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Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

02OCTMW

A.A. 2018/19

2018/19

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

Progettare un processo chimico implica scegliere il valore di alcune (numerose) variabili che emergono nell'insegnamento del progetto (ad es. le condizioni operative delle apparecchiature), nonché effettuare 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, etc.). I diversi aspetti vengono illustrati e approfonditi sviluppamdo una esrcitazione progettuale a gruppi.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

To design a process requires to make many choices related to the degrees of freedom available and to choose a philosophy for material recycle and energy saving. In this course the gerarchical approach proposed by Douglas will be illustrated: it starts from simple input-output macroscopic balances to proceed to successive levels of detail, selecting the relevant process variables to optimise the profit. The different aspects will be taught by means of design project carried out in team.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

L'insegnamento consentirà dunque di conseguire i seguenti obiettivi: - sviluppare il conceptual design di un processo chimico; - 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 prezzo 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.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

The student will learn how: - to develop the conceptual design of a chemical process; - to write the design report (and draw the PFD of the process); - to calculate fixed and variable costs, to estimate the requested investment and the product cost; - to analyze the energy requirement and to evaluate possible energy integration policies; - to optimize the heat exchangers-network to minimize energy consumption. To reach these objectives it is necessary to acquire the following skills: - to size a piece of equipment using short cut methods; - to estimate the cost of different pieces of equipment; - to use a process simulator (ASPEN) to solve the process mass and energy balances - to use a process simulator (ASPEN- Energy Analyzer) to minimize the energy consumption of the process and to design the heat-exchangers network.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

L’insegnamento si propone di insegnare una metodologia per lo sviluppo di un processo chimico e di mostrare come le competenze acquisite negli insegnamenti di fenomeni di trasporto, termodinamica, reattori chimici, processi di separazione/operazioni a stadi, impianti chimici, controllo di processo, sicurezza seguiti in precedenza vengono utilizzate da un ingegnere chimico in un lavoro progettuale.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

The course aims to teach a methodology for the development of a chemical process and to demonstrate how the skills acquired in the previous courses of transport phenomena, thermodynamics, reaction engineering, sepration processes, plant design, control and safety are used by a chemical engineer in the design of a process.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

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. In particolare, dopo aver illustrato le tecniche per la valutazione della redditività dei processi, 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.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

Process design: - feasibility study - conceptual design - basic engineering Gerachical approach to conceptual design. Energy integration. Cost evaluation. Evaluation of different alternatives.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

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Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

Lezioni in aula. Esercitazioni a squadre al LAIB, nelle quali viene sviluppato lo studio di fattibilità di un processo, fino alla stesura dello schema di processo strumentato. Esercitazioni in laboratorio informatico con Aspen e Aspen- Energy Analyzer.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

Team work with the feasibility study of a process, up to the Process Flow Diagram. Practice in LAIB with Aspen and Aspen Energy for process energy integration.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

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.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

Reference text: J.M. Douglas, Conceptual design of chemical processes. McGraw-Hill, Singapore, 1988 Additional references: 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.

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

Modalità di esame: prova orale obbligatoria; elaborato scritto prodotto in gruppo; progetto di gruppo;

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

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, anche relativamente agli aspetti non evidenziati nel progetto. Il voto finale terrà conto della valutazione della relazione (e della esercitazione di integrazione energetica) condotte a squadre [40%], della discussione del progetto [30%] e della risposta alle domande relative agli aspetti di teoria [30%].

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

Exam: compulsory oral exam; group essay; group project;

Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

In order to gain access to the exam, both participation in team design work and delivery of the project developed at the end of the lesson period are required. Because the project development of the groups closely follows the theoretical aspects discussed in the lessons, during the design sessions at the LAIB it will be possible to monitor the degree of learning of the concepts exposed in the lessons and the activity of the individual components. The final evaluation will mainly be based on the report produced by the design team and on the oral discussion about the report, in order to evaluate the acquisition of expected skills and any managerial abilities. The oral discussion is aimed at assessing the communicative abilities of individuals, their role in the project, and also to evaluate the knowledge and understanding of the subject. The final vote will take into account quality of the report [40%], project discussion [30%] and answer to questions related to the theoretical aspects [30%] of the course.



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