L'insegnamento si propone di fornire le conoscenze necessarie per la selezione e l'impiego nell'industria chimica e biotecnologia dei processi di separazione a membrana, dei processi con fluidi supercritici e dei processi cromatografici e di adsorbimento su letto fisso.

L'obiettivo dell'insegnamento è quello far acquisire all'allievo un'adeguata conoscenza di specifici processi di separazione applicati nell'industria di processo. In particolare, l'allievo dovrà conoscere:
- i processi di separazione a membrana usati nell'industria di processo, i tipi di membrana e i moduli più adatti per una specifica separazione;
- i modelli matematici usati per esprimere il trasporto all'interno della membrana, la polarizzazione della concentrazione e il comportamento e delle unità di separazione più semplici;
- le proprietà dei fluidi supercritici e loro applicazione nell'industria di processo;
- l'adsorbimento su letto fisso, le sue principali applicazioni e i criteri di scale-up;
- le principali tecniche cromatografiche e loro applicazione in ambito industriale.
L'allievo dovrà essere in grado di eseguire le seguenti attività:
- selezionare il processo a membrana, il tipo di membrana e il modulo più adatti a eseguire una specifica separazione;
- applicare i modelli semplificati delle unità separazione a membrana;
- Valutare la possibilità e la convenienza di utilizzare un fluido supercritico in un processo industriale;
- Stimare la lunghezza di un letto adsorbimento e eseguire una scale-up da dati sperimentali di laboratorio;
- Stimare la separazione ottenibile in una colonna cromatografica per una specifica separazione.

Conoscenze di base di termodinamica, fenomeni di trasporto e calcolo differenziale.

Processi di separazione a membrana.
Introduzione ai processi a membrana. Definizione di membrana. Classificazione dei principali processi a membrana. Classificazione delle membrane (membrane simmetriche/asimmetriche, porose/dense, composite).
Trasporto nelle membrane. Trasporto attraverso un mezzo poroso: flusso viscoso e flusso di Knudsen. Trasporto attraverso membrane non-porose: modello della diffusione in soluzione.
Fenomeni di polarizzazione e sporcamento.
Preparazione di membrane sintetiche. Membrane da inversione di fase: preparazione per evaporazione, precipitazione termica e precipitazione per immersione. Membrane composite: polarizzazione interfacciale e rivestimento. Modificazione di membrane omogenee. Influenza dei vari parametri sulla morfologia delle membrane. Membrane inorganiche.
Progettazione e moduli. Moduli a piastre. Moduli tubolari. Moduli a spirale avvolta. Moduli a fibre capillari. Moduli a fibre cave. Confronto tra le diverse configurazioni.
Processi industriali a membrana e principali applicazioni: osmosi inversa, ultrafiltrazione, microfiltrazione, separazione di gas, pervaporazione e elettrodialisi.
Processi con fluidi supercritici.
Proprietà dei fluidi supercritici. Equazioni di stato per fluidi supercritici. Solubilità, equilibri di fase e rigonfiamento di polimeri. Effetto di un cosolvente. Tipici processi di estrazione. Deasfaltazione con propano. Processo ROSE. Processo Solexol. Produzione di caffe decaffeinato. Rapida espansione di soluzioni supercritiche (RESS). Precipitazione di un fluido compresso antisolvente (PCA).
Processi di adsorbimento.
Modellazione di un adsorbitore a letto fisso isotermo e criteri di scale-up. Temperature swing adsorption (TSA). Pressure swing adsorption (PSA).
Processi di separazione cromatografici.
Principi base della cromatografia. Tipi di cromatografia. Teoria della cromatografia lineare. Asimmetria e scodamento dei picchi. Risoluzione tra picchi. Selettività, efficienza e numero di piatti teorici. Equazioni per il calcolo dell'altezza dei piatti. Modalità operative: eluizione cromatografica, analisi frontale e sviluppo per spiazzamento (displacement development).

Esercitazioni di calcolo in aula sugli argomenti delle lezioni.

I seguenti testi sono consigliati per chiarimenti sugli argomenti trattati a lezione:
- Baker,Richard W. Membrane technology and applications. Chichester: Wiley, copyr. 2004.
- McHugh,Mark A. Supercritical fluid extraction: principles and practice. Boston: Butterworth - Heinemann, copyr. 1994.