Il corso fornisce una conoscenza essenziale e attuale dei processi industriali in cui il petrolio grezzo viene trasformato in prodotti intermedi e in prodotti finali, intesi rispettivamente come materie prime per l'industria chimica e materiale grezzo per l'industria manifatturiera. Sono presi in considerazione gli aspetti chimici, tecnologici ed economici delle trasformazioni chimiche coinvolte in tali processi, e l'impiego di simulatori di processo per dimensionare ed ottimizzare apparecchiature industriali e processi complessi, valutando l'influenza delle variabili operative sul prodotto finale.

Il corso si pone l'obiettivo di sviluppare nell'allievo l'abilità a interpretare un processo chimico su scala industriale, a conoscere gli aspetti teorici rilevanti per governare la trasformazione della materia prima nei prodotti, a individuare i parametri di processo che possono essere critici per l'esito della trasformazione e a rilevare i fattori determinanti ai fini della riduzione del costo di trasformazione. Si desidera inoltre che l'allievo sia in grado di generare e utilizzare modelli matematici idonei a rappresentare il processo, nelle singole apparecchiature e nel suo insieme, e mediante questi sappia verificare la funzionalità del processo, ottimizzare i parametri che lo controllano e presentare i risultati del calcolo in un modo professionale.
Al termine dell'insegnamento ci si aspetta che lo studente abbia conoscenza:
- dei cicli industriali che portano dal petrolio a prodotti intermedi e a prodotti finali di natura polimerica,
- dei fattori critici che controllano le trasformazioni chimiche su grande scala,
- delle modalità con cui si possono ottenere materiali di natura polimerica su scala industriale,
- delle problematiche connesse alla modellazione dei processi chimici industriali,
- delle caratteristiche di un simulatore di processo professionale e delle modalità di utilizzo,
- delle modalità con cui presentare, in modo efficace, i risultati di una simulazione di processo;
sia dotato di capacità di:
- valutare la fattibilità di un processo di trasformazione di idrocarburi su scala industriale,
- progettare un processo di produzione di un materiale polimerico,
- operare sui parametri di un processo di polimerizzazione al fine di modificare le proprietà del prodotto polimerico,
- elaborare dei modelli utili alla simulazione di processi industriali,
- individuare il metodo termodinamico più adatto a descrivere i singoli stadi di un processo chimico industriale,
- utilizzare un simulatore di processo professionale per dimensionare stadi e processo al fine di raggiungere obiettivi progettati,
- analizzare i risultati ottenuti mediante la simulazione di processo.
e sia in grado di:
- individuare i processi industriali operativi sul mercato idonei a produrre un determinato prodotto chimico;
- individuare le modifiche di processo necessarie per consentire di raggiungere degli obiettivi prefissati;
- presentare i risultati ottenuti mediante la simulazione di processo in forma efficace.
Per raggiungere tali obiettivi il corso è suddiviso in tre parti che utilizzano strumentalmente i processi di lavorazione del petrolio, dalla raffinazione alla petrolchimica. Attraverso analisi degli aspetti termodinamici, cinetici e tecnologici si illustrano le tecnologie impiegate per la raffinazione del greggio e per la trasformazione degli idrocarburi in derivati funzionali e in materie prime per la produzione di monomeri con specifiche industriali. Nella seconda parte del corso vengono forniti i fondamenti chimici e di processo per la produzione e la caratterizzazione di materiali polimerici industriali. Si sviluppano i fondamenti delle reazioni a stadi e delle reazioni a catena per la produzione di polimeri sintetici con analisi dei processi che portano a materiali con proprietà termoplastiche, termoindurenti ed elastomeriche. Nella terza parte del corso vengono forniti gli strumenti per utilizzare un simulatore di processo professionale per il calcolo di apparecchiature e la valutazione di processi industriali, con particolare attenzione ai cicli di raffinazione del greggio ed ai processi dell'industria petrolchimica.

Il corso può essere seguito se si hanno le conoscenze fondamentali dei:
- fondamenti della chimica generale e della chimica delle sostanze organiche,
- principi di funzionamento delle principali apparecchiature dell'industria chimica, in particolare scambiatori di calore, colonne di assorbimento, colonne di distillazione, reattori chimici.
- metodi termodinamici utilizzabili per calcolare per proprietà di composti chimici e per descrivere gli equilibri liquido-vapore.

Parte prima(20 ore)
Il petrolio come materia prima. Aspetti storici ed economici dell'impiego industriale delle miscele idrocarburiche ottenute dal petrolio. Prodotti industriali di derivazione petrolchimica.
Valutazione tecnologica delle miscele idrocarburiche. Frazionamento del greggio. Composizione delle frazioni. Curve di distillazione. Proprietà tecnologiche. Rappresentazioni grafiche delle proprietà.
Processi di raffinazione. Miscele idrocarburiche di interesse energetico e petrolchimico. Processi di depurazione delle miscele gassose per assorbimento e adsorbimento. Trattamenti di depurazione per idrogenazione dei liquidi.
Conversione delle frazioni idrocarburiche liquide e gassose. Catalizzatori per la interconversione di idrocarburi. Processi di: cracking catalitico, alchilazione, isomerizzazione, oligomerizzazione, reforming catalitico.
Prodotti petroliferi. Specifiche dei prodotti. Miscelazione. Additivi. Inquinamento ambientale da uso di idrocarburi. Criteri ecologici e di sicurezza nella manipolazione di miscele idrocarburiche. Infiammabilità.
Produzione di olefine leggere. Etilene. Olefine e diolefine da steam-cracking. Modelli di reazione. Separazione e purificazione dei prodotti insaturi. Butadiene e isoprene da intermedi petrolchimici.
Produzione di aromatici. Fonti di idrocarburi aromatici. Separazione delle miscele BTX. Processi per separazione e purificazione degli isomeri C8 aromatici. Interconversione di aromatici alchilati. Derivati degli aromatici
Intermedi petrolchimici. Monomeri, solventi e intermedi derivati da olefine leggere mediante processi di idroformilazione, ossidazione selettiva, idratazione, alogenazione.

Parte seconda (30 ore)
Generalità sulle macromolecole. Classificazione, strutture, proprietà, settori applicativi.
Pesi molecolari medi dalle proprietà di soluzioni polimeriche. Tecniche strumentali per la misura della distribuzione dei pesi molecolari.
Polimeri da poliaddizione radicalica. Monomeri, iniziatori, modelli di reazione, cinetica, controllo del peso molecolare. Modalità di processi industriali in massa, in soluzione, in sospensione e in emulsione.
Polimeri da polimerizzazione a stadi. Monomeri, catalizzatori, variabili di processo e grado di polimerizzazione, distribuzione dei pesi molecolari. Produzione industriale di poliammidi e poliesteri.
Polimeri da poliaddizione ionica. Iniziatori ionici. Caratteristiche dei processi a propagazione cationica e anionica. Polimerizzazione stereospecifica.
Produzione di commodities polimeriche. Polietilene a alta e bassa densità, polipropilene, polistirene, polivinil cloruro.
Polimeri da copolimerizzazione. Modelli di copolimerizzazione. Composizione del polimero e reattività dei monomeri. Rapporti di reattività e loro valutazione. Copolimeri di interesse industriale.
Produzione industriale di alcuni materiali polimerici termoplastici, termoindurenti ed elastomerici.
Impatto ambientale dei polimeri di sintesi Degradazione ambientale. Tecnologie di riuso, riciclo e smaltimento.
Polimeri da fonti rinnovabili. Biopolimeri. Produzione e applicazioni di amido e cellulosa. Produzione e applicazioni di acido polilattico e polidrossi alcanoati.

Parte terza (30 ore)
- Sviluppo dei processi mediante simulazione matematica: importanza dei modelli matematici nella descrizione dei processi, problematiche connesse all'utilizzo dei simulatori di processo, criteri nella scelta di modelli semplificati, criteri di scelta del metodo termodinamico, presentazione dei risultati ottenuti mediante la simulazione di processo.
- Calcolo, dimensionamento ed ottimizzazione di apparecchiature (scambiatori di calore, colonne di assorbimento, colonne di distillazione, estrattori liquido-liquido, reattori chimici) mediante il simulatore di processo.
- Calcolo, dimensionamento ed ottimizzazione di processi industriali: integrazione energetica, processi con ricircoli.
- Processi petrolchimici e di produzione di materiali polimerici.

Esercitazioni si sviluppano in aula per tutto il corso durante le lezioni frontali. In esse si richiede agli allievi la soluzione di problemi numerici attinenti gli argomenti esposti.
Un ciclo di esercitazioni è condotto in laboratorio informatico. Esso è finalizzato ad introdurre l'allievo all'impiego di un simulatore di processo per il calcolo di apparecchiature (scambiatori di calore, reattori chimici, colonne di distillazione/assorbimento, pompe e compressori, estrattori liquido-liquido) e processi, con particolare attenzione alla raffinazione del greggio, ai processi petrolchimici e alla produzione di polimeri industriali. Esse prevedono una prima fase in cui il docente presenta l'argomento di studio, con la risoluzione di uno o più esercizi significativi, seguita da una seconda fase in cui gli studenti risolvono autonomamente esercizi loro proposti. In questa fase viene fornita assistenza continua da parte del docente. Nella parte finale del corso è previsto che gli studenti si organizzino in gruppi di tre / massimo quattro persone per affrontare un caso di studio proposto dal docente, il cui risultato verrà consegnato al docente sotto forma di relazione scritta.

Il materiale didattico sulle tre parti del corso è reso disponibili sul portale della didattica prima che le lezioni vengano sviluppate e, solo eccezionalmente, specificatamente per gli argomenti sottoposti ad aggiornamento, alla fine del periodo didattico.
Per approfondimenti delle tematiche trattate:
P. J. Chenier, Survey of Industrial Chemistry, Plenum Publisher, 2002
C. Giavarini, Processi di raffinazione e petrolchimici, Siderea, Roma, 1999.
A.I.M. , Macromolecole: Scienza e Tecnologia. Vol. 1, Pacini Editore, Pisa, 1992

L'apprendimento viene verificato mediante un esame scritto di simulazione di processo che ha l'obiettivo di verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese, nonché dell'autonomia di giudizio e della comunicazione tecnica. In particolare, allo studente verrà proposto un processo industriale da dimensionare, o da modificare, al fine di ottenere determinati obiettivi. A tal fine lo studente dovrà mostrare di essere in grado di individuare il modello più idoneo per la descrizione del processo, di individuare le variabili operative su cui intervenire e di presentare i risultati in modo efficace. La verifica dell'apprendimento si conclude con un esame orale, della durata di circa tre quarti d'ora: tale esame consiste in tre o quattro domande che richiedono esposizione di concetti teorici, illustrazione di processi chimici o svolgimento di brevi calcoli.