Ingegneria Chimica - Chemical Engineering

Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze necessarie per comprendere le relazioni tra composizione chimica, processo produttivo, microstruttura, proprietà e prestazioni dei materiali metallici avanzati.
Una parte iniziale del corso è dedicata al richiamo dei principi fondamentali della metallurgia fisica e del comportamento meccanico dei metalli, al fine di uniformare le conoscenze degli studenti provenienti da percorsi accademici differenti. Successivamente, vengono approfonditi i meccanismi di rafforzamento, le trasformazioni di fase e il controllo della microstruttura attraverso i processi produttivi e i trattamenti termici.
Il corso presenta le caratteristiche metallurgiche, le proprietà e le principali applicazioni di acciai avanzati, leghe leggere, superleghe, leghe ad alta entropia e altri materiali metallici emergenti. Particolare attenzione è dedicata alle leghe impiegate o specificamente sviluppate per la fabbricazione additiva, analizzando gli effetti della solidificazione rapida e dei cicli termici ripetuti sulla microstruttura, sui difetti e sulle proprietà finali.
Il corso intende inoltre sviluppare la capacità di confrontare criticamente differenti sistemi di leghe, interpretare il loro comportamento sulla base dei meccanismi fisici e metallurgici e selezionare il materiale più adatto in funzione dei requisiti dell’applicazione ingegneristica.

L'obiettivo principale di questo corso è quello di fornire una solida conoscenza di base del mondo farmaceutico e delle sue specificità, focalizzando l’attenzione sugli aspetti prettamente ingegneristici e impiantistici. Le competenze che si vogliono sviluppare riguardano la comprensione delle principali tecniche di produzione dei farmaci, dei criteri di selezione delle apparecchiature necessarie per il loro processamento e il dimensionamento delle apparecchiature stesse.

Il corso fornisce agli studenti gli strumenti per valutare l'attività di un catalizzatore e le sue caratteristiche. Lo studente sarà in grado di distinguere le principali classi di catalizzatori, di comprendere i differenti meccanismi della catalisi e conoscere le principali applicazioni industriali e ambientali

At the end of the course the student should be able to:

• Recognize and manage the main variables that affect chemical reactor design and modeling
• Discuss problems related to the thermal effects occurring in chemical reactors and their implications on the design of heat exchange devices and on the reactor stability
• Carry out the basic design of homogeneous and heterogeneous reactor (catalytic reactors, fluid-solid reactors and gas-liquid reactors)
• Develop models for reactor simulation

Heat and mass balance in reacting systems; chemical equilibria

Kinetics of chemical reactions

Ideal reactors (BSTR,CSTR,PFR)

Heterogeneous reactors: general discussion; diffusion and chemical reaction

Heterogeneous catalysis: reaction mechanisms and kinetic models

Interaction between chemical kinetics and diffusional phenomena. Thermal effects.

Design of fixed bed reactors

Fluid-solid reactions: shrinking core and distributed conversion models

Fluid-solid reactor design

Gas-liquid reactions: slow reactions; fast reactions; instantaneous reactions.

Design of gas-liquid reactors and chemical absorption devices

• Heat and mass balance in reacting systems; chemical equilibria
• Testi di riferimento: R. Aris - Elementary Chemical Reactor Analysis - Prentice Hall, 1969 M. C. Annesini - Lezioni di Reattori Chimici - Edizioni Efesto, 2023
• Kinetics of chemical reactions
• Testi di riferimento: R. Aris - Elementary Chemical Reactor Analysis - Prentice Hall, 1969. M. C. Annesini - Lezioni di Reattori Chimici - Edizioni Efesto, 2023
• Ideal reactors (BSTR,CSTR,PFR)
• Testi di riferimento: M. C. Annesini - Lezioni di Reattori Chimici - Edizioni Efesto, 2023 O. Levenspiel - Chemical Reaction Engineering - J Wiley & Sons, 1999
• Heterogeneous reactors: general discussion; diffusion and chemical reaction
• Testi di riferimento: M. C. Annesini - Lezioni di Reattori Chimici - Edizioni Efesto, 2023 O. Levenspiel - Chemical Reaction Engineering - J Wiley & Sons, 1999
• Heterogeneous catalysis: reaction mechanisms and kinetic models
• Testi di riferimento: M. C. Annesini - Lezioni di Reattori Chimici - Edizioni Efesto, 2023 G. F. Froment - Chemical Reaction Analysis and design - J. Wiley & Son, 1990
• Interaction between chemical kinetics and diffusional phenomena. Thermal effects.
• Testi di riferimento: M. C. Annesini - Lezioni di Reattori Chimici - Edizioni Efesto, 2023 G. F. Froment - Chemical Reaction Analysis and design - J. Wiley & Son, 1990
• Design of fixed bed reactors
• Testi di riferimento: M. C. Annesini - Lezioni di Reattori Chimici - Edizioni Efesto, 2023 G. F. Froment - Chemical Reaction Analysis and design - J. Wiley & Son, 1990
• Fluid-solid reactions: shrinking core and distributed conversion models

Fluid-solid reactor design

• Testi di riferimento: M. C. Annesini - Lezioni di Reattori Chimici - Edizioni Efesto, 2023 G. F. Froment - Chemical Reaction Analysis and design - J. Wiley & Son, 1990
• Gas-liquid reactions: slow reactions; fast reactions; instantaneous reactions.

Design of gas-liquid reactors and chemical absorption devices

• Testi di riferimento: M. C. Annesini - Lezioni di Reattori Chimici - Edizioni Efesto, 2023 G. F. Froment - Chemical Reaction Analysis and design - J. Wiley & Son, 1990

The students' preparation will be assessed through a written and an oral exam.

The written exam will last 3 hours. The students will be asked to solve problems on the topics discussed throughout the course. In some cases, the numerical solution may also be required. During the written exams, students will be allowed to consult their textbooks and notes. The aim of the exam is to determine the students' ability to independently apply the knowledge gained throughout the course to solve original problems.

Admittance to the oral exam is subjected to the achievement of a threshold result in the written exam, which may also be lower than 18/30.

Students can obtain further points through the presentation of a project assigned by the teacher during the lessons.

The oral exam may include both theoretical questions and the solution of problems regarding the design or simulation of chemical reactors. This examination is intended to verify the full grasp of the theoretical fundamentals introduced in the course, the ability of identifying the correct procedure for the solution of problems, and the capacity of critically analysing the procedures and the results obtained.

The final grade will take into account the results of both the written and oral exams.

O. Levenspiel - Chemical Reaction Engineering - J Wiley & Sons, 1999

R. Aris - Elementary Chemical Reactor Analysis - Prentice Hall, 1969

H. S. Fogler - Elements of Chemical Reaction Engineering - Prentice Hall, 2005

G. F. Froment - Chemical Reaction Analysis and design - J. Wiley & Son, 1990

M. C. Annesini - Lezioni di Reattori Chimici - Edizioni Efesto, 2023

Saper progettare le unità di trattamento di un impianto di depurazione in base alle caratteristiche delle acque da trattare e gli obiettivi del trattamento

Caratterizzazione dei reflui liquidi: pH, alcalinità, COD, BOD, TOD, TOC, azoto, fosforo, tensioattivi, sostanze tossiche (metalli pesanti, composti organici clorurati). Tecnologie pulite e minimizzazione degli scarti.

Processi di depurazione con relativi criteri di dimensionamento delle unità di trattamento e di controllo. Bilanciamento: bacini di equalizzazione di flusso. Trattamenti meccanici/fisici: grigliatura, dissabbiatura, sedimentazione, flottazione, filtrazione, permeazione su membrane. Trattamenti biologici: cinetica dei processi biologici, parametri cinetici di crescita microbica, nutrienti, trasferimento di ossigeno, processi aerobici, anossici ed anaerobici per la rimozione delle sostanze organiche carboniose, nitrificazione, denitrificazione. Processi a biomassa sospesa: fanghi attivi, stagni ossidativi, lagune aerate. Processi a biomassa adesa: filtri percolatori, biodischi. Trattamenti chimico-fisici: precipitazione, ossido-riduzione, coagulazione-flocculazione, adsorbimento su carbone attivo. Trattamenti dei fanghi di risulta: ispessimento, stabilizzazione, smaltimento.

• caratterizzazione acque di scarico
• Testi di riferimento: Dispense e presentazioni in distribuzione
• schemi di impianti di trattamento acque
• Testi di riferimento: Dispense e presentazioni in distribuzione
• operazioni preliminari: bilanciamento
• Testi di riferimento: Dispense e presentazioni in distribuzione
• trattamenti chimico-fisici: neutralizzazione, sedimentazione, flottazione,
• Testi di riferimento: Dispense e presentazioni in distribuzione
• processi biologici: processi a biomassa sospesa, processi a biomassa adesa
• Testi di riferimento: Dispense e presentazioni in distribuzione
• trattamenti terziari: filtrazione, adsorbimento, ossidzione chimica
• Testi di riferimento: Dispense e presentazioni in distribuzione
• impianti di trattamento specifici
• Testi di riferimento: Dispense e presentazioni in distribuzione

Prova scritta: due esercizi sugli argomenti del corso (dimensionamento di processo di reattori e unità di trattamento)

Prova orale: cinque domande scritte a risposta aperta sugli argomenti del corso

Criteri di valutazione della prova scritta saranno: correttezza del procedimento, esattezza del valore numerico finale ottenuto, corretta interpretazione del risultato.

Ai fini dell'attribuzione del voto finale la prova scritta e quella orale hanno lo stesso peso.

L. Di Palma - Dispense in distribuzione a cura del docente sulla piattaforma e-learning di Sapienza

A.E. Paolini, Lezioni di Processi di trattamento degli effluenti industriali - Ed. Scientifiche Siderea

Metcalf and Eddy - Wastewater Engineering - McGraw Hill

WW Eckenfelder - Industrial water pollution control - McGraw Hill

Il corso fornisce gli strumenti per interpretare i processi metallurgici come sistemi industriali nei quali materie prime e rottami, operazioni di trasformazione, apparecchiature, energia, controllo della qualità, prodotti e flussi secondari determinano congiuntamente le prestazioni della rotta. Al termine del corso lo studente sarà in grado di: • analizzare e confrontare rotte metallurgiche complete, individuandone operazioni, apparecchiature, stream e principali variabili operative; • interpretare mappe di sistema, flowsheet e PFD e distinguerne finalità e contenuti rispetto ai P&ID; • valutare l’influenza della qualità e della variabilità del feed sulle prestazioni del processo e sulle caratteristiche del prodotto; • individuare punti di controllo e quality gate, distinguendo le anomalie correggibili dai limiti imposti dall’alimentazione; • confrontare soluzioni convenzionali e innovative considerando qualità, energia, emissioni, riciclo e valorizzazione dei residui; • elaborare e comunicare una proposta coerente di integrazione di una rotta metallurgica e dei relativi flussi secondari.

Alla fine del corso gli studenti devono essere in grado di studiare gli equilibri di fase in sistemi multicomponente, anche in condizioni di forte deviazione dall'idealità, sapendo scegliere i modelli più adeguati in base alle specifiche condizioni da analizzare.

Caratterizzazione dei sistemi a composizione variabile. Richiami sulla definizione delle grandezze parziali molari. Teorema di Eulero. Equazione di Gibbs-Duhem: applicazione al caso particolare dei sistemi binari. Test integrali e differenziali di consistenza termodinamica. Definizione delle grandezze di mescolamento e delle funzioni di eccesso. Relazione tra le funzioni di eccesso. Soluzioni atermiche e regolari. Modelli di calcolo dei coefficienti di attività basati sulla espansione di Redlich-Kister. Modelli a composizione locale: Wilson, NRTL, Uniquac. Metodi revisionali: modello Unifac. Teorie delle soluzioni: teoria di Van der Waals, definizione del parametro di solubilità e soluzioni regolari. Teorie chimiche: coefficienti di attività per specie associate e per sistemi con formazione di complessi. Definizione delle specie apparenti e delle specie chimiche vere. Condizione di stabilità per sistemi costituiti da un componente puro e da più componenti. Equilibrio liquido liquido: condizione di equilibrio e di stabilità, definizione della curva sinodale e della curva binodale. Equilibrio liquido-vapore da equazioni di stato. Richiami sulle moderne equazioni di stato di Soave Redlich Kwong e di Peng Robinson: metodi per il calcolo dei parametri per i componenti puri. Regole di mescolamento. Sistemi ad alta pressione. Equilibrio liquido-gas: influenza di P e T sulla solubilità. Soluzioni elettrolitiche: elettroliti deboli e forti, fenomenologia delle soluzioni elettrolitiche.Definizione del potenziale chimico medio. Coefficienti di attività medi. Coefficiente osmotico . Richiami dell'equazione di Gibbs-Dhuem. Equilibrio liquido vapore di elettroliti volatili. Solubilità di elettroliti, Innalzamento ebullioscopio e abbassamento crioscopico. Equilibrio osmotico.Modelli per il calcolo dei coefficienti di attività: modello di Debye-Huckel, modello di Pitzer. Distillation curves.

• Equazioni di stato
• Equilibri in presenza di supercritici
• Curve di distillazione
• Modelli a composizione locale per il calcolo dei coefficienti di attività
• Teorie delle soluzioni regolari
• Teorie chimiche
• Soluzioni elettrolitiche

L'esame consiste in un esercizio da svolgere con il simulatore e domande orali sugli argomenti affrontati a lezione

Stanley I. Sandler - Chemical, Biochemical and Engineering Thermodynamics Fourth Edition Jhon Wiley & Sons

OBIETTIVI GENERALI:
L’Attività formativa ha l’obbiettivo di avvicinare lo studente magistrale al mondo del lavoro, attraverso la frequenza di seminari tematici, professionalizzanti e motivazionali, da parte di rappresentanti di aziende e centri di ricerca , italiani e internazionali che operano nel mondo della ingegneria chimica, dell’ingegneria farmaceutica e dell’ingegneria dei materiali.
OBIETTIVI SPECIFICI: Con riferimento ai descrittori di Dublino:
1. conoscenza e comprensione (descrittore di Dublino A) dei temi di maggiore rilevanza, complessità e urgenza nel mondo dell’ingegneria chimica in senso lato, così come declinati dai principali portatori di interesse del CdS.
2. capacità di applicare la conoscenza e la comprensione (descrittore B) acquisite durante gli insegnamenti fondamentali alle sfide reali dell’ingegneria moderna, così come esemplificate e approfondite dai principali portatori di interesse.
3. maggiore consapevolezza dell’impatto sulla società e delle implicazioni non tecniche delle soluzioni ingegneristiche adottate; possibilità di comprendere attraverso lo scambio con i rappresentanti della professione le responsabilità professionali ed etiche (descrittore C).
4. acquisizione di chiare indicazioni sulle capacità di lavoro di squadra e sulle personali abilità comunicative richieste per i ruoli professionali ricoperti in aziende e centri di ricerca (descrittore D).

Seminari - altre attività utili all'inserimento nel mondo del lavoro, proposti e certificati dal CAD.

Gli studenti potranno selezionare i seminari di maggior gradimento, fino alla copertura di 8 seminari da 1,5 h ciascuno (o equivalenti)

La frequenza e la partecipazione ai seminari saranno certificate dai docenti che ne hanno curato l'organizzazione.

Non sarà richiesta una valutazione finale

Saranno messe a disposizione le slides da parte del Relatore.

nessuno

This course equips you with the knowledge and tools to design and operate chemical and biochemical plants, particularly those focused on consolidated bioprocessing and biorefineries.

You'll gain a thorough understanding of:

Momentum, Heat Transfer, and Mass Transfer: Learn how to analyze these fundamental processes critical for efficient plant operation in biorefinery applications.

Distillation Techniques: Master various distillation methods (simple, fractional, steam, vacuum, etc.) for separating components in biorefinery products.

Liquid-Liquid and Solid-Liquid Extraction: Explore these techniques for selectively extracting desired compounds from biomass and other biorefinery feedstocks.

Membrane Separations: Discover how membranes can be used for fractionation, purification, and concentration in biorefinery processes.

Industrial Chromatography: Learn how chromatography can be used for large-scale separation and purification of biorefinery products.

Industrial Bioreactors and Photobioreactors: Gain expertise in the design, operation, and management of bioreactors used for microbial and phototrophic cultivation in biorefineries.

Operation Synthesis and Process Integration: Understand how to design optimal biorefinery processes that minimize waste, reduce energy consumption, and maximize profitability.

Sterilization Processes: Explore various techniques for sterilizing equipment and products in biorefineries to ensure product safety and quality.

By the end of this course, you'll be able to:

Apply fundamental chemical engineering principles to design and analyze biorefinery processes.

Select appropriate unit operations for separation, purification, and product recovery in biorefineries.

Integrate different processes for optimal biorefinery design and operation.

Ensure product safety and quality through proper sterilization techniques.

This course is ideal for students interested in careers in the biorefinery industry, bioprocess engineering, and sustainable chemical production.

Sei pronto/a a progettare le bioraffinerie di domani? Questo corso fornisce le competenze pratiche per sviluppare progetti preliminari di impianti chimici e biochimici, specializzandosi in bioprocessi innovativi e bioraffinerie. Insegnato in inglese all'interno di una vivace comunità internazionale, svilupperai naturalmente cruciali soft skills, preparandoti ad avere successo in diversi ambienti professionali in tutto il mondo.

Al termine del corso, con un impegno ragionevole e/o superando il test finale, sarai in grado di progettare la disposizione di una bioraffineria, evidenziando le alternative di progettazione per le operazioni unitarie richieste e realizzando la progettazione preliminare per molte delle sue parti che riguardano i processi di separazione.

1. Quantità di moto, trasferimento di calore e trasferimento di massa: impara ad analizzare questi processi fondamentali, critici per il funzionamento efficiente degli impianti nelle applicazioni di bioraffineria.

2. Tecniche di distillazione: padroneggia diversi metodi di distillazione (semplice, frazionata, a vapore, sotto vuoto, ecc.) per separare i componenti nei prodotti di bioraffineria.

3. Estrazione liquido-liquido e 4. Estrazione solido-liquido: esplora queste tecniche per estrarre selettivamente i composti desiderati dalla biomassa e da altre materie prime di bioraffineria.

5. Separazioni a membrana: scopri come le membrane possono essere utilizzate per il frazionamento, la purificazione e la concentrazione nei processi di bioraffineria.

6. Cromatografia industriale: scopri come la cromatografia può essere utilizzata per la separazione e la purificazione su larga scala dei prodotti di bioraffineria.

7. Bioreattori e fotobioreattori industriali: acquisisci competenze nella progettazione, nel funzionamento e nella gestione dei bioreattori utilizzati per la coltivazione microbica e fototrofica nelle bioraffinerie.

8. Processi di sterilizzazione: esplorarai diverse tecniche per sterilizzare attrezzature e prodotti nelle bioraffinerie per garantire la sicurezza e la qualità dei prodotti.

La prova scritta d'esame comprende dieci quesiti/piccoli problemi a risposta multipla ed un quesito/esercizio a risposta aperta, la cui risposta può richiedere calcoli, ma può anche comportare il riconoscimento di un'immagine o di un diagramma di processo. Il tempo disponibile per lo svolgimento della prova d'esame è di due ore.

Il testo d'esame è fornito in lingua inglese; la soluzione deve essere data esclusivamente in lingua inglese.

La prova orale consiste in una discussione su un argomento specifico che, a discrezione del docente, può estendersi al massimo a un secondo argomento, non necessariamente strettamente collegato. La prova orale può avere una durata da 20 a 60 minuti (tipicamente 30 minuti).

Il voto finale è calcolato come media dei voti ottenuti nelle due prove.

Il materiale per lo studio individuale è costituito da monografie ed articoli scientifici. Il docente indicherà il materiale e lo renderà disponibile nel rispetto delle leggi sul copyright

E’ obiettivo del corso impartire la conoscenza delle tecnologie per produrre particolato nanomentrico biocompatibile mediante l’utilizzo di processi altamente sostenibili massimamente “Green” e l’impiego prevalente di matrici biologiche di derivazione naturale. Lo studente apprenderà: 1. Le principali classi di sostanze biologiche, 2. Le metodologie per ottenere tali sostanze dalle biomasse naturali, 3. le metodologie per produrre nanoparticolato funzionale da ciascuna di dette classi di sostanze, 5. I processi e le apparecchiature principali che implementano tali processi produttivi. Lo studente inoltre apprenderà le principali problematiche di utilizzo biomedicale e cosmetico delle nanotecnologie.
Lo studente che esibirà una regolare frequenza del corso potrà partecipare a lavori di gruppo intesi allo scopo di sviluppare e rafforzare soft skills quali: la capacità di lavoro di gruppo, la capacità di dialogo con colleghi di formazione differente, la capacità di elaborare un rapporto e la capacità di presentare il proprio lavoro.

Sostanze e microrganismi biologici come biocatalizzatori e materie prime per la formazione di nanoparticelle (fondamenti, frazioni biologiche di rilevanza nanotecnologica, produzione di frazioni biologiche di rilevanza nanotecnologica). Nucleazione e cristallizzazione delle proteine (fondamenti, caratterizzazione, screening e identificazione dei processi, produzione). Formazione e impiego di nanoparticelle mediante tecniche biotecnologiche (microrganismi, terreni di coltura, estratti, solventi commutabili). Applicazioni di nanoparticelle nei campi bio-correlati (alimentare, farmaceutico, cosmetico, agronomico).

La prova d'esame scritta comprende 10 domande a risposta multipla, più una domanda a risposta aperta (da fornire da parte dello studente).

La prova orale è facoltativa. Qualora essa non venga svolta, essa verrà conteggiata come superata con il voto di 18/30.

Il voto finale verrà assegnato come media della votazione ottenuta nelle due prove.

Lo svolgimento della presentazione del lavoro di gruppo (per coloro che ad essa vengono ammessi, seguendo il criterio della frequenza) sostituisce la prova orale.

TUTTE le informazioni relative all'attività didattica del prof. Marco Bravi (orario delle lezioni ed eventuali eccezioni; modalità di conduzione delle lezioni e strumenti utilizzati; orario di ricevimento; esami; tesi disponibili), aggiornate in tempo reale, possono essere trovate consultando la URL: https://sites.google.com/site/marcobravi/

I testi (per lo più articoli scientifici, in genere review) consigliati per lo studio verranno condivisi agli studenti frequentanti nel corso del periodo delle lezioni attraverso la cartella Google Drive collegata all'area Google Classroom del corso stesso.

I testo