represents a process of great interest as a transition stage between the use of fossil fuels (methane) and the reactivation of CO2, with the aim of producing CO, a key molecule for synthesis of carbon-based products of interest. • Conversion of CO2 into inorganic carbonates (carbonation of minerals and industrial residues) and organic ones: CO2 can be converted into chemical compounds, both as a long-term storage strategy (in deposits, through the carbonation of minerals) and medium term (for the production of consumer products): among the latter, there are inorganic carbonates, such as calcium carbonate, which can be used as fillers for cementitious materials. Organic carbonates, on the other hand, are materials that can penetrate the plastics industry (polycarbonates), eliminating dangerous reagents such as phosgene. • Power-to-X chemical and biological processes: in these processes the activation of CO2 derives from reductive processes using hydrogen, obtained from renewable sources by electrolysis of water / steam and / or co-electrolysis of steam and CO2. The multiplicity of CO2 reduction products (collectively referred to as X) includes a broad spectrum of compounds: methane, methanol, di-methyl-ether, short-chain olefins (for the plastics sector) and medium ones (for chemistry), liquid hydrocarbons (covering the similar oil cuts of gasoline, kerosene up to diesel). The reduction of CO2 to hydrocarbon products can take place indirectly (conversion of CO2 to CO and subsequent hydrogenation of CO according to consolidated processes) or directly in the chemical or biological reactor (conversion of CO2 to final products). In this context, the reaction intermediates follow mechanisms similar to the Fischer-Tropsch process or the production of methanol, depending on the catalytic system. • Photo-catalytic processes: in these processes the activation of CO2 occurs by radiation. The fundamentals of radiation absorption and the systems for coupling with the catalytic system will be described. • Electro-catalytic processes: in these processes, CO2 is converted into final products, without the intermediation of H2 in gaseous form. The engineering of electrochemical systems to achieve this reduction will be described. • Photo-synthetic processes: in these processes, CO2 is converted into microalgae by the action of light. Depending on the type of migroalgae grown, the final use of biomass is different: nutraceuticals, pharmaceuticals, cosmetics, chemicals are some examples. Process environmental sustainability: the process calculations relating to the different CO2 reactivation approaches will be functional to estimate its competitiveness compared to existing processes, as well as energy and environmental sustainability.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Exam: Written test; Computer-based written test in class using POLITO platform;
... Theoretical questions and numerical exercises will be asked. Theoretical open- and closed-ended questions and exercises to be performed in the Exam platform, using personal laptos brought by the students the day of the exam, in physical presence.

Literature and slides provided by the course teachers

The course is located at the end of the study paths of Chemical, Environment and Land and/or Energy Engineering students and has the ambition to provide some notions on the industrial processes of CO2 treatment in order to obtain products for consumers or to realize its storage. However, the main result that we intend to pursue is not exclusively related to the acquisition of these skills, but also to provide an alternative point of view on the possibility of re-activating the carbon dioxide molecule in the natural carbon cycle. The lessons present problems and examples of practical nature that follow the brief basic notions illustrated; in such problems, the engineering approach that recalls wide-ranging skills that the student is supposed to possess must be used to give precise answers on the practical feasibility of the analyzed process solutions. By attending the course, the student must acquire: - knowledge of the nature and chemistry of the natural carbon cycle on the planet; - the peculiar properties of the CO2 molecule and the consequent poor chemical reactivity; - the carbon dioxide capture processes; - the possibility of chemical reactivation through the use of renewable energy and H2 as an energy vector; - the possibility of CO2 entrapment in “end-of-life� compounds, such as carbonates.

The course covers an emerging field of modern process engineering, both environmental and chemical, based on the most competitive process alternatives for the conversion of carbon dioxide into products that are easy to consume or simple to store. The lectures aim to give an overview of the innovative processes currently used or in an advanced stage of technological development for the "sustainable" exploitation of natural resources and renewable energy that can activate the CO2 molecule.

The carbon cycle: the transfer of CO2 between the different sources and geological deposits on a planetary level is characterized by natural and anthropogenic dynamics. The relative kinetics of the various phenomena is the main reason for concern by the scientific community, in relation to the concentration of CO2 in the atmosphere of our planet. The main greenhouse gases: carbon dioxide, methane, nitrous oxide. Plant sources (industrial and biogenic) and measurement methods. Relationship between polluting gases and greenhouse gases. CO2 sequestration: the CO2 capture processes are divided into absorption and adsorption, which differ in the capture phase (liquid or solid, respectively). The choice between the two systems is made based on the streams containing the CO2, in terms of flow rate, composition, operating conditions, presence of contaminants, plant costs, environmental compatibility. Seizure will be treated for stationary applications, but the potential of mobile systems will also be explored. CO2 conversion processes: In this module, the different chemical and biological options of CO2 capture and sequestration (CCS) or reuse (CCU) for the production of compounds and fuels will be developed. • Synthesis of urea: the urea synthesis process is an example of a classic process that has CO2 as its reagent. • Dry reforming: dry reforming represents a process of great interest as a transition stage between the use of fossil fuels (methane) and the reactivation of CO2, with the aim of producing CO, a key molecule for synthesis of carbon-based products of interest. • Conversion of CO2 into inorganic carbonates (carbonation of minerals and industrial residues) and organic ones: CO2 can be converted into chemical compounds, both as a long-term storage strategy (in deposits, through the carbonation of minerals) and medium term (for the production of consumer products): among the latter, there are inorganic carbonates, such as calcium carbonate, which can be used as fillers for cementitious materials. Organic carbonates, on the other hand, are materials that can penetrate the plastics industry (polycarbonates), eliminating dangerous reagents such as phosgene. • Power-to-X chemical and biological processes: in these processes the activation of CO2 derives from reductive processes using hydrogen, obtained from renewable sources by electrolysis of water / steam and / or co-electrolysis of steam and CO2. The multiplicity of CO2 reduction products (collectively referred to as X) includes a broad spectrum of compounds: methane, methanol, di-methyl-ether, short-chain olefins (for the plastics sector) and medium ones (for chemistry), liquid hydrocarbons (covering the similar oil cuts of gasoline, kerosene up to diesel). The reduction of CO2 to hydrocarbon products can take place indirectly (conversion of CO2 to CO and subsequent hydrogenation of CO according to consolidated processes) or directly in the chemical or biological reactor (conversion of CO2 to final products). In this context, the reaction intermediates follow mechanisms similar to the Fischer-Tropsch process or the production of methanol, depending on the catalytic system. • Photo-catalytic processes: in these processes the activation of CO2 occurs by radiation. The fundamentals of radiation absorption and the systems for coupling with the catalytic system will be described. • Electro-catalytic processes: in these processes, CO2 is converted into final products, without the intermediation of H2 in gaseous form. The engineering of electrochemical systems to achieve this reduction will be described. • Photo-synthetic processes: in these processes, CO2 is converted into microalgae by the action of light. Depending on the type of migroalgae grown, the final use of biomass is different: nutraceuticals, pharmaceuticals, cosmetics, chemicals are some examples. Process environmental sustainability: the process calculations relating to the different CO2 reactivation approaches will be functional to estimate its competitiveness compared to existing processes, as well as energy and environmental sustainability.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Exam: Written test; Computer-based written test in class using POLITO platform;
... Theoretical questions and numerical exercises will be asked. Theoretical open- and closed-ended questions and exercises to be performed in the Exam platform, using personal laptos brought by the students the day of the exam, in physical presence.

Literature and slides provided by the course teachers

L'insegnamento consentirà dunque agli studenti di conseguire i seguenti obiettivi: - imparare una metodologia per sviluppare il conceptual design di un processo chimico; - saper applicare le conoscenze tecniche acquisite negli insegnamenti precedenti ai fini della progettazione - affinare le proprie capacità di lavoro in team, e sviluppare una attività creativa Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di: - redigere una relazione tecnica di progetto (ed il Process Flow Diagram, PFD); - calcolare i costi fissi e variabili, l'investimento richiesto per avviare un impianto ed il costo del venduto; - analizzare il consumo di energia di un impianto e valutare la possibilità di effettuare recuperi energetici, confrontando differenti alternative, nell’ambito di un retrofit di un processo; - ottimizzare la rete di scambiatori di calore di un impianto al fine di minimizzare il consumo di energia. Per raggiungere questi obiettivi è necessario acquisire le seguenti capacità : - dimensionare apparecchiature usando metodi approssimati (short cut); - stimare il costo delle apparecchiature; - utilizzare un simulatore di processo (ASPEN) per calcolare i flussi di materia di un processo e dimensionare le apparecchiature, - usare un simulatore di processo (ASPEN- Energy Analyzer) per minimizzare i consumi energetici di un impianto esistente, o progettare in modo ottimale la rete di scambiatori di calore.

Sviluppare un processo chimico e progettare l’impianto in cui sarà condotto, o modificarne uno esistente per migliorarne le prestazioni o adeguarlo a nuovi processi, è una attività complessa, anche creativa, che richiede di utilizzare competenze tecniche diverse, di operare in team anche per poter utilizzare competenze trasversali e multidisciplinari, e di saper gestire l’innovazione tecnologica. Progettare un processo chimico implica innanzitutto saper scegliere il valore di alcune (numerose) variabili che emergono nelle fasi di sviluppo del progetto (ad es. le condizioni operative delle apparecchiature), nonché prendere decisioni e fare scelta in assenza di informazioni complete e di uno schema definitivo, per poter procedere con il progetto stesso: ad esempio scelte relative al riciclo dei reagenti non reagiti, al sistema di separazione e recupero del prodotto, alla minimizzazione dei consumi energetici e molte altre ancora. L'approccio gerarchico proposto da Douglas è una delle possibili strade che si possono impiegare per sviluppare un progetto. Esso prevede di partire da semplici bilanci "macroscopici" all'impianto (Ingresso-Uscita) per poi entrare successivamente nel dettaglio del processo. Ad ogni livello compaiono variabili di progetto: la scelta dei valori di queste variabili deve tendere a massimizzare i profitti (ovvero minimizzare i costi), ottimizzare le rese, o permettere di conseguire altri obiettivi (di sicurezza, sostenibilità , ridotto o nullo impatto ambientale etc.). L’obiettivo principale dell’insegnamento è quindi quello di insegnare una metodologia di lavoro, e di affinare le capacità progettuali e creative degli studenti, utilizzando le competenze settoriali acquisite negli altri insegnamenti del corso. Strumento fondamentale per raggiungere questo obiettivo è la esercitazione progettuale a gruppi, in cui i singoli team, sotto la supervisione di un coordinatore scelto da loro stessi, svilupperanno un proprio progetto; questo consentirà di illustrare e approfondire con una esperienza pratica i diversi aspetti illustrati a lezione, e di maturare skill di lavoro in team. L’insegnamento tratterà anche aspetti legati alla gestione dell’innovazione, l'analisi strategica e in chiave dinamica dei settori e dei mercati di riferimento, la gestione di portafogli progetti, la definizione e valutazione economica dei progetti di sviluppo e dei relativi 'modelli di business. Le competenze acquisite potranno essere utili all’ingegnere chimico nella sua attività lavorativa, sia che sia impegnato direttamente come project manager, project engineer, o senjor process engineer, sia che sia chiamato a svolgere ruoli di R&D Manager, Innovation Manager, Marketing Manager e ogni alta figura dirigenziale con responsabilità di decisioni strategiche e organizzative. La gestione dell'innovazione copre infatti sia decisioni di tipo strategico che decisioni di tipo tecnico-operativo. Da questo punto di vista lo studente potrà anche acquisire esperienza nella gestione operativa dei progetti di sviluppo, nonché affinare le proprie competenze con l’uso di tecniche di progettazione per l’integrazione energetica.

Vengono illustrati i criteri e la metodologia per lo sviluppo di un processo, mediante l'individuazione e l'analisi tecnica ed economica delle diverse alternative. L’insegnamento si compone di quattro moduli, più l’esercitazione di progetto a squadre (per circa 4 CFU): a) Documenti e procedure per lo sviluppo della progettazione tecnologica (9 h): procedure operative, documentazione, stima del costo di acquisto delle apparecchiature e di investimento, attualizzazione e localizzazione dei costi. b) Conceptual design (21 h): viene analizzata approfonditamente la prima fase del progetto, quella del "conceptual design", che conduce alla stesura dello schema di processo. Particolare attenzione è dedicata alla integrazione energetica di processo, con esercitazioni volte a sviluppare in modo ottimale la rete di scambiatori di calore richiesti da un dato processo, o per valutare come intervenire su un processo esistente (retrofit) per ridurne i consumi energetici. c) Valutazione economico-finanziaria di un progetto di investimento (6 h): stima del costo di produzione, preventivazione dei costi (costi economici, di investimento, finanziari, determinazione del costo di produzione e del prezzo di vendita, stesura del business plan) d) Sviluppo di nuovi processi e controllo dello sviluppo del processo (4 h): Innovatività e protezione della proprietà intellettuale; metodi per il controllo di processo (PERT, diagramma di GANTT,…)

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
... Per accedere all'esame è richiesta la partecipazione assidua alle esercitazioni a squadre, e la consegna del progetto sviluppato al termine del periodo di lezione. Poiché lo sviluppo del progetto da parte dei gruppi segue di pari passo la trattazione teorica sviluppata nelle lezioni, durante le esercitazioni sarà possibile monitorare il grado di apprendimento dei concetti esposti a lezione e l’attività dei singoli componenti. La valutazione finale sarà principalmente basata sull'elaborato prodotto nelle esercitazioni e sulla discussione orale dello stesso, in modo da valutare l'acquisizione della abilità attese e le eventuali capacità manageriali. La discussione orale, preferibilmente sostenuta dal gruppo al completo (a questo scopo le date, all'interno della sessione di esame, saranno concordate anche in aggiunta a quelle prefissate), è mirata a valutare le capacità comunicative dei singoli, il ruolo nel progetto, e inoltre a valutare la conoscenza e la comprensione della materia dei singoli componenti, anche relativamente agli aspetti non evidenziati nel progetto. Il voto finale terrà conto della valutazione della relazione condotte a squadre [40%], della discussione del progetto [30%] e della risposta alle domande relative agli aspetti di teoria [30%].

Testo principale J.M. Douglas, Conceptual design of chemical processes. McGraw-Hill, Singapore, 1988 [Il testo è disponibile in biblioteca, in più copie; ma non risultando più in stampa sono messi a disposizione i lucidi preparati dal docente sulla base del testo stesso] Materiale addizionale F.C. Jelen, Cost and optimization engineering. McGraw-Hill, New York, 1970. W. Neri, Progettazione e sviluppo degli impianti chimici, Vol. 1. Vallecchi, Firenze, 1970. L. Peccati, Scelte finanziarie, in: Matematica finanziaria (E. Castagnoli e L. Peccati), Ediz. Giuridiche Economiche Aziendali dell'Università Bocconi, Milano, 1993, pg. 23-62. M.S. Peters and K.DD. Timmerhaus, Plant design and economics for chemical engineers. McGraw-Hill, New York, 1968. R.K. Sinnott, Chemical Engineering Design. Coulson & Richardson's Chemical Engineering, Vol. 6. Pergamon, Oxford, 2nd Edition, 1993. M. Zlokarnik, Scale-up in chemical engineering. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.

• Knowledge on hydrogen as energy vector for transportation - Understanding of the working principles, advantages and drawbacks of electrolysers and fuel cells - Knowledge on main active materials in electrolyzers and fuel cells (photocatalysts & electrocatalysts) - Main skills to design electrolyzers and fuel cells

The teaching focuses on hydrogen as a possible sustainable alternative to fossil fuels, especially in the mobility sector. After a starting focus on the main characteristics of hydrogen, the course includes a first part concerning the production of green hydrogen through water electrolysis (WE) with renewable energy sources (wind, solar and hydroelectric energy), and a second part dedicated to the use of green hydrogen through low-temperature fuel cells (FC), especially in fleets of electric vehicles with hydrogen fuel cells (HFCEV). Final hints on multiphase characteristics of FC ans WE will be provided.

The course will be divided into these topics: 1. Basic principles (cell potential and thermodynamics; electrochemical kinetics; transport phenomena). 2. Fuel cells (fundamentals; applications: stack design, materials, degradation and ageing phenomena). 3. Electrolyzers (undamentals; applications: stack design, materials, degradation and ageing phenomena).

Modalita di esame: Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Group project;
... Students will be divided into groups. Each group will choose a topic from the lectures and give a group presentation on the selected topic, illustrating the theoretical concepts and a practical application, to show the knowledge and technical skills acquired. The presentation must be made in English by the entire group, highlighting the contributions of each individual student in the group. The evaluation of the presentation and subsequent discussion is expressed in thirtieths and is carried out by considering: a) the correctness of the concepts expressed, within the given timeframe; b) the relevance of the information provided; c) the ability to respond clearly, accurately and rationally to the lecturers' questions. In the case of particularly brilliant answers, honours may be awarded.

Slides used during the lectures, literature papers.

Industrial chemistry and process simulation (Industrial chemistry for oil and polymers)Aims of the course are the development of abilities in the chemical process evaluation for industrial production, the application of theoretical principles to control the conversion of a raw material into a chemical product, the identification of the process parameters playing a critical role on the transformation and the gathering of factors critical for the product cost reduction. At the end of the course, it is expected that the student has knowledge on: - industrial cycles for transformation of petroleum into chemicals and polymeric end products, - critical parameters that control the chemical transformations on a large scale, - applicable technologies to produce polymeric material on large scale, that he has the following capacities: - evaluate the suitability of a hydrocarbons transformation process on industrial scale, - design processes for polymeric material production, - test the influence of the polymerisation conditions on the properties of the polymeric product, that he is able: - to identify a suitable industrial process for the production of a specified chemical product, - to change the process conditions to reach the specification target about the product. The course, in order to reach all the planned goals, has been structured on two parts, exploiting as a subject the whole cycle of the petroleum transformation, from the refinery to the petrochemical plants. In the first part the processes, involved in the crude refining or hydrocarbon conversion into chemicals or monomers, are described through the analysis of the thermodynamic, kinetic and technological aspects of each transformations step. The second part of the course deals with the principles of industrial production of polymers and with the product characterization. The fundamentals, for step and chain reactions of polymer formation, are illustrated together with the industrial technologies developed to produce thermoplastic, thermosetting or elastomeric materials. Industrial chemistry and process simulation (Process simulation)The course is planned to develop the student expertise on models handling, for single equipment or whole plant process representation, with the task of verification of the process performances, parameters optimization and simulation result presentation. At the end of the course, it is expected that the student has knowledge on: - the problems related to chemical processes modelling, - the characteristics of a professional process simulator, - how to present in an effective form the results obtained using a process simulator; that he has the following capacities: - develop useful models for process simulation, - identify suitable thermodynamic methods for the description of the single steps of a chemical process, - employ a process simulator to design equipment and processes, - analyze the results obtained through process simulation; that he is able: - to present in a suitable way the results obtained through process simulation.

Industrial chemistry and process simulation (Industrial chemistry for oil and polymers)The lectures give an up-to-date and essential knowledge of the chemical industrial processes used to transform the petroleum into chemicals and final products, for chemical industry and manufacturing, respectively. Chemical, technological and economical issues are investigated. Industrial chemistry and process simulation (Process simulation)The necessary knowledge for the use of a professional software to simulate chemical processes is developed, and single equipments, as well as whole processes, are designed, with particular emphasis on crude oil transformation.

Industrial chemistry and process simulation (Industrial chemistry for oil and polymers)Part one (20 hrs) Petroleum, a raw material. Economic and historical aspects of the industrial exploitation of hydrocarbon mixtures. Industrial products from petrochemistry. Technological evaluation of hydrocarbon mixtures. Crude oil distillation. Fractions composition. Distillation curves. Technological properties and their graphical representation. Refining processes. Hydrocarbon fractions for energy and petrochemistry. Refining processes of gaseous mixtures by absorption and adsorption. Hydrotreating of liquid fractions. Conversion of liquid and gaseous fraction. Catalysts for hydrocarbon interconversion. Catalytic cracking, alkylation, isomerisation, isomerisation, oligomerization and catalytic reforming. Petroleum fractions. Product specifications. Blending. Additives. Environmental pollution by hydrocarbons. Ecological and safety criteria in the hydrocarbon mixture handling. Flammability. Production of light olefins. Ethylene. Olefins and diolefins from steam cracking. Reaction schemes. Unsaturated product separation and purification. Butadiene and isoprene from chemicals. Production of aromatics. Sources of aromatic hydrocarbons. Separation of BTX mixtures. Processes for separation and purification of aromatic C8 isomers. Alkylaromatics conversion. Aromatic derivatives. Chemicals. Monomers. Solvents. Light olefins derivatives through oxosynthesis, selective oxidation, hydration and halogenations. Part two (30 hrs) Introduction to polymers. Classification, structures, properties, applications. Mean molecular weight concept. MW from measure of polymer solutions properties. Instrumental techniques for molecular weight distribution measurements. Polymers from radical chain reactions. Monomers, initiators, reaction models, kinetics, MW control. Technologies for bulk, solution, suspension or emulsion polymerization. Polymers from step reactions. Monomers, catalysts, process variables and DP, MW distribution. Industrial production of polyamides and polyesters. Polymers from ionic chain reaction. Features of the ionic propagation process. Stereospecific polymerization. Polymer commodities. HDPE, LDPE, LLDPE, PP, PS PVC. Polymers from copolymerization. Copolimerization theoretical models. Polymer composition and monomers reactivity. Evaluation of the reactivity ratios. Industrial copolymers. Industrial production of some thermoplastic, thermosetting and elastomeric polymers. Environmental impact of the industrial polymers. Environmental degradation. Technologies for polymer re-using, disposal or recycling Polymers from renewable sources. Biopolymers. Production and application of starch and cellulose. Production an applications of poly(lactic acid) and poly(hydroxy alkanoates). Industrial chemistry and process simulation (Process simulation)- Process development through process simulation. Importance of the mathematical models in for process description and analysis. Problems and drawbacks in the process simulation practice. Criteria for simplified models selection. Selection of thermodynamic methods. Methods for the presentation of the simulation results. - Design of basic equipments for chemical processes. Design and optimization of heat exchangers, absorption or adsorption columns, distillation units, liquid-liquid contactors and chemical reactors through a professional process simulator. - Design of industrial processes. Design and optimization of industrial processes with energy integration and internal recycling. Applications to petrochemical processes for polymer production. - Tutorials: oil production processes are discussed and simulated: crude oil topping, oil-water-gas separation, natural gas sweetening, natural gas dehydration, natural gas liquids production, polymerization, co-polymerization.

Industrial chemistry and process simulation (Industrial chemistry for oil and polymers)Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Industrial chemistry and process simulation (Process simulation)Modalita di esame: Prova scritta (in aula);
Industrial chemistry and process simulation (Industrial chemistry for oil and polymers)Exam: Compulsory oral exam; Industrial chemistry and process simulation (Process simulation)Exam: Written test;
... Industrial chemistry and process simulation (Industrial chemistry for oil and polymers)The final exam consists of an oral examination that lasts for about 45 minutes, and consists of three or four questions about theoretical issues, chemical processes description and simple calculations.Industrial chemistry and process simulation (Process simulation)The students are requested to solve some simple exercises requiring to use the process simulator. In particular, the students have to select the proper model to simulate the process, and, then, to design the required equipment, to determine the values of one or more parameters in order to achieve some performance requirements and, finally, to present the results in the most suitable way. The duration of the exam is 2 hours. The use of any kind of didactic material is not allowed during the exam.

Industrial chemistry and process simulation (Industrial chemistry for oil and polymers)Texts and exercises will be available on the web student site before the beginning of the course. As an exception, for subjects requiring periodic updating, the material will be available at the end of the course. To deepen the subjects of the course: P. J. Chenier, Survey of Industrial Chemistry, Plenum Publisher, 2002 C. Giavarini, Processi di raffinazione e petrolchimici, Siderea, Roma, 1999. A.I.M. , Macromolecole: Scienza e Tecnologia. Vol. 1, Pacini Editore, Pisa, 1992Industrial chemistry and process simulation (Process simulation)Texts and exercises will be available on the web student site.

At the end of the course the students should be able to: - design the most common reactive and non-reactive multiphase apparatuses and their connections in the whole plant; - understand the importance of mass transfer phenomena on the final conversion and yield of multiphase reactors; - achieve basic knowledge of sustainable electrochemical processes.

A chemical process transforms raw materials into finished products by means of a complex network of multiphase units, which provide both chemical reaction and physical separation between the components. The course provides basic knowledge of the most common reactive and non-reactive multiphase apparatuses, whose design is fundamental, especially in the setup of a sustainable process. The first part of the course is dedicated to the design of the most important non-reactive separation units such as filtration, flocculation, crystallization, distillation, etc. In the second part, the operation principles of multiphase reactors, where the reactants are found in different phases as well as in the catalyst (if present), is deepened to understand how the interference between mass transfer phenomena and kinetics eventually affects their conversion performance. Particular attention is devoted to electrochemical reactors and their applications in sustainable processes.

The course is divided into two parts. The first part (multiphase non-reactive units) is focused on the following topics: Introduction on unit operations and chemical plants graphical representations. Sensors, process monitoring and intensification for multiphase processes. Physical separations: filtration, flocculation, sedimentation, centrifugation. Evaporation and condensation. Crystallization theory, equipment and process examples. Principles of distillation processes. Vapour-liquid equilibrium. Azeotropic mixtures. Distillation columns, components, materials balance and design principles The second part (multiphase reactors) is focused on the following topics: Nomenclature and short review of ideal homogeneous reactors. Multiphase gas-liquid reactors. The Hatta number and the enhancement factor. Design of packed bed columns. Heterogeneous catalytic reactions. The Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) approach. Heterogeneous reactions in porous catalytical particles. The effectiveness factor and the Thiele Modulus. Design of a packed bed catalytic reactors: mass and heat balances and microkinetic modelling. The adiabatic catalytic burner, a simplified case study. Reactors with suspended solid catalyst: the fluidized bed reactor and the Kuni-Levenspiel model. Three-phase reactors (solid-fluid-fluid): slurry reactors and fixed-bed reactors (Trickle Bed reactors). Principles of Electrochemical reactions and processes. Applications in sustainable processes: hydrogen production and carbon dioxide conversion to substitute fossil fuel-based chemicals and fuels.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
... The exam aims at verifying the acquisition of the knowledge and capacities that were the purpose of the course (and are reported in the “Expected Learning outcomes� box) through a two-hour written test. The written test involves the resolution of two calculation exercises, one on the design of a non-reactive multiphase unit and the other on the design of a multiphase chemical reactor.

Students are provided with the handouts or slides of the lectures. The following books are suggested to improve learning: 1) Westerterp, Van Swaaij, Beenackers, 1984, Chemical Reactor Design and Operation, John Wiley & Sons. 2) Froment, Bischoff, De Wilde, 2011, Chemical Reactor Analysis and Design, John Wiley & Sons. 3) Levenspiel, 1999, Chemical Reaction Engineering, John Wiley & Sons. 4) Rawlings, Ekerdt, 2002, Chemical Reactor Analysis and Design Fundamentals, Nob Hill Publishing. 5) Salmi, Mikkola, Warna, 2011, Chemical Reaction Engineering and Reactor Technology, CRC Press. 6) Coulson & Richardson’s CHEMICAL ENGINEERING VOLUME 6 FOURTH EDITION Chemical Engineering Design R. K. SINNOTT 7) Kern’s Process Heat Transfer, Ann Marie Flynn Toshihiro Akashige Louis Theodore 8) Perry's chemical engineer's handbook, Don W. Green, Marylee Southhard 9) Seader J.D., Henley E.J., Roper D. Keith, SEPARATION PROCESS PRINCIPLES, THIRD EDITION, John Wiley & Sons, Inc., 2010. 10) Energy and Environment Series, Carbon Dioxide Electrochemistry: Homogeneous and Heterogeneous Catalysis, Edited by Marc Robert; Cyrille Costentin; Kim Daasbjerg. 11) Ottone C., Hernández S., Armandi M. , Bonelli B. Testing Novel Water Oxidation Catalysts for Solar Fuels Production, PoliTO Springer Series 2019.

Students will gain the theoretical basis to design multiphase apparatuses, as a single item and in the whole plant, included mass and heat transfer balances, and efficiencies. Practical classes with exercises will allow students to gain design criteria.

The course provides basic knowledge on main apparatuses of process industry, characterized by mass and heat transfer, normally employed either in the production processes or for utilities. Therefore, as a specific feature, the course allows students to gain the technological knowledge for the design of each single item and balance of plant in the whole complex according to the required transformation of raw materials into final products.

The developed topics are as follows: - distillation columns; absorption columns; cooling towers - liquid-liquid and solid-liquid extractors - adsorption beds; ionic exchangers - fluidized beds; - air conditioning and cooling systems; - cogeneration of heat and power; - valves; - concept of profitability of an industrial process.

E' possibile sostenere l?esame in anticipo rispetto all?acquisizione della frequenza

The teacher will provide pdf copies of the slides used during the lessons, covering all the topics. During practical classes, the teacher will provide the necessary tables and schemes useful for the calculations to design multiphase apparatuses. Suggested books (not compulsory, only for consultancy): D.W. Green, R.H. Perry, “Perry’s Chemical Engineers’ Book�, McGraw-Hill W.L. McCabe, J.C. Smith, P. Harriott, “ Unit Operation of Chemical Engineering�, McGraw-Hill O. Levenspiel, “Chemical Reaction Engineering�, Wiley A.S. Foust, L.A. Wenzel, C.W. Clump, L. Maus, L.B. Anderson, "Principles of Unit Operation," Wiley V.G. Pangarkar “Design of multiphase Reactors�, Wiley

By the end of the course, students will be able to identify and classify Ordinary Differential Equations (ODEs) and Partial Differential Equations (PDEs) underlying mathematical models of engineering problems, and they will acquire foundational knowledge of finite difference and finite element methods for solving such equations. In addition, students will develop the skills to design and implement efficient numerical methods for ODE/PDE-based engineering problems using Matlab.

Il corso è tenuto in inglese. Il corso introduce i metodi numerici per la risoluzione di equazioni differenziali ordinarie e alle derivate parziali, affrontando sia gli aspetti teorici sia quelli applicativi. L'obiettivo principale è fornire agli studenti le conoscenze e le competenze pratiche necessarie per eseguire simulazioni numeriche efficienti di problemi classici dell’ingegneria, una competenza essenziale per corsi avanzati e per progetti di laurea magistrale. Un aspetto centrale del corso è quello di fornire agli studenti una solida conoscenza delle metodologie nel calcolo numerico e addestrarli all’uso del software Matlab, affinché siano in grado di risolvere numericamente, con l'ausilio del calcolatore, alcuni problemi che comunemente si presentano nelle applicazioni dell’ingegneria. In particolare, tali conoscenze consentono agli studenti di individuare tra i metodi a loro disposizione quello più efficiente, sia in termini di complessità computazionale che di occupazione di memoria, per la risoluzione di un determinato problema, e di fare un’analisi critica della soluzione ottenuta. Questa capacità è particolarmente importante per gli ingegneri chimici che si troveranno a utilizzare codici commerciali per risolvere problemi complessi, come ad esempio quelli connessi con i processi di trasformazione dei materiali. Infatti, grazie a questo insegnamento, gli studenti acquisiscono le competenze matematiche necessarie per evitare risultati non attendibili o comunque poco accurati, che potrebbero derivare da scelte non adeguate degli algoritmi.

INTRODUCTION (4 hours) Lectures: Generalities on ordinary and partial differential equations. Examples of classical differential problems, in particular with reference to the chemical engineering ones. Stationary problems, eigenvalue problems and evolution problems. Classification of second order equations. Initial-value and boundary-value problems. Strong and weak solutions. FEM FOR LINEAR STATIONARY PROBLEMS (40 hours) Lectures and problem sessions (28 hours): • The Finite Element Method (FEM) for second order linear elliptic problems defined on bounded intervals or on bounded plane domains. • Sobolev spaces and weak formulations of differential problems. Integration by parts and Green’s formulas. • Problem space domain discretization. Finite elements and finite element spaces. Definitions and examples. Some main results on approximation theory. • Application of the FEM to linear elliptic problems, first defined on bounded intervals, and then on bounded plane domains, with different types of boundary conditions (Dirichlet, Neumann, Robin, mixed-type, of periodicity). • Some basic convergence results. • Eigenvalue problems. • Construction of the FEM stiffness matrix and solution of the associated linear system. • Numerical integration formulas. Conditioning of a linear system. Basic methods for the numerical solution of linear systems. Computer Lab sessions (12 hours) FEM FOR LINEAR TIME-DEPENDENT PROBLEMS (16 hours) Lectures and problem sessions (10 hours): • Weak formulations in the space domain of parabolic and hyperbolic problems, in particular of transport and wave propagation problems. Application of the FEM. • Basic on initial value ODE problems. • Finite difference schemes for the time discretization of ODE systems generated after performing the (space) FEM discretization. Computer Lab sessions (6 hours) NUMERICAL METHODS FOR ODE INITIAL-VALUE PROBLEMS (IVP) (10 hours) Lectures and problem sessions (7 hours): • One-step methods and convergence results for the solution of IVP-ODEs. • Stiff problems and numerical methods for their resolution. Computer Lab sessions (3 hours) FINITE DIFFERENCE METHODS FOR PDE BOUNDARY-VALUE PROBLEMS (BVP) (10 hours) Lectures and problem sessions (7 hours): • Finite difference methods for elliptic, parabolic and hyperbolic BVP-PDEs. • Stability and convergence results. • Reaction-diffusion-transport problems and numerical stabilization for transport dominating ones. Computer Lab sessions (3 hours)

Modalita di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova scritta (in aula);
Exam: Computer lab-based test; Written test;
... The exam consists of two tests: the first is an computer test, the second is a written test. The first test, to be held in the computer Lab, consists of 4 multiple-choice questions concerning the course topics. In this test students must show to be able to solve, by applying the numerical methods described in the lectures and by preparing short Matlab scripts, problems similar to those that have been solved during the Lab course sections. This to verify the students’ knowledge of the algorithms presented during the course and their programming and computing skills. Students must use the Matlab software installed in the Lab PC, and they are not allowed to use books, notes, personal PC and any electronic device. The maximum grade is 16 points: each correct answer is worth 4 points, an unanswered question is worth 0 points, and an incorrect answer results in a 20% penalty. The Lab test is scheduled for about an hour and a half. The second written test, to be held in a lecture room the same day of the Matlab test, consists of two/three exercises that include both practical and theoretical questions, covering the entire course content. The written test is scheduled for about an hour and a half and is worth up to 16 points. During the exam, it is forbidden to use books, personal material such as notes and handouts and any electronic device. The final grade is the total of the two test scores. A minimum score of 18 is required to pass, while full marks with all correct answers are awarded with honors (cum laude).

Lecture notes, as well as notes on the computer lab sessions, can be downloaded by the students from the Portale della Didattica. Further reading: A. Quarteroni, Numerical Models for Differential Problems, Springer Verlag, 2009. A. Quarteroni, F. Saleri, P. Gervasio, Scientific Computing with MATLAB and OCTAVE, Springer, 2014.

ability to formulate and solve a population balance item numerical solution of population balances with different methods coupling of population balances with CFD

The course wants to introduce the students to population balances. The course will describe the main phenomena involved: nucleation, growth, aggregation and breakage. Numerical methods for their solution and integration into CFD multiphase codes will also be described.

Definition of population balances, application of population balances to multiphase systems for sustainable engineering applications, solution methods and coupling with CFD

Modalita di esame: Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Group project;
... The exam consists of a group project assigned at the beginning of the semester in which the students have to numerically solve a real industrial population balance problem.

Ramkrishna, D. Population Balances: Theory and Applications to Particulate Systems in Engineering. Academic Press, San Diego, 2000. ISBN 978-0-12-576970-9. Marchisio, D. L.; Fox, R. O. Computational Models for Polydisperse Particulate and Multiphase Systems. Cambridge Series in Chemical Engineering, Cambridge University Press, Cambridge, 2013. DOI: 10.1017/CBO9781139016599. ISBN 978-0-521-85848-9.

Obiettivo dell'insegnamento è far sì che l'allievo acquisisca le seguenti conoscenze: - conoscenza dei processi di produzione di alcuni prodotti alimentari (ad es. cioccolato, caramelle, marmellata, olio, …). - conoscenza dei processi per la pulizia e la sanitizzazione degli impianti alimentari. Le abilità che lo studente deve acquisire sono pertanto le seguenti: - identificare le problematiche connesse ai processi di lavorazione tipici dell’industria alimentare e definire le apparecchiature più idonee; - essere in grado di sviluppare il progetto di base di alcuni impianti dell'industria alimentare. Per quanto riguarda le abilità comunicative, lo studente dovrà essere in grado di presentare i risultati ottenuti nell'insegnamento delle esercitazioni in modo chiaro ed efficace.

Insegnamento opzionale per la Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica e dei Processi Sostenibili, collocato nel II periodo didattico. Obiettivo dell'insegnamento è fornire agli studenti la conoscenza di processi e di tecnologie dell’industria alimentare considerando alcuni casi di studio di particolare interesse (cioccolato, caramelle, marmellata, olio, , …). Completa l'insegnamento lo studio dei processi per la pulizia e la sanitizzazione degli impianti alimentari. Sono previste durante l'insegnamento visite ad alcune aziende del settore alimentare.

• Processo di produzione del cioccolato e di prodotti a base cacao: caratteristiche e composizione del cacao e del burro di cacao (polimorfismo). Tipologie di cioccolato. Reologia del cioccolato (modello di Casson, modello di Casson generalizzato, modello di Windhab); influenza della temperatura, del contenuto di grassi, di emulsionante e di umidità , e della distribuzione delle dimensioni delle particelle solide sui parametri reologici. Processo produttivo (fermentazione, essiccazione, tostatura, molitura, macinatura, raffinazione, concaggio, temperaggio, modellaggio). Tunnel di raffreddamento. - Processo di produzione di caramelle: ingredienti e tipologie di zuccheri, tipologie di caramelle, processi di produzione continui e discontinui, apparecchiature (con particolare riferimento al sistema di concentrazione ed ai tunnel di raffreddamento). - Processo di produzione di marmellata e confetture: ingredienti e tipologie di impianto. - Processi dell’industria olearia: caratteristiche e composizione di oli e grassi alimentari, produzione di oli di oliva e di semi, classificazione normativa degli oli di oliva, rettifica degli oli. - Processo di produzione di lievito alimentare. - Sistemi di pulizia degli impianti alimentari (CIP). - Sterilizzazione di impianti alimentari. Il corso prevede inoltre: - Visite ad impianti industriali del settore. - Esercitazioni progettuali (con il contributo di professionisti esterni) finalizzate al dimensionamento di: 1) una linea per la movimentazione del cioccolato dalla conca ad un serbatoio di stoccaggio; 2) un tunnel di raffreddamento per un cremino; 3) un impianto di preparazione di fondant; 4) un impianto di preparazione di marmellata e di un impianto CIP per tale processo; 5) un impianto per la raffinazione di un olio. Le visite agli impianti e le esercitazioni di laboratorio verranno condotte unicamente se la mobilità sarà consentita.

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto prodotto in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Group essay;
... Per sostenere l’esame è richiesta la presentazione di un elaborato scritto relativo alla esercitazione sul dimensionamento di un impianto di raffinazione dell’olio. Tale elaborato dovrà essere consegnato al docente entro il termine indicato e, successivamente verrà discusso in presenza, col docente, occasione nella quale verrà anche verificata la conoscenza, da parte degli studenti, dell'argomento. La valutazione dell'elaborato e della discussione concorrerà alla definizione del voto finale in misura pari al 25% del voto finale. Il resto dell’esame, orale, sarà finalizzato a valutare la conoscenza e la comprensione degli altri argomenti in programma, ovvero l’acquisizione delle conoscenze/competenze attese e la capacità di applicare le conoscenze acquisite. In particolare, potrà essere richiesta la descrizione dei processi presentati a lezione, l’analisi del funzionamento di apparecchiature e processi, la valutazione di differenti alternative processistiche e impiantistiche. Potrà essere richiesta anche l’esecuzione di semplici calcoli di dimensionamento di apparecchiature e processi mediante la scrittura di bilanci di materia e energia.

Poiché questo insegnamento è una sintesi di molti aspetti legati alle tecnologie ed ai processi dell’industria alimentare, è stato predisposto materiale didattico apposito che non coincide con testi disponibili sul mercato. A questi si fa comunque esplicito riferimento nel materiale fornito, dove vengono consigliati testi per approfondimenti. Dispense con i contenuti delle lezioni ed i testi degli esercizi proposti vengono messi a disposizione agli studenti iscritti all’insegnamento mediante il Portale della Didattica all’inizio delle lezioni.

Lo studente dovrà acquisire le conoscenze fondamentali di base illustrate durante le lezioni al fine di poter formulare i criteri di scelta fra le varie opzioni possibili di trattamento, tenendo conto anche degli aspetti normativi ed economici, oltre che della politica dell’Unione Europea per la produzione e il consumo sostenibili.

L’insegnamento si rivolge agli studenti della laurea magistrale in “Ingegneria Chimica e dei Processi Sostenibili�, e descrive le principali operazioni fisiche, chimiche e biologiche che possono essere utilizzate per il trattamento di effluenti inquinanti gassosi e liquidi e di rifiuti solidi. Il programma è sostanzialmente diviso in tre parti nelle quali sono presentati processi, tecnologie ed impianti utilizzati per la riduzione o l’eliminazione del carico inquinante, considerando, ove possibile, gli aspetti legati ai recuperi di materia e di energia e la preferenza per l’utilizzo delle Migliori Tecniche Disponibili (MTD).

Introduzione all’insegnamento (3 ore) Elementi di normativa nazione e dell’Unione Europea. Concetto di Migliori Tecnologie Disponibili (MTD). Operazioni, processi e tecnologie per il trattamento di effluenti gassosi (15 ore) Normativa per effluenti gassosi. Separazione per gravità , centrifugazione, filtrazione. Separatori elettrostatici. Utilizzo dell’adsorbimento per la rimozione di Sostanze Organiche Volatili. Combustione di sostanze organiche volatili contenute in correnti gassose. Cenni sull’assorbimento di sostanze gassose. Operazioni, processi e tecnologie per il trattamento di acque di scarico (24 ore) Normativa per le acque di scarico. Carico idraulico e carico inquinante, concetto di abitante equivalente, fognature miste e separate. Caratteristiche dei trattamenti biologici: fattori influenti, parametri, prodotti di reazione. Impianti per il trattamento di acque di scarico: pre-trattamenti, trattamenti primari, secondari (sistemi a biomassa sospesa e a biomassa adesa, nitrificazione e denitrificazione), terziari, e dei fanghi. Trattamenti chimico-fisici. Operazioni di separazione con membrane. Operazioni, processi e tecnologie per il trattamento di rifiuti solidi e liquidi (18 ore) Normativa per la gestione e il trattamento dei rifiuti. Caratteristiche chimico-fisiche dei rifiuti. Processo di compostaggio. Incenerimento dei rifiuti solidi: impianti, recuperi energetici, trattamento dei fumi. Cenni sui trattamenti termici di pirolisi e gassificazione applicati ai rifiuti solidi. Discariche per rifiuti solidi. Percolato di discarica: formazione, reti di captazione, trattamento. Biogas di discarica: processo di formazione, quantità . Tipologie di pozzi, reti di captazione e trasporto. Stima della produzione di biogas, smaltimento finale, recupero energetico.

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
... L'esame è basato su una prova orale per verificare prima di tutto la conoscenza e la comprensione degli argomenti trattati nelle lezioni. La prova consiste in domande mirate agli obiettivi di cui sopra, oltre ad accertare la capacità di scelta e di utilizzo di tecnologie e/o processi differenti. L'esame si intende superato se la votazione riportata è di almeno 18/30.

Non sono utilizzati testi di riferimento né fornite dispense. Le figure utilizzate durante le lezioni sono reperibili sulla pagina web dell’insegnamento. Le esercitazioni in aula richiedono l’uso di calcolatrici scientifiche. Testi per approfondimenti: - R. Bethea, “Air pollution control technology : an engineering analysis point of view�, Reinhold - D. Cooper, “Air pollution control : a design approach�, Long Grove - N. De Nevers, “Air pollution control engineering�, McGraw-Hill - L. Masotti, “Depurazione delle acque: tecniche ed impianti per il trattamento delle acque di rifiuto�, Ed. Calderini - Metcalf& Eddy Inc., G. Tchobanoglous, F.L. Burton, H.D. Stensel, “Wastewater engineering. Treatment and reuse�, McGraw-Hill - G.Tchobanoglous, H. Theisen, S. A. Vigil, “Integrated Solid Waste Management: Engineering Principles and Management Issues�, McGraw-Hill - M. LaGrega, “Hazardous waste management�, McGraw-Hill

Conoscere le basi teoriche di statistica e calcolo della probabilità su cui si fondano le tecniche e le metodologie di analisi dei dati progettazione degli esperimenti. Conoscere le principali tecniche e le metodologie di analisi dei dati e di progettazione degli esperimenti e averne compreso l’applicazione nell’industria di processo. Essere in grado di selezionare le tecniche e i metodi più idonei a risolvere specifici problemi incontrati nella sperimentazione dell’industria di processo e di applicarli correttamente.

Lo scopo dell’insegnamento è introdurre alle tecniche di progettazione, condotta e analisi degli esperimenti nell’industria di processo. Queste tecniche sono utili per sviluppare, ottimizzare o rendere più robusto un processo industriale. Esse aumentano l'efficienza della sperimentazione, migliorano l’analisi dei dati e lo sviluppo dei modelli matematici; come conseguenza, riducono i tempi e i costi della sperimentazione e consentono di individuare le condizioni operative ottimali.

Fondamenti di probabilità e statistica. Analisi della varianza a uno e due fattori. Piani sperimentali fattoriali e relativi modelli per i dati. Piani fattoriali a blocchi. Piani fattoriali frazionari. Applicazione dei piani fattoriali nella sperimentazione industriale. Regressione lineare semplice. Regressione lineare multipla. Verifica dell’adeguatezza dei modelli mediante analisi dei residui, individuazione di eventuali scostamenti dalle ipotesi del modello e loro correzione. Validazione dei modelli di regressione. Regressioni e modelli matematici comunemente impiegati nell’ingegneria chimica. Introduzione al metodo delle superfici di risposta: metodo della salita più rapida, analisi di una superficie di risposta del secondo ordine.

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
... L’esame consiste in una prova orale che ha lo scopo di valutare sia la conoscenza delle tecniche di progettazione e analisi degli esperimenti illustrate nell’insegnamento, sia l’abilità dell’allievo nell’individuare il metodo più adatto per uno specifico problema. Le domande riguarderanno quindi sia la parte teorica, nella quale l’allievo dovrà dimostrare di conoscere e aver compreso le diverse tecniche e i loro fondamenti teorici (dimostrazioni incluse), sia la parte applicativa, nella quale all’allievo sarà richiesto di individuare la procedura più appropriata per risolvere un problema pratico.

Design and Analysis of Experiments di Douglas C. Montgomery. John Wiley & Sons Inc; 8th Edition (2012).

Al termine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di: - comprendere l'importanza della miscelazione sulle prestazioni dei reattori multifase; - comprendere l'importanza dei fenomeni di trasferimento di materia sulle prestazioni dei reattori multifase; - applicare i concetti presentati nelle lezioni alla progettazione dei reattori industriali.

I reattori chimici rappresentano il cuore del processo di trasformazione delle materie prime in prodotti finiti. L'insegnamento ha lo scopo di approfondire i principi di funzionamento ed il progetto dei reattori chimici multifase che rappresentano la più importante classe di reattori chimici con applicazioni industriali di processo. I reattori multifase sono sistemi in cui i reagenti si trovano in fasi diverse così come l’eventuale catalizzatore. Il loro progetto richiede la conoscenza delle problematiche di interferenza fra fluidodinamica, fenomeni di trasporto di materia e cinetica chimica e di come queste influenzino le prestazioni del reattore.

L’insegnamento verterà sui seguenti argomenti, con il relativo peso in crediti: Reattori Gas-Liquido e Liquido-Liquido: assorbimento con reazione chimica del primo e del secondo ordine, regimi di reazione lenta e veloce, fattore di amplificazione, numero di Hatta e numero di Hinterland, progetto preliminare di una colonna di assorbimento con reazione chimica. (1 cfu) Reazioni catalitiche eterogenee: modelli di Langmuir-Hinshelwood e Eley-Rideal, scelta del modello cinetico e valutazione dei parametri (approccio integrale e differenziale, regressione lineare, metodo della velocità iniziale). (1 cfu) Reazioni eterogenee in catalizzatori porosi: fattore di efficienza, modulo di Thiele, numero di Prater. (0.5 cfu) Reattori Solido-Fluido catalitici: modelli monodimensionali e bidimensionali, reattori a letto fluidizzato (modello di Kuni-Levenspiel), disattivazione ed avvelenamento dei catalizzatori, combustori catalitici. Reattori Solido-Fluido non catalitici (modello “shrinking core�). (2.5 cfu) Reattori trifase Solido-Fluido-Fluido: reattori slurry miscelati continui e semibatch; reattori a letto fisso (reattori Trickle Bed). (1 cfu) Mixing in sistemi monofase: micro e macromiscelazione. Interazione fra miscelazione e cinetica chimica, effetto sulla selettività di reazioni complesse. Modelli di micromixing: approccio Euleriano e Lagrangiano. Miscelazione in sistemi multifase (gas-liquido, liquido-liquido e solido-liquido). Scelta del sistema di agitazione e criteri di progettazione del reattore. Problematiche di scale-up. (2 cfu)

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
... L'esame finale mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle capacità obiettivo dell'insegnamento (descritte nel campo “Risultati di apprendimento attesi�) tramite una prova scritta di durata pari a tre ore ed una prova orale facoltativa. La prova scritta prevede sia la risoluzione di esercizi di calcolo sulla progettazione dei reattori chimici multifase sia la risposta ad alcuni quesiti teorici sui sistemi di miscelazione. Soltanto relativamente alla soluzione degli esercizi di calcolo gli studenti potranno consultare materiale didattico personale (libri, appunti, slides fornite a lezione). Il voto massimo di questa prova è pari a 28/30. La prova orale facoltativa, che potrà essere sostenuta soltanto dopo aver superato la prova scritta, prevede la risposta a domande specifiche (dimostrazioni e concetti) sulla progettazione dei reattori chimici multifase (esclusi i sistemi di miscelazione). L’esito della prova orale facoltativa potrà comportare un incremento o un decremento, variabile da 1 a 3 punti, del voto conseguito nella prova scritta. Elenco dettagliato degli argomenti oggetto della prova scritta e di quella orale sarà fornito all’inizio dell'insegnamento.

Slides delle lezioni o dispense saranno fornite in anticipo agli studenti. I seguenti testi sono consigliati per approfondire l'apprendimento: 1) Westerterp, Van Swaaij, Beenackers, 1984, Chemical Reactor Design and Operation, John Wiley & Sons. 2) Froment, Bischoff, De Wilde, 2011, Chemical Reactor Analysis and Design, John Wiley & Sons. 3) Levenspiel, 1999, Chemical Reaction Engineering, John Wiley & Sons. 4) Rawlings, Ekerdt, 2002, Chemical Reactor Analysis and Design Fundamentals, Nob Hill Publishing. 5) Salmi, Mikkola, Warna, 2011, Chemical Reaction Engineering and Reactor Technology, CRC Press. 6) Kunii, Levenspiel, 1991, Fluidization Engineering, Butterworth-Heinemann. 7) Harnby N., Edwards M.F., Nienow A.W., 1985, Mixing in the process industries. Butterworths, London. 8) Nagata S., 1975, Mixing. Principles and applications. Kodasha Ltd, Tokyo. 9) Paul E.L., Atiemo-Obeng V.A., Kresta S.M., 2004, Handbook of industrial mixing. Science and practice. Wiley Interscience (testo disponibile come ebook ad accesso gratuito http://www.biblio.polito.it/).

L’obiettivo dell’insegnamento è preparare gli studenti a comprendere in maniera approfondita i molteplici aspetti legati alla sostenibilità e ad applicare le conoscenze acquisite per analizzare e definire le caratteristiche di nuovi approcci tecnologici. In particolare, al termine del corso, lo studente sarà in grado di: comprendere come le attività industriali si integrino e interagiscano con i processi naturali, identificando le criticità e le opportunità di mitigazione; valutare la sostenibilità energetica, applicando opportune metodologie e indicatori (quali EROI ed EPT) per condurre un’analisi quantitativa; utilizzare un approccio sistemico per l’analisi dei processi e dei prodotti, seguendo i principi di LCA; definire nuove soluzioni tecnologiche, traducendo l’analisi critica e quantitativa in proposte concrete per la modifica e l’ottimizzazione delle tecnologie di produzione.

L’insegnamento è concepito per fornire agli studenti le conoscenze teoriche, gli strumenti analitici e le competenze pratiche necessari per affrontare in modo critico e quantitativo le sfide legate alla sostenibilità dell’industria chimica e di processo. In un contesto industriale in continua evoluzione, orientato alla decarbonizzazione e alla transizione energetica, diventa fondamentale comprendere come i processi produttivi possano essere ripensati per ridurre l’impatto ambientale, migliorare l’efficienza energetica e valorizzare le risorse rinnovabili. Il corso mira, dunque, a sviluppare la consapevolezza dei futuri ingegneri e tecnologi rispetto al ruolo strategico che l’industria chimica può (e deve) giocare nel raggiungimento degli obiettivi di sviluppo sostenibile. Il percorso formativo si articola su due assi principali. In primo luogo, lo sviluppo di un approccio critico, con applicazioni pratiche, alle tematiche inerenti al cambio di paradigma richiesto all’industria di processo. A questo fine, l’insegnamento prevede attività applicative ed esercitazioni in cui gli studenti metteranno in pratica gli strumenti teorici attraverso l’analisi di casi studio reali. Verranno trattati esempi relativi a diversi ambiti industriali (ad esempio biocombustibili, bioplastiche, trattamento acque), per evidenziare come le scelte tecnologiche influenzino gli impatti ambientali ed energetici complessivi. Sarà inoltre stimolata la discussione critica sulle sfide attuali e future della sostenibilità industriale, come la gestione del fine vita, il bilancio tra prestazioni tecniche ed ambientali, e la coerenza tra strategie aziendali e obiettivi climatici globali. Verranno introdotti i metodi per valutare gli impatti ambientali associati all’intero ciclo di vita dei prodotti e dei processi industriali, con particolare riferimento alla metodologia del Life Cycle Assessment (LCA). Si analizzeranno anche le performance energetiche dei processi tramite l’utilizzo di indicatori quantitativi quali il Energy Return on Investment (EROI) e il Energy Payback Time (EPT), sviluppando un approccio comparativo tra opzioni tecnologiche alternative. In secondo luogo, l’insegnamento esplorerà tecnologie emergenti per la produzione di energia e materiali in ottica sostenibile, includendo, tra gli altri, i sistemi di bioraffineria, i processi per la sostituzione delle materie prime fossili con risorse rinnovabili (biomasse, CO₂, ecc.), le metodologie applicate per la riduzione dei consumi energetici (pinch analysis), la semplificazione dei cicli produttivi e l’ottimizzazione delle utilities.

Principi di sostenibilità applicati all’industria chimica e di processo; trend sul fabbisogno energetico e materiale del futuro; principi della green chemistry; metodologie per l’analisi di sostenibilità energetica e indicatori energetici (EROI, EPT), fondamenti di Life Cycle Assessment (LCA); applicazioni del LCA a prodotti e processi chimici; produzione di biocombustibili; riciclo meccanico/chimico della plastica; fondamenti delle bioplastiche; metodologie per la riduzione dei consumi energetici (es. Pinch Analysis); eco-design e semplificazione dei cicli produttivi; sistemi di bioraffineria: struttura, funzione e potenzialità ; panoramica tecnica e quantitativa sulle principali fonti rinnovabili di energia energia eolica/solare/fotovoltaico; elettrificazione e stoccaggio chimico; sistemi di cattura, stoccaggio e utilizzo della CO2; applicazioni pratiche ed esercitazioni su strumenti di valutazione energetica e ambientale; gassificazione di biomasse

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
... L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale del corso e la capacità di applicare le conoscenze acquisite nell'analisi della sostenibilità energetica ed ambientale di impianti e processi. L'esame consiste preliminarmente nello sviluppo di un progetto di gruppo; la tematica affrontata e la formazione del gruppo sono oggetto di scelte del pool dei docenti durante il corso. La realizzazione del progetto è finalizzata ad applicare e sviluppare i concetti acquisiti nel corso al fine di prenderne consapevolezza, utilizzando i software di LCA e di ottimizzazione energetica, sviluppando un argomento di interesse della processistica chimica (e analizzandone la sostenibilità ) e proponendo una soluzione tecnologica innovativa e sostenibile. Il progetto sarà poi presentato mediante una relazione tecnica scritta e una presentazione orale, mediante supporto di slides, dai membri del gruppo. La relazione sarà consegnata a fronte di scadenze stabilite dai docenti. Il progetto riceve una valutazione valida per l’intero team, ma il successivo colloquio è individuale per ogni membro del gruppo e il voto finale è una media tra la valutazione comune del progetto e quella del colloquio orale, che dà luogo ad una valutazione per il singolo.

• "Energy for a Sustainable World", Nicola Armaroli and Vincenzo Balzani, WILEY-VCH, 2011 - "Efficiency and Sustainability in the Energy and Chemical Industries ", Jakob de Swaan Arons, Hedzer van der Kooi, Krishnan Sankaranarayanan, CRC, 2004 - "Designing for the Environment ", B. Ruggeri and A. Robasto, Ranieri Editore, 2002 - "Industrial Ecology" T.E.Gradel and B.R.Allenby, Prentice Hall, 1995 - "Energy and the wealth of Nations", C.A.S.Hall and Kent A.Klitgaard. Springer, 2012 - "Life Cycle Assessment of Renewable Energy Sources" A.Singh, D.Pant and S.I.Olsen Editors, 2013 Verranno inoltre forniti: materiale utilizzato in classe e studi approfonditi su argomenti specifici trattati a lezione.

The Structural Mechanics module aims to provide students with the knowledge required to understand the failure behavior of structural components under both static and cyclic loading conditions. It also enables them to perform the main calculations involved in the structural design and verification of pressure vessels and related components, in accordance with the technical guidelines defined by applicable standards. By the end of the module, students are expected to be able to carry out preliminary design and verification of key components used in power plants.

The module of Structural Mechanics aims at providing students with the fundamentals to understand, analyze, and critically assess the structural behavior of key components in power plants during service. The Structural Mechanics module covers the following topics: analytical models describing the mechanical behavior of structural materials, static failure mechanisms, and fatigue failure — including high-cycle fatigue, low-cycle fatigue, and thermomechanical fatigue — affecting both materials and components. Design and verification practices for pressure vessels will also be addressed, following both analytical methods and standards.

The Structural Mechanics module aims to provide an overview of the following topics: 3D stress and strain status. Stress vector and tensor. Principal stresses and principal directions. Stress status invariants. Hydrostatic and deviatoric stress status. Mohr circles for stress. Main loading conditions for beams. Deformation kinematics. Strain vector and tensor. Principal strains. Relation between stress and strain: Hooke’s law. Static resistance. Tensile test. Brittle and ductile materials. Failure criteria for brittle and ductile materials. Static safety factor against static failure. Effect of temperature on mechanical properties of metallic materials. Creep. Notch effect and stress intensity factor. Notch effect in static failure. Fatigue resistance. Phenomena related to fatigue and characteristic parameters. Whoeler (SN) diagrams: fatigue limit. SN material diagram estimation. Influence of mean stress: Haigh diagram. Influence of load, of dimensions, of surface finish and of notch. Component fatigue limit. Haigh diagram and SN component curves. Fatigue safety factor. Fatigue with variable amplitude stresses. Multiaxial fatigue. Cyclic and thermo-mechanic cyclic behavior: low-cycle fatigue, isothermal and thermomechanical. Parameters describing low cycle fatigue behavior and corresponding constitutive models. Parameters describing thermomechanical fatigue behavior and corresponding constitutive models. Damage models: classification, uniaxial models, multiaxial models. Residual life estimation. Case studies. Pressure vessels. Definition of the problem, differential equilibrium equation and its solution. Determination of stress status generated by internal and external pressure and by thermal gradient. Pipings. Axialsymmetric plates: axialsimmetric shells. Edge effect. Bolted joints, design and verification.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Prova pratica di laboratorio;
Exam: Written test; Optional oral exam; Practical lab skills test;
... The exam consists of two parts: a written test (numerical exercises) and an oral test (theory). The written test lasts 1.5 hours and includes two exercises, one for each module of the course. The type and complexity of the exercises are similar to those covered during class tutorials. Consultation of notes or any external material is not permitted during the written test, except for a single A3 sheet prepared by the student, containing formulas. The oral test will be scheduled according to a calendar published within one day after the written exam. It consists of one question on theoretical topics. To be admitted to the oral test, the student must obtain a score of at least 18/30 in both written exercises. During the oral test, students are required to bring a printed report of the experimental lab activity on strain measurement in pressure vessels. This report will be discussed with the professor, and up to 2 bonus points may be awarded and added to the average score (written + oral) of the Structural Mechanics module. At the end of the oral test, a score will be assigned for each module, based on the results of both the written and oral tests. The exam is considered passed only if the student obtains a grade of at least 18/30 in both the written and the oral tests. The final grade is calculated as the average of the scores obtained in the two modules. The written test is intended to assess the ability to solve practical problems involving material properties, failure mechanisms, and load-bearing models, reflecting real-world applications. The oral test evaluates the student's ability to reason beyond standard exercises, particularly in handling analytical models describing the behavior of materials and structures under operating conditions. This includes both the understanding of model assumptions and their application to case studies.

Students are warmly invited to attend both theory lectures and tutorials to better understand the content of the slides shared by the professor on the web teaching portal. Suggested books are: • Shigley's mechanical engineering design, Richard G. Budynas, McGraw-Hill Education • A textbook of machine design, R.S. Khurmi J.K. Gupta, McGraw-Hill Education • F. Cesari, D. Martini, I recipienti in pressione, Pitagora Editrice Bologna, 2012.

At the end of the course, the students should have a good knowledge of the main technologies for exploiting the solar source through thermal conversion. The 2 fields of application considered will be the civil construction sector, where Low-medium temperature (<100°C) systems (LTS) are used to meet heating, domestic hot water and cooling demands, and the concentrating solar power generation (CSP) plants. A core knowledge acquired will be to understand the coupling of transient and intermittent availability of the sources with the temporal profile of the demand, by the application of heat storage and automated controls. The students who successfully complete the course will be able to correctly design the main parts of the systems, evaluate the useful energy which may be produced, and make a cost-benefit analysis, also taking into account environmental impact issues.

The course covers the main technologies for exploiting low-medium temperature and concentrating solar systems, the methods to correctly design the installations, and to estimate their performance in terms of energy and economics outcomes.

Low-medium temperature solar thermal systems LTS (56h) • Solar source: position of the Sun in the sky; atmospheric models for clear and average skies; data bases of horizontal solar radiation energy; solar spectrum; solar irradiance components. • Solar collector typologies and definition of efficiency. Thermal balance of a solar collector and analysis of temperature profile of the plate. Hottel equation. Thermal and optical characterization of plate, glazed cover, ducts, and insulation. • The role of thermal storage and sizing criteria. Installation typologies, components and applications. Production of hot water for domestic and space heating uses. Methods for the evaluation of seasonal performance of solar thermal installations. The f-chart method. Software for the dynamic simulation of solar thermal installations (Polysun). • Analysis of as-built technical diagrams. Control, regulation and safety components. • Practical laboratory exercise with microcontrollers (like Arduino). • Solar cooling through absorption/adsorption refrigeration. Solar DEC (Desiccant Evaporative Cooling) system. • Cost-benefit analysis. • Some hints on solar district heating network and seasonal storage systems. • Recent research trends. Introduction to Concentrating Solar Power (CSP) technologies (24h) In this module an overview of the main CSP technologies (Parabolic Trough, Central Tower, Linear Fresnel, Stirling Dish) will be presented, with particular emphasis on the first two. The state of the art of each technology will be discussed, as well as the main physics principles, features and technical characteristics, together with an analysis of current and future R&D lines and trends. An overview of the commercial experiences worldwide will be given. In detail: • Motivation • Principles of concentration of Solar Radiation • Analysis of the most successful technologies so far - Parabolic Trough - Central Tower • Principles of energy storage in CSP plants • Modeling & Design tools: Optics – the open-source Tonatiuh code, Thermal fluid dynamics – commercial CFD codes at component level and tools for system-level modeling, Integration • Thesis opportunities

Modalita di esame: Prova orale facoltativa; Elaborato progettuale in gruppo; Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Exam: Optional oral exam; Group project; Computer-based written test in class using POLITO platform;
... The project discussion is part of the final mark and weights as 7/30 points. The project is developed during the course and 15 minutes discussion for each group is held before the end of May. The discussion is a team one, but individual scores will be assigned. The written examination consists of multi-answer questions, open question and/or short exercises concerning Low-medium temperature solar thermal systems (LTS) (including the experimental exercise and the guided visit) and Concentrated Solar Power (CSP), and, if the availability is confirmed, will be made in electronic form using PCs at LAIBs. The details of the grading of the different parts are: 7 points for the project, 25 for the written/electronic test (15 LTS and 10 points CSP), to reach a total of 32 points, corresponding to "30 cum laude".

• Notes from the teachers • Duffie & Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & sons, 4th edition, New York 2013. • Tiwari G.N., Solar Energy - Fundamentals, Design, Modelling, and Applications, CRC Press, 2002 • Bent Sorensen, Renewable Energy: Physics, Engineering, Environmental Impacts, Economics, Elsevier Associated Press, London, 2004. • Notes from the EnerMENA lectures on CSP

Transport phenomena and computational fluid dynamics (Computational fluid dynamics)By the end of this course, students will be able to: 1. Explain the fundamental governing equations of fluid flow, heat, and mass transfer relevant to chemical engineering processes. 2. Understand the principles of numerical discretization methods such as finite volume, finite difference, and finite element methods. 3. Set up and solve basic CFD problems involving laminar and turbulent flows using commercial or open-source CFD software. 4. Interpret and analyze CFD simulation results critically, identifying key flow features and transport phenomena. 5. Apply turbulence models and multiphase flow models appropriate to chemical engineering applications. 6. Design and implement CFD simulations for chemical reactors, separation units, and other process equipment. 7. Communicate CFD modeling results effectively through written reports and presentations.Transport phenomena and computational fluid dynamics (Transport phenomena)By the end of the course, students will be able to: 1. Explain the molecular basis of momentum, mass, and energy transport in fluids and solids. 2. Derive and interpret the fundamental transport equations (Navier–Stokes, Fick’s law, Fourier’s law) from first principles using conservation laws. 3. Analyze and solve steady-state and transient transport problems involving single or coupled transport mechanisms in various geometries. 4. Apply scaling and dimensionless analysis (e.g., Reynolds, Prandtl, Schmidt numbers) to assess the relative importance of different transport phenomena in a given system. 5. Develop and implement analytical solutions to transport problems, including complex boundary conditions or source terms. 6. Interpret transport behavior in complex systems, such as non-Newtonian fluids, multicomponent diffusion, and interfacial transport. 7. Critically evaluate and compare models for molecular transport in engineering and scientific applications. 8. Use transport theory to inform the design and optimization of chemical, biological, or mechanical processes.

Transport phenomena and computational fluid dynamics (Computational fluid dynamics)This course provides an introduction to the principles and applications of Computational Fluid Dynamics (CFD) with a focus on chemical engineering processes. Students will learn the fundamental mathematical models governing fluid flow, heat transfer, and mass transport, and how these models are discretized and solved using numerical methods. The course covers the formulation of governing equations, turbulence modeling, and multiphase flow simulation, emphasizing practical applications in chemical reactors, separation processes, and transport phenomena. Hands-on exercises using widely used CFD software allow students to develop skills in setting up, running, and interpreting simulations relevant to chemical engineering problems.Transport phenomena and computational fluid dynamics (Transport phenomena)This course introduces advanced concepts of molecular transport phenomena, which refer to the processes by which mass, momentum, and energy are transferred at the molecular level in a physical system. These phenomena arise due to molecular motion and interactions, and they form the basis of many macroscopic transport processes in fluids and solids. There are three primary types of molecular transport phenomena: 1. Momentum transport – also known as viscous flow or momentum diffusion. - Caused by molecular motion transmitting momentum from one part of a fluid to another. - Described by Newton’s law of viscosity, which relates shear stress to the velocity gradient in a fluid. 2. Mass transport – also called diffusion. - Refers to the movement of individual molecules from regions of high concentration to regions of low concentration. - Governed by Fick’s laws of diffusion. 3. Energy transport – or thermal conduction. - Involves the transfer of kinetic energy between molecules, resulting in heat flow from high to low temperature regions. - Described by Fourier’s law of heat conduction. Together, these transport mechanisms are described mathematically by partial differential equations derived from the conservation laws (mass, momentum, and energy), often forming the foundation of fluid mechanics, heat transfer, and mass transfer analyses in chemical engineering.

Transport phenomena and computational fluid dynamics (Computational fluid dynamics)1. Introduction to CFD - Overview of CFD in chemical engineering - Role and limitations of CFD simulations 2. Governing Equations of Fluid Flow - Conservation of mass, momentum, and energy - Navier–Stokes equations and assumptions 3. Mathematical Foundations and Numerical Methods - Discretization techniques: finite difference, finite volume, finite element - Grid generation and mesh quality - Spatial and time discretization, stability, boundedness, convergence, and accuracy 4. Boundary and Initial Conditions - Types of boundary conditions in CFD - Treatment of inlet, outlet, wall, and symmetry boundaries 5. Turbulence Modeling - Introduction to turbulence - Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equations - Common turbulence models: k-ε, k-ω, LES basics 6. Heat and Mass Transfer in CFD - Coupling of momentum, energy, and species transport - Simulation of reactive flows and chemical reactions 7. Practical CFD Simulations - Setting up CFD cases relevant to chemical engineering - Post-processing and interpreting results - Use of commercial and open-source CFD software (e.g., ANSYS Fluent, OpenFOAM) 8. Case Studies and Applications - CFD applications in reactors, separation units, and process optimization - Troubleshooting common CFD problemsTransport phenomena and computational fluid dynamics (Transport phenomena)1. Introduction to Molecular Transport Phenomena - Scope and importance in engineering and science - Continuum vs. molecular description - Overview of momentum, heat, and mass transport 2. Mathematical Preliminaries - Tensor notation and index rules - Conservation laws in integral and differential form - Constitutive relations 3. Momentum Transport (Newtonian and Non-Newtonian Fluids) - Molecular basis of viscosity - Derivation of the Navier–Stokes equations - Unidirectional flows and exact solutions - Creeping flow and lubrication theory - Introduction to non-Newtonian transport behavior - Introduction to turbulence 4. Energy Transport (Heat Conduction and Convection) - Molecular interpretation of thermal conductivity - Fourier’s law and energy conservation - Steady and unsteady conduction in various geometries - Convective heat transfer and boundary layer theory - Turbulent energy transport - Radiation 5. Mass Transport (Diffusion and Convection) - Fick’s laws and molecular diffusion - Diffusion in gases, liquids, and solids with and without chemical reactions - Unsteady diffusion and similarity solutions - Convective mass transfer and mass transfer coefficients - Multicomponent diffusion and Maxwell–Stefan equations - Turbulent mass transport and turbulence chemistry interactions

Transport phenomena and computational fluid dynamics (Computational fluid dynamics)Modalita di esame: Elaborato progettuale in gruppo; Transport phenomena and computational fluid dynamics (Transport phenomena)Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato scritto individuale;
Transport phenomena and computational fluid dynamics (Computational fluid dynamics)Exam: Group project; Transport phenomena and computational fluid dynamics (Transport phenomena)Exam: Written test; Optional oral exam; Individual essay;
... Transport phenomena and computational fluid dynamics (Computational fluid dynamics)At the beginning of the course, students are divided into groups of five and assigned a design project to be solved using CFD tools. Each group is guided throughout the semester in the development and implementation of their project, which involves applying the concepts and methods learned during the course to a realistic chemical engineering problem. At the end of the course, each group delivers a 30-minute PowerPoint presentation summarizing their work. The presentation is followed by a question-and-answer session, during which students are expected to discuss their results and demonstrate a solid understanding of both their specific project and the general CFD principles covered in the course. Despite group work, the final grade is assigned individually, based on individual performance.Transport phenomena and computational fluid dynamics (Transport phenomena)The exam consists of a mandatory written test with 3 exercises: one on momentum transport, one on energy transport and one on mass transport. This weights for 24 out of 30 scores. During the semester the students can take part to an eligible crowdgrading test. Three exercises are given to the students, which then upload them into a crowdgrader platform. The exercises are then graded anonymously by three other students, randomly selected by the platform. This weights 6 out of 30 scores. The students can then improve their grade with an eligible oral test covering all the topics of the course. During the oral test the students are asked to solve simple numerical problems or undergo theoretical derivations.

Transport phenomena and computational fluid dynamics (Computational fluid dynamics)Andersson B, Andersson R, HÃ¥kansson L, Mortensen M, Sudiyo R, van Wachem B. Computational Fluid Dynamics for Engineers. Cambridge University Press; 2011; https://doi-org.ezproxy.biblio.polito.it/10.1017/CBO9781139093590 Transport phenomena and computational fluid dynamics (Transport phenomena)Bird, R.B., Stewart, W.E. and Lightfoot, E.N. (2007). Transport Phenomena (Revised Second ed.). John Wiley & Sons.

At the end of this course, the student will be able to: - Understand the main phases of a data-driven modelling workflow: data collection, preprocessing, feature engineering, model training, validation, and testing. - Select and apply classical machine learning methods (regression, classification, clustering, SVM, ensemble methods) to engineering datasets. - Apply dimensionality reduction techniques (PCA, PLS) for process monitoring and fault detection. - Design, implement, and train fully connected and convolutional neural networks using PyTorch. - Understand the principles of surrogate modelling: replacing expensive physics-based simulations (e.g. CFD) with trained neural networks, and evaluating surrogate accuracy and generalization. - Formulate and solve optimization problems using trained ML surrogates, including gradient-based optimization through differentiable models. - Understand the concepts behind generative models (autoencoders, VAE) and their potential for inverse design. - Critically evaluate the strengths, limitations, and applicability of ML methods in chemical engineering contexts. - Deploy a trained ML model on physical hardware for real-time inference in a team project setting.

This course introduces the fundamental concepts of data-driven modelling and modern machine learning, with a specific focus on applications in process monitoring, surrogate modelling, and optimization for chemical engineering. Starting from data preprocessing and classical machine learning methods, the course progresses through neural network architectures — including convolutional neural networks — to the construction of surrogate models that can replace expensive numerical simulations. Students learn how to train, evaluate, and deploy ML models for engineering tasks such as process monitoring, anomaly detection, and design optimization. The course bridges the gap between the physics-based modelling students have encountered in earlier courses (transport phenomena, CFD) and modern data-driven approaches. A distinctive feature is the emphasis on surrogate modelling and ML-based optimization: students learn not only to build predictive models, but also to use trained surrogates as fast, differentiable proxies for simulation-based design and optimization. The course includes computer laboratory sessions with Python (NumPy, pandas, scikit-learn, PyTorch) and a hands-on team project involving the deployment of a trained ML model on physical hardware.

Data-driven modelling: datasets, preprocessing, feature engineering, training/validation/testing, bias-variance tradeoff, cross-validation. Classical machine learning methods: linear and nonlinear regression, regularization (Ridge, Lasso), logistic regression, decision trees, random forests, ensemble methods, support vector machines. Dimensionality reduction and latent-variable methods: PCA, PLS, and their application to process monitoring and fault detection (Hotelling's T², SPE statistics, contribution plots). Neural networks: fully connected architectures, activation functions, backpropagation, gradient descent and modern optimizers, regularization techniques (dropout, batch normalization). Convolutional neural networks (CNNs): convolution and pooling operations, feature maps, standard architectures, transfer learning. Application to image-based engineering data. Surrogate modelling: replacing expensive simulations (CFD, FEM) with trained neural networks. Dataset generation strategies, input/output design, accuracy evaluation. CNN surrogates for geometry-to-property prediction. ML for process monitoring and control: soft sensors, anomaly detection, fault classification. Data-driven models in model predictive control (MPC). Optimization with ML surrogates: gradient-based and gradient-free optimization, Bayesian optimization, optimizing through a differentiable surrogate, multi-objective optimization and Pareto fronts. Introduction to generative models: autoencoders, variational autoencoders (VAE), latent spaces, and the concept of inverse design. Practical project: deployment of a trained ML model on physical hardware (Arduino) for real-time inference, in small teams.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
... The assessment consists of a written exam and a group project. The written exam evaluates the theoretical and methodological knowledge acquired during the course. It includes short-answer questions and exercises covering data preprocessing, classical ML methods, PCA/PLS, neural network architectures, surrogate modelling, and optimization concepts. Duration: 90 minutes. Textbooks and notes are not permitted; an equation sheet provided by the instructor is allowed. The written exam accounts for 70% of the final grade (maximum: 21/30). The group project evaluates the ability to design, implement, and deploy a machine learning solution on physical hardware. Each team (2–3 students) delivers a working demo and a short written report documenting the approach, implementation choices, results, and limitations. The project accounts for 30% of the final grade (maximum: 9/30). The final grade is the sum of the written exam and project scores. The exam is passed if the total is at least 18/30 and neither component is below a minimum threshold (written ≥ 12/21; project ≥ 5/9). A grade of 30/30 with honors (lode) may be awarded when the total is 30 or above and the student demonstrates exceptional understanding in both components.

Main references (selected chapters): - S.L. Brunton and J.N. Kutz, *Data-Driven Science and Engineering: Machine Learning, Dynamical Systems, and Control*, 2nd edition, Cambridge University Press, 2022. - I. Goodfellow, Y. Bengio, and A. Courville, *Deep Learning*, MIT Press, 2016. Freely available at https://www.deeplearningbook.org. - A. Géron, *Hands-On Machine Learning with Scikit-Learn, Keras, and TensorFlow*, 3rd edition, O'Reilly, 2022. Lecture slides and curated reading lists will be made available through the course platform. Curated code repositories with Jupyter notebooks, datasets, and laboratory templates will be provided for reproducible exercises.

Applied physical chemistry (Physical chemistry of dispersed systems)The aim of the course is to provide students with the basic knowledge necessary to understand the main phenomena occurring in heterogeneous finely dispersed systems, and to quantitatively predict and control their dynamics. In particular, at the end of the course the student should know the main evolution mechanisms of a dispersion and be able to select proper methods to control or modify the size distribution and the morphology of a disperse phase.Applied physical chemistry (Statistical mechanics for chemical engineering)The aim of the first part of the course is to provide students with the basic knowledge necessary to understand the main phenomena occurring in heterogeneous finely dispersed systems, and to quantitatively predict and control their dynamics. In particular, at the end of the course the student should know the main evolution mechanisms of a dispersion and be able to select proper methods to control or modify the size distribution and the morphology of a disperse phase. As far as the second part of the course is concerned, at the end of the course the students will master basic concepts of quantum and statistical mechanics, will be able to understand the true molecular nature of chemical phenomena, described by the principle of thermodynamics. Students will also be able to apply these concepts to the practical atomistic and molecular simulations for the predictions of transport and equilibrium properties.

Applied physical chemistry (Physical chemistry of dispersed systems)The course is an introduction to the physical chemistry of finely dispersed systems. These systems are largely adopted in process engineering (environmental remediation, formulation chemistry, synthesis of pigments and catalysts) as well as in the production of different kinds of materials (biomaterials, ceramics, polymers and soft matter). The transformations in the dispersed state are strongly influenced by the high surface energy of the system and their study needs a peculiar approach, capable of linking information from the microscopic structure of the interface and the macroscopic global properties of the dispersion. The course begins with the macroscopic description of the interface provided by surface mechanics and thermodynamics, and subsequently moves towards the aspects related to the smallest scales: surface forces, charge separation and structure of interfaces. Finally, the modes of evolution of a disperse phase are examined and population balance method is introduced, as a tool to predict the dynamics of a disperse system.Applied physical chemistry (Statistical mechanics for chemical engineering)The first part of the course is an introduction to the physical chemistry of finely dispersed systems. These systems are largely adopted in process engineering (environmental remediation, formulation chemistry, synthesis of pigments and catalysts) as well as in the production of different kinds of materials (biomaterials, ceramics, polymers and soft matter). The transformations in the dispersed state are strongly influenced by the high surface energy of the system and their study needs a peculiar approach, capable of linking information from the microscopic structure of the interface and the macroscopic global properties of the dispersion. The course begins with the macroscopic description of the interface provided by surface mechanics and thermodynamics, and subsequently moves towards the aspects related to the smallest scales: surface forces, charge separation and structure of interfaces. Finally, the modes of evolution of a disperse phase are examined and population balance method is introduced, as a tool to predict the dynamics of a disperse system. The second part of the course is an engineering introduction to statistical mechanics. After a recap on the Hamiltonian and Lagrangian formalism and on wave mechanics some basic elements of quantum mechanics will be discussed. Simple examples, such as the particle-in-a-box model and the quantum harmonic oscillator, will be presented. Then the concepts of canonical ensemble and partition function will be introduced, together with the relationship of the most important thermodynamic quantities: internal energy, entropy, pressure, Helmholtz and Gibbs free energies and chemical potential. The course will conclude with the microscopic interpretation of thermodynamic principles and of chemical equilibrium. Practical hands-on sessions with a commercial (molecular dynamics) simulation suite are also foreseen.

Applied physical chemistry (Physical chemistry of dispersed systems)1: Mechanics and thermodynamics of interfaces (15 h) Surface and interfacial tension, Young-Laplace equation, capillary rise, contact angle; surface tension and stress in solids; Kelvin equation and capillary condensation; dynamic effects on surface tension and contact angle. 2. Structure of the solid-liquid interface and electrical double layer (15 h) Mechanisms of surface charge generation; ion distribution and charge distribution; Z potential and electrokinetic phenomena 3: Surface forces in dispersed systems (10 h) Van der Waals forces; Electrical double layer interaction; Electrostatic stabilisation of colloidal dispersions and DLVO theory; Steric stabilisation; Structural forces; Capillary forces. 4. Evolution of a disperse system (20 h) Aggregation-coalescence: kinetics and mechanisms (Brownian, shear flow, turbulent, inertia); Nucleation: primary homogeneous and heterogeneous, secondary; growth and dissolution; Introduction to the population balance approach: characterisation of a population of particles; prediction of the dynamics by the balance equation.Applied physical chemistry (Statistical mechanics for chemical engineering)Part I: Physical Chemistry of dispersed systems (60 h) 1: Mechanics and thermodynamics of interfaces (15 h) Interfacial tension, Young-Laplace equation, capillary rise, contact angle; adsorption and Gibbs isotherm; Kelvin equation and capillary condensation; dynamic effects on surface tension and contact angle. 2: Surface forces in dispersed systems (10 h) Van der Waals forces; Electrical double layer interaction; Electrostatic stabilisation of colloidal dispersions and DLVO theory; Steric stabilisation; Structural forces; Capillary forces. 3. Structure of the solid-liquid interface and electrical double layer (15 h) Mechanisms of surface charge generation; ion distribution and charge distribution; Z potential and electrokinetic phenomena 4. Evolution of a disperse system (20 h) Aggregation-coalescence: kinetics and mechanisms (Brownian, shear flow, turbulent, inertia); Nucleation: primary homogeneous and heterogeneous, secondary; growth and dissolution; Introduction to the population balance approach: characterisation of a population of particles; prediction of the dynamics by the balance equation. Part II: Statistical mechanics for chemical engineering (40 h) 1: Introduction and basic elements of quantum mechanics (15 h) 2: Basic elements of statistical mechanics (15 h) 3: Simulation of chemical systems with atomistic and molecular computational models (10 h).

Applied physical chemistry (Physical chemistry of dispersed systems)Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato scritto prodotto in gruppo; Applied physical chemistry (Statistical mechanics for chemical engineering)Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Applied physical chemistry (Physical chemistry of dispersed systems)Exam: Written test; Optional oral exam; Group essay; Applied physical chemistry (Statistical mechanics for chemical engineering)Exam: Written test; Optional oral exam;
... Applied physical chemistry (Physical chemistry of dispersed systems)The exam is aimed at ascertaining the knowledge of the subjects listed in the course syllabus and the ability to apply the theory and related calculation methods to practical applications. The written part of the test lasts approximately two hours. It contains short theoretical questions, to ascertain the knowledge of the basic aspects of the subject, and simple numerical problems to verify the ability to quantitatively predict the response of a system. No notes, handouts or books may be kept or consulted during the test. The result of the exam is communicated on the teaching portal, together with the date on which the students can view the test and give the optional oral exam. After the written test, the exam can be concluded (in this case the maximum grade is 27/30) or it can be continued with an additional oral exam, which aims at evaluating in depth the comprehension of the subject and the ability to apply the theoretical results.Applied physical chemistry (Statistical mechanics for chemical engineering)The exam consists in a written test that lasts approximately two hours and has to be solved without the use of books and handouts. It contains short theoretical questions, to ascertain the knowledge of the basic aspects of the subject, and some simple numerical problems to verify the ability to quantitatively predict the response of a system. After the written test, the exam can be concluded (in this case the maximum grade is 27/30) or it can be continued with an additional oral exam, which aims at evaluating in depth the comprehension of the subject.

Applied physical chemistry (Physical chemistry of dispersed systems)Some reference books are listed below. The teacher will suggest the proper bibliography. H.J. Butt, K. Graf, M. Kappl, Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley-VCH. J.C. Berg, An Introduction to Interfaces and Colloids: The Bridge to Nanoscience, World Scientific. P.C. Hiemenz, R. Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry, CRC Press. J.W. Mullin, Crystallization, Butterworth.Applied physical chemistry (Statistical mechanics for chemical engineering)Some reference books are listed below. The teachers will suggest the proper bibliography. H.J. Butt, K. Graf, M. Kappl, Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley-VCH. J.C. Berg, An Introduction to Interfaces and Colloids: The Bridge to Nanoscience, World Scientific. P.C. Hiemenz, R. Rajagopalan, Principles of Colloid and Surface Chemistry, CRC Press. J.W. Mullin, Crystallization, Butterworth. Hill, T.L., Introduzione alla Termodinamica Statistica, Piccin. Frenkel, Smit, Understanding Molecular Simulation, Academic Press Levine, Physical Chemistry, McGraw-Hill.

The students will learn the basic fundamental aspects of electrochemistry as a brief introduction, followed by a deep insight on electrochemical energy conversion and electrochemical power sources systems. The students will be able to choose the most appropriate electrochemical system for any thechological application, by critically consider the use of various electrode configurations (materials, position, three-dimensional factors, electro-catalytic aspects) and the most suitable design process.

The aims to illustrate the fundamental aspects of electrochemistry applied to process engineering, in order to discuss the applications of greatest interest in the sectors of electrochemical energy conversion and electrochemical power sources. Practical classes with exercises coupled with laboratories will allow students to gain knowledge on the design of such systems. In the case of lockdown or only online classes (instead of onsite classes) for sanitary reasons, practical classes and laboratories will be substituted by online seminars with experts on electrochemical energy conversion and electrochemical power sources systems.

The course will be subdivided int these topics: 1. Basic Principles (cell potential and thermodynamics; electrochemical kinetics; transport phenomena; analysis of electrochemical systems). 2. Fuel-Cell (fundamentals; applications: stack and system design). 3. Batteries (fundamentals; applications: cell and battery pack design). 4. Electrochemical reactors (redox-flow batteries; photoelectrochemical cells; energy storage and conversion systems). (Hybrid and Electrical Vehicles)

Modalita di esame: Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Group project;
... Students will be subdivided into groups. Each group will choose a topic from the theoretical lessons and will deliver a group presentation on the selected topic, by illustrating the theoretical concepts, and a practical application, to show the acquired knowledge and technical skills. The presentation must be delivered by the whole group, highlighting the contributions of each single student of the group. The evaluation of the preswentation and the following descussion is expressed in thirtieths and is done considering a) the correctness of the concepts expressed; b) the relevance of the information provided, c) the ability to respond clearly, precisely and rationally to questions of the teachers. In the case of particularly brilliant answers, the laude can be assigned.

The teachers will provide pdf copies of the slides used during the lessons, covering all the topics. Suggested books (not compulsory, only for consultancy): - K. Jüttner, Technical Scale of Electrochemistry, in Encyclopedia of Electrochemistry, Edited by A.J. Bard and M. Stratmann Vol. 5 Electrochemical Engineering. Edited by Digby D. Macdonald and Patrik Schmuki Copyright 2007, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. ISBN: 978-3-527-30397-7. - D.R. Crow, Principles and applications of Electrochemistry, 1994, 4th edition, Taylor & Francis Group, Boca Raton FL USA, ISBN: 978-0-7514-0168-4 - J. O'M. Bockris, A.K.N. Reddy, M. Gamboa-Aldeco, Modern Electrochemistry: Fundamentals of Electrodics, 2002, Kluwer Academic Publishers, ISBN: 0-306-46166-8 - J. Larminie, A. Dicks, Fuel Cell Systems Explained, Second Edition, 2003, John Wiley & Sons Ltd, England , ISBN: 0-470-84857-X

Obiettivo dell’insegnamento è far sì che l'allievo acquisisca le seguenti conoscenze: - problematiche di controllo di un processo; - caratteristiche dei sistemi non-lineari e delle problematiche di controllo che ne derivano; - metodologie e tecniche di progetto di sistemi di controllo multivariabile decentralizzato; - schemi di controllo delle più comuni apparecchiature dell'industria di processo; - normative da impiegarsi per redigere Process Flow Diagram e Piping & Instrumentation Diagram. Le abilità che lo studente deve acquisire sono pertanto le seguenti: - determinare i parametri di un processo lineare mediante procedure di identificazione in-linea; - studiare la dinamica di sistemi non lineari e proporre semplici schemi di controllo; - progettare un controllore multivariable decentralizzato; - definire lo schema di controllo di una apparecchiatura o di un processo. Ai fini dell'autonomia di giudizio e della comunicazione tecnica, al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di: - proporre uno schema di controllo per un processo; - redigere Process Flow Diagram e Piping & Instrumentation Diagram per descrivere il sistema di controllo di una apparecchiatura o di un processo; - progettare un sistema di controllo multivariable.

Insegnamento obbligatorio per la Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica e dei Processi Sostenibili, collocato nel I periodo didattico del II anno. Vengono approfondite le problematiche legate al controllo di processi industriali, con particolare attenzione ai sistemi non-lineari e multivariabile. Verranno inoltre studiati gli schemi di controllo di apparecchiature e processi industriali, nonché la documentazione utilizzata per descriverli (Process Flow Diagram e Piping & Instrumentation Diagram). Lo studente avrà quindi modo di acquisire competenze fondamentali per l'esercizio della professione, sia come ingegnere di processo, sia come ingegnere progettista.

• Identificazione di processi lineari mediante l'analisi della risposta a variazioni dell'ingresso a gradino e ad impulso e ad altre sollecitazioni. - Sistemi multivariabile lineari: studio della dinamica e di controllori decentralizzati. - PFD e P&ID: convenzioni delle rappresentazioni, normative. - Controllo di apparecchiature dell'industria di processo (scambiatori di calore, condensatori, colonne di assorbimento, colonne di distillazione, reattori, essiccatori, cristallizzatori). - Tipologie di controllori industriali (a relé, PID. PLC, SCADA, DCS). - Controllo di processi chimici: linee guida per la progettazione. - Sistemi non lineari: studio della dinamica. della stabilità . Sistemi di controllo per processi non lineari.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato grafico prodotto in gruppo; Elaborato scritto prodotto in gruppo;
Exam: Written test; Optional oral exam; Group graphic design project; Group essay;
... Per l'insegnamento di Controllo Avanzato la verifica dell'apprendimento avverrà mediante i seguenti strumenti: - un esame scritto, che ha l'obiettivo di verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese e l'autonomia di giudizio. A tal fine lo studente dovrà mostrare di essere in grado di risolvere problemi di identificazione di processo, di studiare sistemi non lineari e di progettare sistemi di controllo multivariabile decentralizzati, di proporre schemi di controllo per semplici processi chimici e di saper leggere/produrre un P&ID. La durata massima dell’esame scritto è di 2 ore, e non è consentito l’impiego di materiale didattico (libri, appunti, …). - una esercitazione di gruppo relativa allo sviluppo di un sistema di controllo multivariabile decentralizzato per un processo industriale consentirà di valutare la conoscenza degli schemi di controllo delle apparecchiature dell'industria di processo, delle problematiche di controllo di un processo e del formalismo e delle normative da impiegarsi per redigere PFD e P&ID, nonché l'autonomia di giudizio (necessaria per la scelta dello schema di controllo) e della comunicazione tecnica, attraverso l'elaborato finale. Trattandosi di un lavoro di gruppo, la valutazione individuale coincide con quella del gruppo. La valutazione finale deriverà per il 20% dalla valutazione dell’esercitazione di gruppo e per l’80% dalla valutazione dell’esame scritto. Se sia l'esame scritto che l'esercitazione progettuale risulteranno in una valutazione pari a 30/30, verrà assegnata la lode. Facoltativamente, lo studente potrà sostenere un esame orale, che consisterà nella discussione delle scelte adottate dagli allievi nella formulazione del sistema di controllo dell'impianto loro assegnato (esercitazione di gruppo), nonché di tutti gli argomenti dell’insegnamento. In questo caso, la valutazione che lo studente conseguirà deriverà per 1/3 dalla valutazione dell’esame orale, e per 2/3 dalla valutazione dell’esame scritto e della esercitazione di gruppo. In questo caso, se sia l'esame scritto, sia l'esame orale e l'esercitazione progettuale risulteranno in una valutazione pari a 30/30, verrà assegnata la lode.

Poiché questo insegnamento è una sintesi di molti aspetti del controllo di processo, è stato sviluppato materiale didattico apposito che non coincide con testi disponibili sul mercato. A questi si fa comunque esplicito riferimento nel materiale fornito, dove vengono consigliati testi per approfondimenti. Dispense con i contenuti delle lezioni ed i testi degli esercizi proposti vengono messi a disposizione agli studenti iscritti all'insegnamento mediante il Portale della Didattica all'inizio delle lezioni.

In TSA, obiettivo dell’insegnamento è l'acquisizione delle seguenti conoscenze: - principi di gestione della sicurezza; - metodologie per analizzare un processo e identificarne i comportamenti critici dal punto di vista della sicurezza; - calcolo della probabilità di accadimento di eventi indesiderati; - criteri di progettazione dei sistemi di protezione. Le abilità che lo studente deve acquisire sono pertanto le seguenti: - condurre una valutazione dei rischi (identificazione dei pericoli; valutazione delle probabilità di accadimento degli eventi indesiderati, stimare la relativa criticità e il comportamento dell’impianto dal punto di vista della sicurezza). - definire lo schema di protezione di una apparecchiatura o di un processo; Ai fini dell'autonomia di giudizio e della comunicazione tecnica, al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di: - ottimizzare il sistema di controllo e protezione di un processo sulla base della valutazione dei rischi. -- In ETS (Environmental Safety Engineering), the objective of the course is the acquisition of the following knowledge: - Safety management principles; - Methodologies to analyze a process and identify its critical behaviors from a safety perspective; - Calculation of the probability of occurrence of undesired events; - Design criteria for protection systems. The skills that students must acquire are therefore the following: - Conduct a risk assessment (hazard identification, assessment of the probability of occurrence of undesired events, estimation of the related criticality, and plant behavior from a safety perspective); - Define the protection scheme of a piece of equipment or a process. For independent judgment and technical communication sake, by the end of the course students will be able to: - Optimize the control and protection system of a process based on the risk assessment.

Tecnica della Sicurezza Ambientale, è dedicata alla progettazione basata sulla valutazione del rischio, con particolare riferimento ai sistemi di controllo e protezione delle apparecchiature e degli impianti.

• Rischio tecnologico. Definizione. Valutazione. Criteri di Tollerabilità (0,5 crediti). - Definizione e uso dell'affidabilità e della disponibilità di componenti e sistemi (1 credito). - Alberi dei guasti e Alberi degli Eventi. Quantificazione di affidabilità , disponibilità e rischi a supporto del risk based design. Dati affidabilistici (1,5 crediti). - Metodologie per l'identificazione dei pericoli negli impianti di processo. HazOp, FMEA, Dot Chart per gli impianti discontinui (1,5 crediti). - Sicurezza Funzionale e cybersicurezza (0.5 crediti) -- - Technological risk. Definition. Assessment. Tolerability criteria (0.5 credits). - Definition and use of reliability and availability of components and systems (1 credit). - Fault Trees and Event Trees. Quantification of reliability, availability, and risks to support risk-based design. Reliability data (1.5 credits). - Methodologies for hazard identification in process plants. HazOp, FMEA, Dot Chart for batch plants (1.5 credits). - Functional safety and cybersecurity (0.5 credits).

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
... Per l'insegnamento di Tecnica della Sicurezza Ambientale la verifica dell’apprendimento avverrà mediante i seguenti strumenti: - un esame scritto, che ha l'obiettivo di verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. A tal fine lo studente dovrà mostrare di essere in grado di risolvere problemi di identificazione dei rischi di processo, e in base ad essi proporre schemi di protezione per semplici processi chimici, e di saper leggere/produrre un P&ID. La durata dell’esame scritto è di 1,5-2 ore, ed è consentito l’impiego di libri, appunti, ed altro materiale didattico; - una esercitazione di gruppo relativa allo sviluppo del sistema di protezione per un processo industriale consentirà di valutare la conoscenza degli schemi di controllo e protezione delle apparecchiature dell'industria di processo, delle problematiche di sicurezza di un processo, nonché l'autonomia di giudizio (necessaria per la scelta dello schema di controllo e protezione) e della comunicazione tecnica, attraverso l'elaborato finale. La valutazione finale deriverà per il 20% dalla valutazione dell’esercitazione di gruppo e per l’80% dalla valutazione dell’esame scritto. Facoltativamente, lo studente potrà sostenere un esame orale, che consisterà nella discussione dei diversi argomenti dell’insegnamento. In questo caso, la valutazione che lo studente conseguirà deriverà per 1/3 dalla valutazione dell’esame orale, e per 2/3 dalla valutazione dell’esame scritto e della esercitazione di gruppo. -- For the Environmental Safety Engineering course, the assessment of learning outcomes will be conducted through the following tools: - A written exam, which aims to verify the acquisition of expected knowledge and skills. To this end, students must demonstrate the ability to solve process risk identification problems, propose protection schemes for simple chemical processes based on those risks, and read/produce a P&ID (Piping and Instrumentation Diagram). The written exam lasts 1.5 to 2 hours, and the use of books, notes, and other educational materials is permitted. - A group assignment concerning the development of a protection system for an industrial process. This will allow the evaluation of students' knowledge regarding control and protection schemes for process industry equipment and process safety issues. It will also assess their independent judgment (required for choosing the control and protection scheme) and technical communication skills through the final report. The final grade will be calculated as 20% from the group assignment assessment and 80% from the written exam assessment. Optionally, students may take an oral exam, which will consist of a discussion on the various topics covered in the course. In this case, the student's final grade will be determined as 1/3 from the oral exam assessment and 2/3 from the combined assessment of the written exam and group assignment.

Poiché questo insegnamento è una sintesi di molti aspetti della sicurezza di processo, è stato sviluppato materiale didattico apposito che non coincide con testi disponibili sul mercato. Dispense con i contenuti delle lezioni ed i testi degli esercizi proposti vengono messi a disposizione agli studenti iscritti all'insegnamento mediante il Portale della Didattica durante le lezioni. -- Since this course synthesizes many aspects of process safety, dedicated learning materials have been developed that do not correspond to textbooks available on the market. Lecture notes covering the course content and the texts of the proposed exercises are made available to enrolled students through the Student Portal (Portale della Didattica) during the course.

L’insegnamento fornisce le conoscenze di base dell’Ingegneria Chimica applicate ai processi biotecnologici industriali, con riferimento ai bioreattori, alle operazioni di upstream e downstream processing e alle principali applicazioni nei settori energetico, ambientale, alimentare e agritech. Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di: - applicare bilanci di massa ed energia a bioreattori e processi biotecnologici; - identificare le principali variabili operative che influenzano il funzionamento di un bioreattore; - analizzare strategie di produzione e recupero di bioprodotti; - interpretare semplici problematiche di scale-up di bio-processi industriali; - descrivere e analizzare criticamente semplici processi biotecnologici e le relative soluzioni operative. Lo studente svilupperà inoltre capacità di analisi e apprendimento autonomo attraverso attività di laboratorio, seminari, visite tecniche e progetti di gruppo.

L’insegnamento si propone di fornire le conoscenze di base relative ai processi biotecnologici industriali, a partire da fondamenti biochimici e microbiologici.mSaranno affrontate le principali fasi di un processo biotecnologico, dalle operazioni di upstream processing e bioreazione fino alle operazioni di downstream processing, con riferimento alle principali apparecchiature impiegate. Le conoscenze acquisite saranno applicate all’analisi di processi biotecnologici nei settori energetico, ambientale, alimentare e agritech, con particolare riferimento alla produzione sostenibile di bioprodotti ad alto valore aggiunto e fertilizzanti alternativi. L’insegnamento sarà inoltre integrato da attività di laboratorio su processi enzimatici e/o fermentativi condotti in bioreattori, comprendenti preparazione dell’upstream, conduzione della fermentazione e analisi dei risultati sperimentali. Il consolidamento delle conoscenze sarà supportato da visite tecniche, seminari tematici e progetti di gruppo finalizzati a fornire un’introduzione agli aspetti di scelta e dimensionamento preliminare delle apparecchiature per processi biotecnologici e relativa analisi tecno-economica.

PROGRAMMA Il corso introduce i principali processi biotecnologici industriali con riferimento agli aspetti operativi, impiantistici e applicativi. Alcuni richiami di microbiologia e biochimica verranno forniti a supporto della comprensione dei processi. Richiami introduttivi e coltivazione microbica • Biotecnologie industriali e sviluppo sostenibile • Richiami sui microrganismi di interesse industriale • Crescita cellulare e cinetiche di crescita • Formulazione dei terreni di coltura • Metodi di coltivazione: batch, fed-batch e continuo • Principali tipologie di bioreattori Processi biotecnologici e aspetti impiantistici • Operazioni di upstream nei processi fermentativi • Parametri operativi e controllo dei processi fermentativi • Principali operazioni di downstream processing • Principi di scale-up dei bioreattori • Cenni di dimensionamento delle apparecchiature per processi biotecnologici Processi biologici per energia, ambiente e bioprodotti • Digestione anaerobica per la produzione di biogas • Produzione biologica di bioidrogeno tramite dark fermentation • Compostaggio e trattamento di reflui organici e acque reflue in aerobiosi • Produzione di biopolimeri, con particolare riferimento al PHB • Cenni a processi innovativi per la produzione di bioprodotti ad alto valore aggiunto Esercitazioni e attività applicative Le lezioni teoriche saranno integrate da esercitazioni numeriche e applicative finalizzate all’analisi e alla comprensione dei processi trattati, con particolare riferimento ai processi di digestione anaerobica, produzione di bioidrogeno e compostaggio. Saranno inoltre svolte attività sperimentali di laboratorio su processi fermentativi e bioreattori, comprendenti preparazione dell’upstream, conduzione della fermentazione e analisi dei risultati sperimentali. Saranno inoltre presentati casi studio relativi alla sostenibilità di processi biotecnologici mediante approccio Life Cycle Assessment (LCA), con analisi dei risultati e discussione di possibili strategie di miglioramento dei processi. Particolare attenzione sarà dedicata alla stesura di relazioni tecniche, al fine di sviluppare capacità di comunicazione tecnico-scientifica utili per le attività di tesi e per il successivo inserimento nel contesto professionale.

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
... L’esame finale è costituito da: un colloquio orale sul programma del corso finalizzato a valutare la conoscenza e la comprensione degli argomenti trattati e la capacità di applicare le conoscenze acquisite all’analisi di processi biotecnologici. L’esame consiste in due domande di natura teorica e/o applicativa sui contenuti del corso. Valutazione massima: 20 punti; la valutazione facoltativa di attività sviluppate in gruppo durante il semestre. Le attività potranno comprendere (totale 10 punti): relazioni tecniche relative alle esercitazioni sperimentali di laboratorio sulla produzione biologica di bioidrogeno tramite dark fermentation e alle attività sui processi enzimatici; un mini-progetto riguardante il dimensionamento preliminare e l’analisi tecno-economica di una filiera biotecnologica, con preparazione di un report tecnico ed eventuale presentazione orale. Le attività progettuali e applicative saranno sviluppate durante il semestre mediante momenti dedicati nell’ambito delle lezioni e delle esercitazioni. La partecipazione ad attività integrative quali visite tecniche, seminari ed esercitazioni applicative potrà concorrere alla valutazione finale con un bonus di punteggio. La frequenza alle attività integrative e di laboratorio è fortemente consigliata in considerazione della natura applicativa dell’insegnamento. In caso di periodi di mobilità internazionale e/o impossibilità a frequentare le attività proposte, potrà essere concordato un progetto individuale alternativo.

I seguenti testi sono consigliati come riferimento per gli argomenti trattati a lezione: • Biochemical engineering fundamentals, J.E. Bailey, D.F.Ollis, Mc Graw Hill, 1986 • Biotecnologie microbiche, Stefano Donadio, Gennaro Marino, Casa Editrice Ambrosiana, 2008 • Biologia dei microrganismi. Microbiologia generale, ambientale e industriale, Brock, Pearson, 2016 • BioH2 & BioCH4 Through Anaerobic Digestion, B. Ruggeri, T. Tommasi, S. Sanfilippo, “ Springer-Verlag, 2015 - M.L. Shuler, F. Kargi • Biochemical Engineering: A Textbook for Engineers, Chemists and Biologists. 2nd Edition, Shigeo Katoh, Jun-ichi Horiuchi, Wiley-VCH. Verrà altresì fornito il materiale sia di supporto condiviso in aula, che di approfondimento su argomenti specifici trattati a lezione.

The students will be able to apply the acquired knowledge to understand and evaluate the criticalities deriving from the interaction between anthropic activities and environmental matrices and to select the proper treatment technologies in order to avoid any environmental damages. He/she will be able to perform preliminary dimensioning concerning waste, wastewater and gaseous emissions plants.

In the courses the main key environmental problems are introduced: full sustainability and its compatibility with greenhouse gases reduction, energy efficiency and sources, circular economy concerning materials and water. Different approaches useful for environmental protection are introduced, with reference to the adoption of prevention policies, the use of economic and financial tools, the fixation of rules. Applied treatments concerning waste, waters and gaseous emissions will be presented with the objective to increase the environmental sustainability of activities and processes. The course is organized in four modules. I module (10 h) - Tools for the realisation of environmental sustainable solutions. Clean technologies, modification of industrial processes, intervention on raw materials and on the employed resources. Adoption of prevention policies, the use of economic and financial tools, the fixation of rules Physical, biological and chemical processes applied to solid, liquid and gaseous residues. Examples of circular economy appied to materials and water. II module (20 h) - Physical, biological and chemical processes applied to solid, liquid and gaseous residues. Formation of urban solid wastes, prevention, different collection systems, reuse and recycle. Treatment of urban solid wastes: separations, composting, anaerobic digestion, thermal utilisation, landfill. Treatment of industrial wastes, valorisation, destruction, segregation. III module (10 h) - Principles for atmospheric emissions limitation, planning solutions, scenarios for modification of processes and plants. Treatment for pollutants abatement in gaseous emissions. IV module (20 h) - Selection of primary sources, characteristics for water supply. Primary water treatment: aeration, sedimentation, filtration, disinfection, adsorption, chemical treatments. Treatment of industrial wastewater: physical, physico-chemical, chemical, biological operations. Generation and management of sludges coming from water treatment.

E' possibile sostenere l?esame in anticipo rispetto all?acquisizione della frequenza

Material available on the web (portale della didattica): lecture slides, limited portions of reference books; scientific papers as further readings.

Thanks to a number of theoretical lectures, the student has the opportunity of learning the basic principles of energetic, exergetic and second law analysis of energy conversion processes as well as the main components utilized in the energy storage devices. Those lectures will also help students to have a coherent vision of the matter and make an aware use of design tools that are discussed during the course. We expect students to acquire the ability of estimating energetic and exergetic performance of both reversible and irreversible energy conversion and storage systems. Such an ability is essential for helping students in strengthening their problem-solving attitude. Regarding the electricity transport and distribution, the students will acquire the knowledge on the structure of the electrical system. The students will be able to handle the fundamental variables of the electrical system (voltage, current and power, both active and reactive), recognize the main components of the electrical system (lines, transformers, converters and protection devices), and evaluating the performance of the last-mile electrical chain (transformer, line and load), also in the presence of power factor correction. All this will be pursued by: 1) case study discussion; 2) experiments in the laboratory (depends on availability during current year); 3) analysis and design of energy conversion and storage problems selected in collaboration with the lecturers.

The great challenge of global warming in addition to the current geopolitical energy issues require future engineers to have significant competencies in analyzing and governing energy management processes. Moreover, the increasing adoption of renewable energy sources imposes an up-to-date knowledge and capacity of evaluating the performance and appropriateness of conversion, transport and storage of energy in different forms. In the first part of this course, the basic tools for analyzing the efficiency of energy conversion processes from the first, second and exergetic perspective will be discussed. Moreover, basic knowledge about the systems to transport and distribute electricity will be addressed. Afterwards, technologies for energy storage in different forms will be presented with a special focus on mechanical, electrochemical and thermal energy. Finally, some specific aspects on renewable energy generation, transport and storage will be presented during dedicated visits and laboratory activities. Visits and laboratory activities could cover several aspects: the design and evaluation of micro-wind systems, estimating the operation of a solar concentrator, a photovoltaic system and a geothermal heat pump; as well as being able to study the operation of an electrical storage system based on lithium-ion batteries and thermal storage based on phase change and other materials.

The course topics can be categorized in the following five sections. For each section, the foreseen amount of dedicated time is also specified: Introductory part and reminders (10% of the total time): Introduction to the course and brief review of basic notions useful to the comprehension of physical phenomena underpinning energy conversion, transport and storage. Brief review of some of the most important relationships in applied thermodynamics. Brief review of the main heat transfer mechanisms, design of heat exchangers with and without fins. Basic reminders on chemical kinetics. Reminders of basic electrical quantities (voltage, current, active and reactive power). Use of Direct Current and Alternating current (single-phase and three-phase) in electrical applications. Calculation examples. Fundamentals of energy conversion (25% of the total time) Basic equations describing heat and mass transfer phenomena in continuum media with special focus on the conservation of mass, momentum, energy and entropy. Discussion on the integral equations for analyzing both closed and open energy conversion systems. Technical formulation of integral equations. Physical meaning of irreversibility. Correct calculation of irreversibility by practical formulas. Exergy balance in energy conversion systems. Exergy and internal exergy for simple material models (ideal gas and incompressible substances). The theorem of Guy-Stodola. Physical meaning of exergy. Efficiency according to the second principle. Examples of exergy analysis. Exergy diagrams. Thermodynamic diagrams. Examples of applications. Fundamentals of energy transport (25% of the total time) Structure of the power system: production, transport, distribution and utilization. Voltage levels in the power system. Modeling of the electrical lines: PI-model and its simplification according to the voltage level. Voltage drop and power factor correction. Efficiency of the line. Structure and principle of operation of single-phase and three-phase transformers. Open-circuit and short-circuit test on the transformer. Equivalent circuit. Efficiency of the transformer. Structure and principle of operation of power converters. Short circuit currents (three phase, single-phase, phase-to-phase faults). Circuit-breakers in High Voltage, Medium Voltage and Low Voltage circuits. Examples of applications. Fundamentals of energy storage (25% of the total time) Introduction to the importance of energy storage. Overview on the most common and mature mechanical energy storage technologies: compressed air and pumped hydro-storage plants. Flywheels. Energy storage in gaseous springs. Gravity energy storage technologies. Fundamentals of lumped parameter modelling of mechanical energy storage systems. Fundamentals of electro-chemical energy storage systems. The issue of deep cycling, depth of discharge, battery capacity and other main figures of merit of storage systems. Overview on the three forms of thermal energy storage. Materials and plant layout for sensible heat storage. First and second law efficiencies. Simplified energy and exergy analysis of stratified sensible heat storage. Classification of the most common materials for latent heat storage applications (organic, inorganic and eutectic). The choice of the optimal PCM material from the exergetic perspective. Discussion of ideal and real sorption thermal energy storage cycles. Simplified models for describing sorption phenomena (Dubinin-Astakhov and Langmuir). Numerical examples of sorption heat storage systems. Laboratories activities (15% of the total time) In addition to the above theoretical lectures, the following activities are foreseen. • Detailed technical tour of the facilities at the Energy Center Lab. Starting from the thermal plant whose components are: open geothermal heat pump with groundwater well, connection to the urban district heating network, solar thermal collectors, sensible heat storage volumes. Other test beds may concern micro wind turbines, a photovoltaic solar system with an installed power of about 50 kW, a geothermal heat pump that exchanges heat with the ground, a solar concentrator, electrical storage systems with lithium ion batteries, sensible heat and latent heat thermal storage systems. A special focus will be placed on some of the systems mentioned, for which calculation/design exercises will also be carried out. • Visit to one of the MV/LV substations of Politecnico di Torino. The students will have the possibility to see all the components described during the lecture in a real layout, which will be helpful in the subject understanding.

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
... The exam lasts around 30 minutes and consists of an oral discussion with the Exam Commission. The student will be asked 3 questions: One on the energy conversion part, the other on the energy transport and the last on the energy storage (or alternatively on energy generation by renewable sources). Each answer will be graded up to 11 points. The total score is given by the sum of the three parts. The minimum score to pass the exam is 18. Students exceeding 31 points will pass the exam “cum laude�. During the exam, it is possible to use pens, papers and calculators for sketching and as a support for the answers. The exam aims at assessing that the expected learning outcomes as detailed above have been achieved and more specifically to which level the student: • Has understood the most important fundamental aspects of the course topics on energy conversion, transport and storage technologies; • Is capable to deal with practical aspects and ability in analyzing performance of energy conversion, transmission and storage technologies on specific cases.

• Notes provided by the lecturers - I. Dincer, M.A. Rosen, "Thermal Energy Storage Systems and Applications", John Wiley & Sons, 2nd Edition, 2011; - R. Schloegl (ed), Chemical Energy Storage, De Gruyter, 2013; - A. Bejan, "Advanced Engineering Thermodynamic", John Wiley & Sons, 1997; - A. Bejan, A.D. Kraus (Editors), "Heat Transfer Handbook", John Wiley & Sons, 2003; - Callen, H. B. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, 1998 - M. Ceraolo, D. Poli, Fundamentals of Electric Power Engineering, Wiley & IEEE, 2014.

L'insegnamento consentirà di raggiungere i seguenti obiettivi: -Gli studenti saranno in grado di individuare e affrontare le sfide tecniche più importanti dell’industria chimica. -Gli studenti avranno a disposizione una serie di nuove tecnologie che potranno essere applicate a processi chimici già esistenti oppure concepire processi nuovi più efficienti, più compatti, più sicuri, più sostenibili e con costi minori rispetto a quelli convenzionali. - In generale, gli studenti saranno indirizzati verso la multidisciplinarietà , imparando a sfruttare le loro conoscenze in altri settori (come l’elettrochimica, la fisica, l'elettronica, ecc.), incorporandole in nuove soluzioni applicate all'industria di processo.

Dovendo affrontare numerosi sfide, quali la riduzione dei consumi energetici, lo smaltimento di rifiuti o il miglioramento degli aspetti economici e ambientali, l'industria chimica è costantemente alla ricerca di nuove soluzioni per soddisfare delle esigenze in continua evoluzione. Questo corso riguarderà le tecniche di intensificazione di processo, con particolare enfasi sulla loro applicazione nell'industria chimica di processo. L’utilizzo di tecniche di intensificazione permette di rendere i processi industriali più compatti, più puliti, più efficienti dal punto di vista energetico e più produttivi. In questo contesto, le strategie di intensificazione di processo possono portare a diversi vantaggi: un risparmio energetico che può andare dal 20 all'80%, una riduzione dei costi (CapEx e OpEx) dal 20% all'80%, una riduzione dei rifiuti da 10 a 1000 volte superiore rispetto ai processi convenzionali, e infine un rilevante miglioramento del rendimento e della selettività del processo. L'intensificazione di processo è una disciplina fondamentale per rendere il nostro sistema produttivo più sostenibile ed efficiente.

L'insegnamento sarà composto da quattro fasi. Inizialmente verrà fatta una panoramica generale dell'industria chimica, identificando le sue sfide e le possibili soluzioni. Successivamente, si studieranno la situazione generale dei processi di intensificazione e le forze trainanti che identificano le unita più utilizzate nell'industria chimica. Dopo di che, verranno approfondite le tecniche di intensificazione, dividendole in 4 macro settori: -STRUTTURA, approccio spaziale -ENERGIA, approccio termodinamico -SINERGIA, approccio multifunzionale -TEMPO, approccio temporale In ultimo, si valuteranno le barriere e le opportunità per quanto riguarda le tecniche di intensificazione di processo.

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Individual essay; Group project;
... Alla fine della seconda fase del corso, gli studenti saranno tenuti a redigere un elaborato individuale, dove valuteranno una tecnica di intensificazione applicata a un processo chimico convenzionale. Il docente assegnerà ad ogni studente una tematica da approfondire e dedicherà un'intera lezione a spiegare come dovrà essere svolto l'elaborato. A conclusione del corso, la verifica dell'apprendimento avverrà mediante un esame orale. Gli studenti saranno precedentemente divisi dal docente in gruppi e verrà assegnato loro un caso di studio. La lunghezza dell'elaborato di gruppo, i contenuti da includere e i tempi di consegna saranno spiegati in una lezione dedicata. Durante l'esame orale sarà valutata la capacità degli studenti di applicare le tecniche di intensificazione di processo imparate durante il corso e di esporre tecnicamente le loro scelte ingegneristiche. Il voto finale deriverà per il 30% dalla valutazione dell’elaborato scritto individuale e per il 70% dalla valutazione dell’esame orale.

Il materiale didattico sarà messo a disposizione degli allievi del corso tramite il portale della didattica. Per ulteriori approfondimenti gli studenti potranno consultare la seguente bibliografia: -A. Stankiewicz, T. Van Gerven, G. Stefanidis. The Fundamentals of Process Intensification, Wiley-VCH, 2019, ISBN: 978-3-527-68015-3 -K. Boodhoo, A. Harvey. Process Intensification for Green Chemistry: Engineering Solutions for Sustainable Chemical Processing, John Wiley & Sons, Ltd, 2016, ISBN:978111849852 -D. Reay, C. Ramshaw, A. Harvey – Process Intensification. Engineering for Efficiency, Sustainability and Flexibility, Butterworth-Heinemann, 2013, ISBN: 9780080983042 -J. G. Segovia-Hernández, A. Bonilla-Petriciolet. Process Intensification in Chemical Engineering, Springer, 2016, ISBN 978-3-319-28392-0

L'insegnamento si propone di sviluppare la capacità di sintesi delle conoscenze acquisite nel percorso formativo caratterizzante l'ingegnere chimico, di utilizzo di informazioni sperimentali, e di assumere decisioni progettuali.

Il modulo di "Progettazione di processi innovativi" si propone lo studio completo di una rotta processistica assegnata, con una esercitazione progettuale da condurre in gruppo. L'obiettivo del corso è di consolidare e mettere in pratica le conoscenze teoriche acquisite negli studi precedenti, e acquisire personalità ed indipendenza nelle scelte progettuale.

L'attività progettuale si applica alla definizione di un processo innovativo, le cui fasi sono: - ricerca e valutazione di dati (brevetti, letteratura scientifica); - schema a blocchi (progettazione concettuale); - PFD e ingegneria di base (bilanci di proprietà , dimensionamento apparecchiature); - ingegneria di processo (schema di controllo, valutazioni di affidabilità , fogli specifica, manuale operativo). Il lavoro di gruppo è condotto in maniera strutturata, con una suddivisione di compiti e responsabilità tra i membri del gruppo stesso.

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
... Il progetto verrà valutato sulla base della documentazione progettuale fornita dai gruppi di studenti al termine dell'insegnamento, che verrà visionata e corretta prima di una presentazione finale (durante la sessione d'esame) in cui le scelte progettuali saranno motivate e difese di fronte ad una commissione giudicatrice. Obiettivo dell'esame orale è accertare la capacità dello studente di elaborare e motivare scelte progettuali, e di esporre in maniera tecnicamente corretta il proprio lavoro.

The students should develop the ability to identify the best methodologies to apply in order to obtain a free substance that can be used as a raw material both from natural resources and from waste. The student shall have the possibility of testing the physical and mechanical properties of some minerals/rocks and some recyclable waste substances in the laboratory and by means of different separation methodologies to reach a valuable yeld of the desired substance. At the end of the course, the students shall be able to plan a process treatment obtaining the free raw material from the additional components to which it is connected in nature if dealing with minerals, or in the commercial product, if dealing with wastes. The analysis and observation capacities acquired over the three year degree course shall be necessary for this purpose.

The aim of this course is to offer an outline of the technologies employed in the processing of raw materials. By raw materials we mean solid georesources with a market value destined for use in industry, while by secondary materials we mean those materials that are recovered from waste. Knowledge of the properties of solids shall be the starting point for the identification of the best physical and mechanical process techniques to adopt to obtain a raw or a secondary materal. The operations that shall be considered include solid separation and treatment methodologies based on the physical and mechanical properties of the materials. Some of the most important examples of mineral and solid waste processing for the production of primary and secondary materials shall be examined, and at the end of the course the students shall be able to design a treatment plant on the basis of the knowledge acquired during the course.

Concepts on primary and secondary raw materials. Solid georesources production and economic layout. UE guide lines on soustainability Sampling - Concepts on liberation of the grain, yield and concentration - Separation and recovery efficiency Physical and mechanical main properties - laboratory test methods General concepts pertaining to comminution. Alternative and rotating crushing machines; roller mills, impact crushers, milling, general concepts and technologies pertaining to screening industrial classification in a fluid medium, by fall, counter-current, mechanical, centrifuge, the pneumatic classifying systems, sink-float separation, hydraulic and pneumatic table flotation, magnetic separation, electric separation Natural stones and aggregates - laboratory test for CE marking of natural stones and aggregates - the weathering of natural stone – the ageing tests – in situ measurements Examples of mineral processing plants: minerals for the glass, ceramic and refractory industries, limes and cement, gold suphides coal iron Waste management. Evolution of the concepts pertaining to wastes, differentiated collections and consortiums; UE guide lines on wastes and recycling Recycling quality standards and technology the recycling of electric and electronic waste, inert waste from construction and demolition, aluminium and other metals, glass, paper, plastic, compost, tyres. Flowcharts. Solid waste pre-selection plants.

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
... The final evaluation is the weighted average of the following three phases: 1) the project of treatment will be presented by each group on the last day of the lesson, to the colleagues of the course and to the experts called by the teacher (time for each presentation: 15 minutes) . Its rating will weigh as much as 50% of the final vote. 2) Each student must deliver at least two days before the final examination a report on one of the didactic visits and a second report on one of the laboratory exercises carried out. The vote attributed to the reports will weigh for a quarter of the final vote. 3) The oral examination, which will weigh for the last quarter, will consist of a question related to the subjects of the course not addressed in the project and in the reports.

Notes shall be made available by the lecturer. Moreover, the following texts can be consulted in DIATI library: Barry A. Wills - Mineral Processing Technology : An Introduction to the Practical Aspects of Ore Treatment and Mineral Recovery, Edition 7, 2011, Butterworth-Heinemann Gupta and D. S. Yan - Mineral Processing Design and Operation : An Introduction, 2006, Elsevier Manning D.a.C. Introduction to industrial minerals. Chapman and Hall Ed. , 1995 Industrial Minerals (periodic)

Al termine dell’insegnamento, studenti e studentesse avranno acquisito una conoscenza e una comprensione approfondita delle principali definizioni nonché dei dibattiti relativi alla diplomazia tecno-scientifica, così come dei processi storici che hanno caratterizzato le relazioni tra progetti tecnico-scientifici e dinamiche internazionali. Saranno inoltre in grado di applicare tali conoscenze per sviluppare una visione critica delle motivazioni complesse che guidano la cooperazione tecno-scientifica a livello globale, e di individuare le problematiche specifiche del settore tecnologico nei processi di diplomazia e nelle relazioni internazionali contemporanee.

La diplomazia tecno-scientifica è un ambito in crescente rilievo nel dibattito accademico e politico, che riguarda l’interazione tra scienza, tecnologia e relazioni internazionali. Enti nazionali e sovranazionali, come l’Unione Europea, la includono tra le priorità strategiche per affrontare sfide globali come il cambiamento climatico, la sicurezza energetica e la regolazione delle tecnologie emergenti. Il ruolo della cooperazione tecnico-scientifica si rivela centrale anche in situazioni di crisi geopolitica, come dimostra il caso del progetto ITER, in cui la collaborazione tra Unione Europea, Stati Uniti e Russia è proseguita nonostante le tensioni legate alla guerra in Ucraina. L'insegnamento introduce studenti e studentesse alle pratiche storiche e contemporanee della diplomazia tecno-scientifica, evidenziando come oggetti, infrastrutture, standard, progetti e conoscenze tecnico-scientifiche influenzino le relazioni tra Stati. Attraverso l’analisi di casi studio ed esempi concreti, l’insegnamento fornisce strumenti per comprendere criticamente il ruolo della tecnica e della tecnologia nelle dinamiche globali e per formare ingegneri, architette, architetti, e designer in grado di operare in contesti internazionali complessi.

1. Che cos’è la diplomazia tecno-scientifica (9 ore) La parte introduttiva dell'insegnamento è dedicata alla presentazione delle principali nozioni, definizioni e concettualizzazioni della diplomazia tecno-scientifica, con l’obiettivo di fornire una base teorica per l’analisi dei casi e delle pratiche contemporanee. 2. Critiche alla retorica della diplomazia tecno-scientifica (11 ore) A partire dall’analisi di esperienze e istituzioni spesso citate come esempi di diplomazia tecno-scientifica, si esamineranno le principali critiche a una narrazione idealizzata e apolitica del ruolo della scienza e della tecnologia nelle relazioni internazionali. 3. Storia delle relazioni tra scienza, tecnologia e relazioni internazionali (20 ore) Questa sezione esplorerà lo sviluppo storico del ruolo della scienza e della tecnica nello Stato e nella diplomazia, dalla seconda metà del XIX secolo fino all’epoca contemporanea. Saranno analizzate le trasformazioni politiche, istituzionali e culturali che hanno ridefinito queste relazioni nel tempo. 4. Analisi di casi studio (20 ore) Questa parte dell'insegnamento sarà dedicata a un’analisi approfondita di casi concreti di diplomazia tecno-scientifica, attraverso progetti internazionali o strategie statali. Saranno discussi esempi come: - il ruolo della scienza e della tecnica nella politica estera di vari stati, tra cui Cina e Stati Uniti; - la geopolitica dello smartphone e la guerra dei chip; - il ruolo del CERN nell’integrazione europea nel passato e nel presente; - il progetto ITER e la fusione nucleare come strumenti di distensione politica alla fine della Guerra Fredda; - intelligenza artificiale, interessi nazionali e diplomazia.

Modalita di esame: Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Exam: Computer-based written test in class using POLITO platform;
... L’esame consiste in una prova scritta della durata di 2 ore, composta da: 10 domande a risposta multipla (ognuna con quattro opzioni, una sola corretta); 2 domande a risposta aperta. Ogni risposta corretta vale +2 punti. Le risposte errate o non date valgono 0 punti. Le domande a scelta multipla sono progettate per verificare la conoscenza e la comprensione da parte di studenti e studentesse delle principali definizioni e concettualizzazioni di diplomazia tecno-scientifica, delle critiche ad essa rivolte, nonché dei processi storici analizzati durante l’insegnamento. Esse contribuiscono alla valutazione dei primi due risultati di apprendimento attesi, ovvero: la comprensione dei dibattiti e delle definizioni chiave; e la conoscenza dei principali sviluppi storici del rapporto tra scienza, tecnica e relazioni internazionali. Ciascuna risposta aperta può ottenere un massimo di 5 punti. Le domande aperte valutano la capacità critica di applicare le conoscenze acquisite, discutendo in autonomia due dei casi studio affrontati nell'insegnamento. In particolare, misurano la capacità di: sviluppare una riflessione autonoma sulle motivazioni complesse che guidano la cooperazione tecno-scientifica internazionale; individuare e analizzare le problematiche specifiche del settore tecnologico nei processi diplomatici. Tali aspetti corrispondono ai restanti risultati di apprendimento attesi, relativi alla capacità di analisi critica, autonomia di giudizio e applicazione contestuale delle conoscenze. Durante la prova scritta non è consentito consultare testi, appunti o materiali didattici, né utilizzare dispositivi digitali con accesso al web (smartphone, smartwatch, tablet, ecc.). L’esame è considerato superato con un punteggio minimo di 18/30. Il punteggio massimo conseguibile è 30/30. L’esito della prova scritta sarà comunicato su portale della didattica entro una settimana dallo svolgimento dell’esame.

Bibliografia essenziale: - Ruffini, Pierre-Bruno. Science and Diplomacy: A New Dimension of International Relations. New York, NY: Springer Berlin Heidelberg, 2017. - Royal Society/AAAS. New Frontiers in Science Diplomacy. London: Royal Society, 2010 https://royalsociety.org/topics-policy/publications/2010/new-frontiers-science-diplomacy. - Royal Society/AAAS. Science Diplomacy in an Era of Disruption. London: Royal Society, 2025. https://www.aaas.org/sites/default/files/2025-02/Final_Science%20diplomacy_15%20years%20on_report_WEB.pdf - Directorate-General for Research and Innovation (European Commission), Rasmus Gjedssø Bertelsen, Laurent Bochereau, Effrosyni Chelioti, Ã�gota Dávid, Dovilė Gailiūtė-JanuÅ¡onė, Martina Hartl, et al. A European Framework for Science Diplomacy: Recommendations of the EU Science Diplomacy Working Groups. Publications Office of the European Union, 2025. https://data.europa.eu/doi/10.2777/9235330. - Turchetti, Simone, Matthew Adamson, Giulia Rispoli, Doubravka Olšáková, and Sam Robinson. “Introduction: Just Needham to Nixon? On Writing the History of ‘Science Diplomacy.’â€� Historical Studies in the Natural Sciences 50, no. 4 (September 23, 2020): 323–39. https://doi.org/10.1525/hsns.2020.50.4.323.

The expected learning outcomes in terms of knowledge and skills can be resumed as follows: - Knowledge: to evaluate, in view of sustainable production, the performance of a manufacturing system through the analysis of processes and consumed resources; - Skills: to select sustainability indicators and criteria for analysis, to associate them with models and analytical methods, and to estimate the level of performance of a company or of a production system.

This optional class aims to provide students of the Master of Science in Management Engineering the conceptual basis and the methodological approaches related to Sustainable Manufacturing, from the guidelines to the tools for the performance analysis of a manufacturing system. This knowledge, together with the classical tools for the evaluation of efficiency, effectiveness and economy of a production system, will be necessary for the implementation of decision-making strategies in sustainable production. The teaching of such tools is completed by some examples of application in real industrial cases.

In the following, the list of the main topics is presented: - Introduction to the fundamental concepts of Sustainable Development with respect to the international manufacturing scenario; - Assessment of the environmental, economic, and social issues of Sustainable Manufacturing; - Identification of the main drivers of resource depletion during the materials life cycle; - Approaches and methodologies for the evaluation of production systems; - Application of Life Cycle Analysis, Life Cycle Inventory, Eco-audit tools; - Economics of end-of-life scenarios and assessment of recycling benefit awarding; - Indicators for the analysis of the sustainability of production processes; - Environmental analysis of machining, forming, and additive manufacturing processes; - Technologies enabling green manufacturing; - Analysis and evaluation of industrial application cases.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
... The exam consists of a written test containing theoretical questions, and exercises on the application of models and procedures discussed during the lectures. The exam usually lasts from two hours to two hours and thirty minutes. The student may withdraw within the first hour, and the use of books and/or other material is forbidden. The teacher will discuss the results of the written exam individually with each student who requests for it.

[1] Set of presentations for each topic will be available for the students on the Teaching Portal (www.polito.it). [2] Recommended books: - Michael F. Ashby. Materials and the Environment: Eco-informed Material Choice (Second Edition) Elsevier (2013). ISBN: 978-0-12-385971-6. - David A. Dornfeld, Editor. Green Manufacturing - Fundamentals and Applications. Springer (2013). ISBN 978-1-4419-6015-3. [3] Additional material (i.e. papers from the international literature) will be suggested during the lectures.

Informazioni dettagliate sono disponibili nella bacheca del corso di studi

Informazioni dettagliate sono disponibili nella bacheca del corso di studi

Modalita di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale;
Exam: Compulsory oral exam; Individual essay;
... Informazioni dettagliate sono disponibili nella bacheca del corso di studi

Le informazioni dettagliate sull’insegnamento tirocinio sono consultabili sulla GUIDA STUDENTI, sezione TIROCINIO, dell’anno accademico in corso.

Modalita di esame: Accertamento (esame senza voto);
Exam: Check;