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PORTALE DELLA DIDATTICA

Industrial Chemistry

03AHXMB

A.A. 2019/20

Course Language

Italian

Course degree

1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Chemical And Food Engineering - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 64
Esercitazioni in aula 30
Esercitazioni in laboratorio 6
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Pirone Raffaele Professore Ordinario ING-IND/27 57 22.5 0 0 6
Teaching assistant
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Context
SSD CFU Activities Area context
ING-IND/27 10 B - Caratterizzanti Ingegneria chimica
2019/20
L'insegnamento fornisce le competenze necessarie per la comprensione dei principali processi dell'industria chimica, con la doppia ottica della progettazione e della gestione del processo industriale. L’obiettivo generale dell’insegnamento è quello di fornire allo studente le capacità di sintesi e di analisi critica, sulla scorta delle competenze maturate in tutti gli insegnamenti precedentemente impartiti, dei fenomeni fisici in gioco e delle Unità Operative impegnate nello sviluppo di processi chimici di interesse applicativo. Più nel dettaglio, ci si propone di: - stimolare l'approfondimento delle conoscenze chimiche finalizzate alle applicazioni industriali; - indurre la conoscenza e la corretta interpretazione di processi attuati dall'industria chimica; - fornire agli allievi una metodologia di calcolo concernente gli equilibri ed i bilanci di materia ed energia relativi ai processi chimici industriali; - fornire i criteri generali per la realizzazione di un processo chimico.
Such a module provides the skills needed to understand the main processes of the chemical industry, with the dual optics of designing and managing the industrial process. The general objective of the course is to provide the student with critical synthesis and analysis skills, based on the skills acquired in all the previously taught modules of the chemical and food engineering bachelor degree, of all physical phenomena playing a role and of the Unit Operations engaged in the development of chemical processes of practical interest. More in detail, the expected outcome that the module propose to reach is to: - stimulate the deepening of chemical knowledge aimed at industrial applications; - induce the knowledge and the correct interpretation of processes carried out by the chemical industry; - provide students with a methodology for calculating thermodynamic equilibria and mass and energy balances related to industrial chemical processes; - provide general criteria for the realization of a chemical process.
L’insegnamento è svolto in parallelo con quello di Impianti chimici e a valle di tutti gli altri insegnamenti caratterizzanti l’ingegneria chimica e di processo, ed ha l’ambizione di completare la formazione di base dell'ingegnere chimico attraverso l’applicazione delle competenze acquisite in problemi di carattere pratico quali quelli dell’industria chimica cosiddetta “pesante”. Attraverso la frequenza del corso, lo studente dovrà acquisire: - la conoscenza approfondita delle reazioni chimiche e delle operazioni unitarie che sono alla base dei principali processi della chimica industriale; - la capacità di comprendere i vari aspetti di un processo chimico (termodinamica, cinetica, catalisi, tipologia di reattori, condizioni operative, schemi di impianto, aspetti di sicurezza, ambientali ed economici) e di come il loro concorrere determini la prestazione industriale; - la capacità di risolvere problemi di calcolo relativi ad equilibri e bilanci di materia ed energia concernenti processi della chimica industriale; - la capacità di eseguire in modo corretto esperienze di laboratorio finalizzate all'acquisizione di misure utili per l'interpretazione di cinetiche e/o equilibri. Ai fini dell'autonomia di giudizio e della comunicazione tecnica, lo studente deve: - saper redigere relazioni tecniche corrette; - essere in grado di elaborare statisticamente i risultati di misurazioni ripetute; - essere in grado di elaborare i risultati numerici secondo modelli teorici.
The teaching is carried out in parallel with that of chemical plants and downstream of all other chemical and process engineering modules and has the ambition to complete the basic training of the chemical engineer through the application of acquired skills in practical problems such as those of the so-called "heavy" (or "bulk") chemical industry. Through the course, the student will have to acquire: - In-depth knowledge of chemical reactions and unitary operations that are the basis of the main processes of industrial chemistry; - the ability to understand the various aspects of a chemical process (thermodynamics, kinetics, catalysis, type of reactors, operating conditions, processes schemes, safety, environmental and economic aspects) and how their performance determines industrial performance; - the ability to solve calculation problems related to mass and energy balances related to industrial chemistry processes; - the ability to perform laboratory experiments in a correct manner to obtain useful measurements for the interpretation of kinetics and / or equilibria. For the sake of autonomy of judgment and technical communication, the student must: - know how to draw up correct technical reports; - be able to statistically process the results of repeated measurements; - be able to process numerical results according to theoretical models.
L'allievo che accede a questo insegnamento deve conoscere la chimica generale, in particolare i concetti di equilibrio chimico, la legge dell'azione di massa, la teoria degli equilibri acido-base e di solubilità, le reazioni di ossido-riduzione, la termodinamica e la cinetica chimica. Deve essere in grado di bilanciare le equazioni di reazione e di risolvere problemi stechiometrici. Deve avere padronanza dei bilanci di materia e di energia su sistemi chiusi e in flusso. Deve conoscere la reattoristica chimica e le leggi che descrivono il comportamento e le prestazioni delle principali apparecchiature in cui avviene una reazione chimica. Deve padroneggiare le operazione unitarie di separazione e purificazione di correnti multicomponente. E' desiderabile che sappia effettuare ricerche bibliografiche su fonti in lingua inglese.
The student who is going to attend this teaching must know the general chemistry, in particular the concepts of chemical equilibrium, the mass action law, the theory of acid-base equilibria and solubility, redox reactions, the thermodynamics and the chemical kinetics. He must also know the main classes of organic compounds, the main types of organic reactions, applications of spectrophotometry. Must be able to balance the equations of reaction and solving problem of complex process stoichiometric. It is also highly desirable that he knows how to perform literature searches on English sources.
Processo chimico industriale, materie prime, chimica di base, chimica fine e di specialità (3 h). Equilibri in fase gassosa e in fase liquida, equazioni di bilancio (di materia e di energia) in sistemi aperti, (7.5 h). Catalisi e catalizzatori: adsorbimento fisico e chimico, isoterme, con esercitazioni di laboratorio, catalisi eterogenea, preparazione e caratteristiche dei catalizzatori, catalisi omogenea (12 h, incluso il laboratorio in squadre). idrogeno: processi di produzione e purificazione del gas di sintesi: steam reforming, ossidazione parziale, water gas shift; separazione della CO2 con processi di assorbimento fisico e/o chimico; metanazione e lavaggio con azoto liquido. (27 h). Ciclo dell'azoto: sintesi ammoniaca, acido nitrico, abbattimento ossidi di azoto (22 h). Zolfo, acido solforico (19.5 h). Liquefazione e distillazione dell’aria: processo Linde (9 h).
Industrial chemistry, raw materials, basic chemistry, fine chemical and specialty (3 h). Gas and liquid phase equilibria, balance equations (of mass and energy) in open systems, (7.5 h). Catalysis and catalysts: physical and chemical adsorption, isotherms, with laboratory exercises and heterogeneous catalysis calculation, preparation and characteristics of catalysts, homogenous catalysis (12 h, including in team laboratory activity). Hydrogen: synthesis gas production and purification processes: steam reforming, partial oxidation, water gas shift; Separation of CO2 with physical and / or chemical absorption processes; Methanation and washing with liquid nitrogen. (27 h). Nitrogen cycle: ammonia synthesis, nitric acid, nitrogen oxides (22 h). Sulfur, sulfuric acid (19.5 h). Liquefaction and air distillation: Linde process (9 h).
Le esercitazioni in aula sono relative alla risoluzione di problemi concernenti gli equilibri chimici, proposti come esemplificazioni ed applicazioni della trattazione teorica. In modo analogo sono svolte le esercitazioni di calcolo relative ai bilanci di materia ed energia. I problemi trattati nelle esercitazioni in aula sono analoghi a quelli che sono proposti nella prova scritta di esame. Esse coinvolgono i processi più importanti dell’industria chimica e riguardano analisi quantitative sulle principali grandezze in gioco. La frequenza alle esercitazioni in aula è fortemente consigliata ma non obbligatoria. Le esercitazioni di laboratorio sono organizzate a gruppi di tre o quattro allievi. Per ogni esercitazione, a ciascun gruppo si richiede di redigere una relazione scritta riportante i dati acquisiti nel corso dell'esperienza e le opportune elaborazioni dei medesimi. Le relazioni sono valutate e al termine del corso anche attraverso una breve presentazione pubblica (orale) e viene dato un voto complessivo relativo all'attività di laboratorio. La frequenza alle esercitazioni di laboratorio è obbligatoria salvo esonero autorizzato in casi motivati.
Classroom exercises are related to the resolution of problems concerning (phase and chemical) equilibria over industrial chemical processes, proposed as examples and applications of the theoretical treatment. Similarly calculation exercises are performed regarding the mass and energy balances over processes. The issues exercises addressed in the classroom are similar to those that are proposed in the written examination. Attendance to classroom exercises is strongly recommended but not mandatory. The laboratory exercises are organized in groups of three or four students. For each exercise, each group is required to prepare a written report containing data acquired during the experience and subsequent processing of the same. The reports are evaluated and at the end of the course is given an overall grade on the activities of the laboratory. Attendance at laboratory exercises is mandatory unless exemption authorized in justified cases.
Poiché l’insegnamento tratta una sintesi di argomenti scelti di chimica industriale, è stato sviluppato materiale didattico apposito che è messo a disposizione degli allievi attraverso il portale della didattica. In modo analogo sono messi a disposizione esercizi e temi trattati nelle esercitazioni in aula, utili per la preparazione dell'esame scritto. Per approfondimenti si segnalano i seguenti testi: • J.A. Moulijn, M. Makkee, A. Van Diepen, Chemical Process Technology, Ed. Wiley, Chichester, UK, 2001. (TESTO UFFICIALE DI RIFERIMENTO) • R.M. Felder e R.W. Rousseau (2000) Elementary Principles of Chemical Processes, J. Wiley • E. Stocchi, Chimica industriale, voll. I e II, Ed. Edisco, Torino. • K. Liu, C. Song, V. Subramani, Hydrogen and Syngas Production and Purification Technologies, Ed. Wiley, Hoboken NJ, 2010.
As the course is a summary of selected topics of industrial chemistry, it has been developed appropriate educational material that is made available to the students of the course through the portal of teaching. Similarly, some exercises and topics covered in the classroom exercises are made available, for the purpose of preparation of the written examination. For further studies, it is noticed the following texts: - J.A. Moulijn, M. Makkee, A. Van Diepen, Chemical Process Technology, Ed. Wiley, Chichester, UK, 2001. (OFFICIAL REFERENCE BOOK)  - R.M. Felder e R.W. Rousseau (2000) Elementary Principles of Chemical Processes, J. Wiley  - E. Stocchi, Chimica industriale, voll. I e II, Ed. Edisco, Torino.   - K. Liu, C. Song, V. Subramani, Hydrogen and Syngas Production and Purification Technologies, Ed. Wiley, Hoboken NJ, 2010. 
Modalità di esame: prova scritta; prova orale facoltativa; prova di laboratorio;
L'esame finale consiste in una prova scritta relativa alla risoluzione di problemi simili a quelli svolti negli esercizi in aula e una prova orale facoltativa. Nella prova scritta (2 ore) viene proposto un esercizio di calcolo, che può essere di verifica o di progettazione di un processo della chimica industriale; durante il test è permesso consultare libri, dispense, manuali, varie forme, ad eccezione delle note "manoscritte"; l'obiettivo della prova scritta è costituito dalla valutazione della capacità di eseguire calcoli in contesti "aperti", cioè quando non tutte le variabili di stato sono state fissate e le opzioni decisionali sono delegate allo studente (sulla base di concetti appresi su specifici processi reali). La valutazione numerica dell'esame scritto rappresenta il 75% del voto finale; un altro 25% è costituito dal voto ottenuto dall'esperienza di laboratorio. Nell'esame orale facoltativo (una sola domanda di tipo nozionistico) verrà verificata la preparazione dello studente in merito ad alcuni aspetti teorici nei processi insegnati, con l'obiettivo di affinare il voto acquisito (+/- 2 punti sul voto maturato).
Exam: written test; optional oral exam; practical lab skills test;
The final exam consists of a written test on the resolution of problems similar to those carried out in the classroom exercises, and an optional oral examination. In the written test (3 hours) it is proposed a computational exercise, which can be of either verification or design of a process of the industrial chemistry; during the test it is allowed to consult books, handouts, manuals, various forms, except the "manuscripts" notes; the objective of the written test is constituted by the evaluation of the ability to perform calculations in "open" contexts, i.e. when not all state variables are fixed, and the decision-making options are delegated to the student (on the basis of concepts learned about specific real processes). The grade of the written exam accounts for 75% of the final grade; another 25% is constituted by the vote laboratory. In the optional oral small-type examination (one only question) the student will be asked about some notional aspect of the processes taught, with the aim to refine the acquired grade (+/- 2 points on the vote matured). 


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