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PORTALE DELLA DIDATTICA

Impianti per l'industria chimica e alimentare

02NFEMB

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Chimica E Alimentare - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 72
Esercitazioni in aula 22
Esercitazioni in laboratorio 6
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Fino Debora Professore Ordinario ING-IND/25 67 0 6 0 8
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/25 10 B - Caratterizzanti Ingegneria chimica
2018/19
Nell’evoluzione del sistema produttivo industriale, le lavorazioni chimiche sono andate progressivamente affinandosi sviluppando apparecchi ed impianti che sono stati fatti propri dal settore alimentare, che raffina, trasforma ed unisce sostanze oggettivamente identificabili come prodotti chimici ancorché di origine prettamente naturale. Il corso si propone di illustrare agli allievi le più diffuse attrezzature che, dall’ originale logica dettata dall’uso in campo chimico, sono state adattate all’impiego in campo alimentare. Può essere quindi visto come la presentazione di apparecchiature per le Operazioni Unitarie classiche dell’ingegneria chimica integrata da cenni sui processi evolutivi seguiti nel trasferimento al settore alimentare e della descrizione delle più moderne interpretazioni si largo impiego industriale.
During the evolution of industrial production systems, chemical processes have gradually become more developed and more refined equipment and plants have been made by the food industry itself, which refines, transforms and combines substances that are objectively identified as chemical, even though they are of purely natural origin. The course aims to show the students the most common equipment which, from the original logic, dictated by its use in the chemical field, has been adapted for use in the food industry. The course can therefore be seen as the presentation of equipment for chemical engineering unit operations, supplemented by classical observations on the evolutionary processes adopted in the transfer to the food industry and the description of the most widely used modern industrial plants.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà avere la capacità di impostare ed eseguire i calcoli relativi alla progettazione o alla verifica di apparecchiature e selezionare quale sia la più adatta per una specifica Operazione Unitaria. Dovrà inoltre conoscere, in termini generali, il principio di funzionamento delle apparecchiature.
Design of unit operations of chemical engineering. Knowledge of the equipment design
Reattori, Fenomeni di trasporto, Termodinamica
Reactors, transport phenomena, thermodinamics
A APPARECCHIATURE PER LO SCAMBIO DI CALORE (5 crediti) 1 Scambiatori di calore senza passaggi di stato: l’industria chimica e l’industria alimentare fanno comunemente uso di apparecchi a tubi coassiali e a fascio tubiero; il settore alimentare in particolare fa largo uso anche di impianti a piastre per la possibilità di interventi di pulizia anche giornalieri, ad esempio del settore lattiero-caseario. 1.1 Per liquidi: due tubi coassiali a fascio tubiero 1.1.1 Per liquidi alimentari: a piastre 1.2 Per gas 2 Scambiatori di calore con passaggi di stato: il vapore saturo consente di raggiungere temperature molto elevate o di ridurre la dimensione degli apparecchi. E’ usato quindi frequentemente come fluido tecnologico. Viceversa è possibile che un fluido di processo sia disponibile in fase vapore e debba essere condensato in specifici apparecchi. 2.1 Uso del vapore saturo come mezzo riscaldante 2.1.1. Generatori di vapore a tubi di fumo e a tubi di acqua. Distribuzione del vapore saturo. Scaricatori di condensa. 2.2 Condensatori 3 Evaporatori: nelle produzioni chimiche ed alimentari molti materiali sono ottenuti in soluzioni acquose che devono essere concentrate per evaporazione del solvente: vengono descritti i principali apparecchi a tubi corti, con riciclo; a tubi lunghi, senza riciclo 3.1 Evaporatori con termocompressione: il vapore prodotto, ricondizionato, può essere riutilizzato nell’evaporazione. Vengono descritte le soluzioni con compressore meccanico e con termocompressore. 3.2 Impianti di concentrazione (per evaporazione). A multipli effetti: disponendo di più apparecchi, utilizzandoli a pressioni decrescenti, è possibile utilizzare come mezzo riscaldante il vapore prodotto negli elementi a pressione maggiore. 3.2.1 Condensatori barometrici. 4. Tecniche del freddo 4.1. Per refrigerazione si intende il trasferimento di calore da un ambiente che deve essere mantenuto a bassa temperatura ad un altro in cui può essere agevolmente smaltito. Ripasso di teoria sui cicli inversi e la produzione del freddo Il ciclo a compressione di vapore: componenti I fluidi refrigeranti 4.2. L'impianto frigorifero ad assorbimento, ad effetto termoelettrico e la pompa di calore. B APPARECCHIATURE PER LO SCAMBIO DI CALORE E MATERIA (1,5 credito) 1 Cristallizzatori: l’evaporazione del solvente può essere spinta fino alla cristallizzazione del soluto, operazione tipica ad esempio del settore saccarifero. 1.1 Cristallizzatori discontinui: nucleazione, omogeneo accrescimento, nucleazione secondaria 1.2 Cristallizzatori continui 2 Essiccatori: il prodotto solido e umido può essere portato a secchezza per evaporazione dell’acqua tramite una corrente di aria secca e calda. L’operazione è tipica della produzione di sostanze alimentari con ridotta attività dell’acqua e quindi conservabili per tempi più lunghi oppure per la produzione di farine tra cui quelle utilizzate nel settore birraio 2.1 Uso del diagramma psicrometrico 2.2 Essiccatori discontinui. 2.3 Essiccatori continui. 2.4 Essiccatori per sospensioni (esempio: produzione latte in polvere) C APPARECCHIATURE PER LO SCAMBIO CONCOMITANTE DI CALORE E QUANTITA’ DI MOTO: RECIPIENTI AGITATI MECCANICAMENTE CON DISPOSITIVI PER IL CONTROLLO TERMICO. (2 crediti) Come l’industria chimica, quella alimentare fa largo uso di apparecchi di miscelazione sia in fase di trasformazione dei prodotti (ad esempio nella lavorazione dell’olio di oliva), sia nella preparazione del prodotto diretto al consumo (ad esempio nella preparazione di salse-sughi e di prodotti a base di cacao-nutella) 1 Apparecchi per liquidi 2 Apparecchi per sistemi liquido/solido 3 Apparecchi con immissione di gas D APPARECCHIATURE PER OPERAZIONI FISICHE. (1,5 crediti) Le operazioni puramente fisiche sono frequentissime per cui vengono considerate solo le principali apparecchiature 1 Filtri 1.1 Filtri pressa (tipici dell’industria enologica e birraria, e in acampo ambientale nella depurazione dei reflui) 1.2 Filtri a foglia, cilindro (diffusi in tutto il settore alimentare) 1.3 Filtri per aeriformi (cicloni, a maniche, elettrostatici - per la depurazione dell'aria) 2 Macchine per la comminuzione: un tempo proprio della chimica di base, sono tradizionalmente usate in campo alimentare nella lavorazione delle materie prime (ad esempio frangitura delle olive, remacinazione delle fave di cacao tostate) e nella presentazione del prodotto finito (ad esempio caffè). 3 Apparecchi per la separazione di sistemi bifasici basati sulla differente massa volumica. Molto diffusi in campo ambientale, sono anche utilizzati dall’industria alimentare, non solo per la gestione delle acque, ma anche come attrezzature di processo, ad esempio per la separazione di emulsioni tra liquidi immiscibili.
A EQUIPMENT FOR THE HEAT EXCHANGE (4 credits) 1 Heat Exchangers without changes of state: chemical and food industries commonly make use of devices such as coaxial tubes and shell and tube; the food industry in particular also makes extensive use of plate fin devices, for example in the dairy sector, because of the possibility of cleaning the plates every day. 1.1 For liquids: two coaxial tubes and shell and tube 1.1.1 For liquid food: plates fin 1.2 For Gases 2 Heat exchangers with two changes of state: the saturated steam allows very hot temperatures to be reached or the equipment size to be reduced. It is frequently used as a technological fluid. Conversely, it is possible for a process fluid to be available in the vapor phase which must be condensed in- specific equipment. 2.1 Use of saturated steam as a heating medium 2.1.1. Steam generators, fire tube and water pipes. Saturated steam distribution. Traps. 2.2 Capacitors 3 Evaporators: many goods in chemical and food production are obtained in aqueous solutions which have to be concentrated through evaporation of the solvent; the main appliances are described short tube, with recycling; long tube, without recycling 3.1 Thermocompression evaporators. The produced steam, reconditioned, can be reused for the evaporation operations. Mechanical compressor and thermocompressor solutions are described. 3.2 The concentration (by evaporation). Multiple effects: having multiple devices available, and using them at decreasing pressures, it is possible to use the steam produced in the elements at higher pressure as a heating means. 3.2.1 Barometric Condensers. B EQUIPMENT FOR HEAT EXCHANGE AND MASS TRANFER (1 credit) 1 Crystallizers: solvent evaporation can be made to reach- solute crystallization, this being a typical operation in the sugar sector. 1.1 Discontinuous Crystallizers: nucleation, homogeneous growth, secondary nucleation 1.2 Continuous Crystallizers 2 Dryers: the solid and moist product can be dried through evaporation of the water, adopting a stream of dry, warm air. This is a typical operation in the production of food products with reduced water activity and which are therefore kept for longer periods or for the production of flour, including those used in the brewing industry 2.1 The use of the psychometric chart 2.2 Batch Dryers. 2.3 Continuous dryers. 2.4 Suspension Dryers (example: production of powdered milk) C EQUIPMENT FOR SIMULTANEOUS HEAT EXCHANGE AND MOMENTUM TRANSFER: MECHANICAL STIRRED REACTORS WITH THERMAL CONTROL DEVICES. (1.5 credits) Like the chemical industry, the food industry also makes extensive use of mixing equipment both during product- processing (for example in the processing of olive oil), and in the preparation of the product for final consumption (eg in the preparation of sauces and products based on cocoa-chocolate spreads) 1 Apparatus for liquids 2 Apparatus for liquid / solid systems 3 Appliances with gas supply D EQUIPMENT FOR PHYSICAL OPERATIONS. (1.5 credits) Purely physical operations are very frequent; the course will only consider the main Equipment 1 Filters 1.1 Press filter (typical in the wine and beer industries) 1.2 Leaf Filters (widespread throughout the food industry) 1.3 Gaseous Filter Bags 2 Equipment for comminution: used in the past for basic chemistry operations, it is now traditionally used in the food processing of raw materials (such as in olive pressing, the grinding of roasted cocoa beans) and the refining of the finished product (eg coffee) . 3 Apparatus for the separation of two-phase systems based on the different density. Widespread in the environmental field, it is also used in the food industry, not only for water management, but also as process equipment, eg for the separation of emulsions in immiscible liquids.
L'insegnamento sarà integrato da 2 esercitazioni di laboratorio sperimentali di circa 3 ore l'una, duddivisi in piccoli gruppi di lavoro. La votazione che il gruppo otterrà andrà a contribuire in parte al giudizio finale che si otterrà durante l'esposizione della prova finale per i laureandi ingegneri chimici e alimentari. Le modalità con cui verranno presentati i risultati dei lavori in gruppo delle esercitazioni in laboratorio (relazione scritta, video, presentazione di slide, ecc... ) saranno decise all'inizio del semestre in accordo con gli esercitatori del corso
The lessons will be supplemented by 2 laboratory practices of about 3 hours each.
Dispense del docente caricate sul portale della didattica. Libri per approfondimenti: D.Q. Kern: Process Heat Transfer. Ed. Mcgraw-Hill Mc Cabe: Unit Operations of Chemical Engineering. Ed. Mcgraw-Hill J.M.Coulson, J.F.Richardson: Chemical Engineering, vol 6. Ed. Butterworth-Heinemann.
Teacher's lecture notes, loaded onto the portal. D.Q. Kern: Process Heat Transfer. Ed. Mcgraw-Hill Mc Cabe: Unit Operations of Chemical Engineering. Ed. Mcgraw-Hill J.M.Coulson, J.F.Richardson: Chemical Engineering, vol 6. Ed. Butterworth-Heinemann.
Modalità di esame: prova scritta; prova orale obbligatoria;
L'esame consite in una prova scritta e una prova orale. L'accesso all'orale è consentitio solo dopo il superamento della prova scritta con votazione maggiore o uguale a 18/30. Esame orale: basato su 2 domande che coprono le tematiche descritte nel programma del valore di dieci punti ciascuna al fine di verificare la conoscenza di base degli argomenti esposti durante il corso. Ogni domanda ha il valore di 10/30. E’ prevista una domanda supplementare in caso di mancata conoscenza di una delle 2. Verrà applicata una decurtazione da 2 a 5 punti sulla sommatoria totale. Esame scritto: della durata di due ore circa senza l'uso di appunti o di libri. Viene fornito se necessario il materiale supplementare (grafici, tabelle, ...).Tale prova consiste in esercizi numerici, simili a quelli svolti nelle esercitazioni, che hanno lo scopo di stabilire la capacità di eseguire calcoli applicativi. Lo scritto ha un valore finale massimo di 10/30. La somma dei voti ottenuti nelle singole domande e nello scritto costituirà il voto finale. In presenza di particolari doti di ragionamento, articolazione delle problematiche durante l'esame orale, in caso di somma uguale a 30, verrà assegnata la lode.
Exam: written test; compulsory oral exam;
The exam is written oral. Access to the oral is allowed only after passing the written test with a score of more than or equal to 18/30. Oral Exam: Based on 2 questions that cover the topics described in the program, in order to verify the basic knowledge of the main subjects of the course. Each question has a value of 10/30. An additional question will be asked in the case of a lack of knowledge concerning either of the previous 2 questions. A deduction of 2 to 5 points will be made from the total sum. Written examination: two hours without the use of notes or books. Supplementary material (charts, tables, ...) is provided if necessary. This test consists of numerical exercises similar to those performed duirng lectures, which are aimed to determine the ability to perform application calculations. The script has a maximum final value of 10/30. The sum of the marks obtained in the questions and in the script determines the final score. In the presence of certain qualities of reasoning, and clear articulation of the problems, if the sum is equal to 30, the student will receive - laude.


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