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Fondamenti di sviluppo dei processi chimici

02OCTMW

A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica E Dei Processi Sostenibili - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 41
Esercitazioni in aula 19,5
Esercitazioni in laboratorio 19,5
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Barresi Antonello Professore Ordinario ING-IND/24 41 19,5 19,5 0 13
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/24
ING-IND/26
2
6
B - Caratterizzanti
B - Caratterizzanti
Ingegneria chimica
Ingegneria chimica
2021/22
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, a 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.
Developing a chemical process and designing the plant in which it will be conducted, or modifying an existing one to improve its performance or adapt it to new processes, is a complex activity, even creative, which requires the use of different technical skills, to work in a team also for being able to use transversal and multidisciplinary skills, and knowing how to manage technological innovation. Designing a chemical process first of all implies knowing how to choose the value of some (numerous) variables that emerge in the development phases of the project (e.g. the operating conditions of the equipment), as well as making decisions and making choices in the absence of complete information and a scheme definitive, in order to proceed with the project itself: for example choices relating to the recycling of unreacted reagents, the product separation and recovery system, the minimization of energy consumption and many others. The hierarchical approach proposed by Douglas is one of the possible ways that can be used to develop a project. It foresees starting from simple "macroscopic" balances to the plant (Input-Output) and then going into the details of the process. Project variables appear at each level: the choice of the values of these variables must aim at maximizing profits (i.e. minimizing costs), optimizing yields, or allowing the achievement of other objectives (safety, sustainability, reduced or zero environmental impact, etc. .). The main objective of the teaching is therefore to teach a working methodology, and to refine the design and creative skills of students, using the sectoral skills acquired in the other courses of the course. A fundamental tool to achieve this goal is the design exercise in groups, in which the individual teams, under the supervision of a coordinator chosen by themselves, will develop their own project; this will allow to illustrate and deepen with practical experience the different aspects illustrated in class, to develop teamwork skills. The course will also deal with aspects related to the management of innovation, the strategic and dynamic analysis of the reference sectors and markets, the management of project portfolios, the definition and economic evaluation of development projects and related 'models of business. The skills acquired will be useful to the chemical engineer in his work, whether he is directly involved as project manager project engineer, or senior process engineer, or whether he is called to carry out roles of R&D Manager, Innovation Manager, Marketing Manager and any other managerial figure with responsibility for strategic and organizational decisions. In fact, innovation management covers both strategic and technical-operational decisions. From this point of view, the student will also be able to gain experience in the operational management of development projects, as well as refine their skills with the use of design techniques for energy integration.
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 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.
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.
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. La maggior parte degli insegnamenti sono tenuti nel corso di laurea triennale; eventuali carenze di controllo (per studenti provenienti da altro ateneo) possono essere compensate. Si raccomanda la frequenza dell’insegnamento del primo semestre “Industrial chemistry and process simulation” per acquisire le competenze base sull’uso dei simulatori di processo.
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.
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,…)
Process design: - feasibility study - conceptual design - basic engineering Gerachical approach to conceptual design. Energy integration. Cost evaluation. Evaluation of different alternatives.
Una lista dettagliata delle lezioni è disponibile nel materiale dell’insegnamento, con i riferimenti puntuali al materiale di base e per approfondimenti di ogni argomento.
Una lista dettagliata delle lezioni è disponibile nel materiale dell’insegnamento, con i riferimenti puntuali al materiale di base e per approfondimenti di ogni argomento.
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.
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.
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.
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.
Modalità 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%].
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
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.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Le modalità di esame non smutano, fatto salvo il fatto che sono condotte in remoto. La parte orale prevede una parte grafica "alla lavagna" per cui lo studente si dovrà attrezzare con webcam e software di gestione della stessa, per garantire qualità dell'immagine sufficiente.
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
No changes with respect previous years.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Le modalità di esame non mutano. La parte orale prevede una parte grafica "alla lavagna" per cui, nel caso venga condotto in remoto, lo studente si dovrà attrezzare con webcam e software di gestione della stessa, per garantire qualità dell'immagine sufficiente.
Exam: Compulsory oral exam; Group project;
No changes.
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