Il corso ha lo scopo di approfondire i principi di funzionamento ed il progetto dei reattori chimici che non sono stati oggetto di trattazione nel primo insegnamento (Reattori Chimici I ) della Laurea triennale.
In particolare sono sviluppati a fondo, soprattutto con fini progettuali, i reattori omogenei reali, ove si tiene conto dell'influenza degli aspetti fluidodinamici sulla cinetica di conversione, ed i reattori multifasici (bi e trifasici) che rappresentano la più importante classe di reattori chimici con applicazioni industriali di processo.
La parte di programma relativa ai reattori elettrochimici si propone di illustrare gli aspetti fondamentali dell'elettrochimica finalizzata all'ingegneria di processo, allo scopo di discutere le applicazioni di maggior interesse ingegneristico nei settori della elettrochimica industriale e della conversione elettrochimica dell'energia.

Al termine del corso gli studenti avranno avuto modo di comprendere l'importanza della fluidodinamica sulla progettazione dei reattori reali e del peso delle cinetiche di trasferimento di materia sulla velocità di conversione finale dei reattori multifasici.
Sono anche illustrati approcci semplificati che consentono di esprimere decisioni sulle scelte modellistiche da intraprendere ai fini del progetto finale. Grazie anche alle numerose esercitazioni di calcolo, gli studenti saranno in grado di applicare i concetti espressi a lezione alla progettazione dei reattori industriali.
Nell'ambito della reattoristica elettrochimica, gli studenti impareranno a valutare l'importanza dell'impiego di reattori elettrochimici confrontati con i reattori tradizionali, sia in termini di selettività dei processi che in termini di efficienza energetica e di impatto ambientale. In particolare, gli studenti saranno messi in grado di considerare criticamente l'utilizzo di varie configurazioni elettrodiche (materiali, giacitura, fattori tri-dimensionali, aspetti elettro-catalitici) che rappresentano possibili scelte progettuali.

Per trarre il maggior profitto possibile dal corso, gli studenti devono possedere buone conoscenze di base di termodinamica e cinetica chimica, di principi di ingegneria chimica, di fenomeni di trasporto e di chimica fisica applicata.

Parte 1 (5 CFU): Reattori Omogenei Reali e Reattori multifasici
Reattori reali:
Nomenclatura e breve richiamo dei reattori omogenei ideali.
Reattori reali: curve distributive dei tempi di permanenza RTDF, F(t), E(t) ecc., applicazioni al progetto e calcolo dei reattori; micro e macromiscelazione, segregazione. Influenza degli aspetti fluidodinamici sulla conversione del reattore .
Reattori multifasici Gas-Liquido
Assorbimento con reazione chimica; calcolo di reattori gas-liquido in presenza di reazione chimica.
Reattori multifasici Solido (Catalizzatore) Fluido
Effectiveness della particella catalitica, calcolo di reattore isotermo e con scambi termici. Calcolo di reazioni catalitiche velocissime (combustioni catalitiche). Modello bidimensionale del reattore.
Reattori trifasici
Reattori a slurry.
Reattori a sgocciolamento TBR (Trickle Bed Reactors). Fluidodinamica dei TBR, bagnatura esterna del catalizzatore, effectiveness per reattori TBR. Progetto generale dei TBR e recenti sviluppi della ricerca nel settore.

Parte 2 (3 CFU): Reattori elettrochimici
Generalità
Il reattore elettrochimico (cella). Velocità delle reazioni elettrochimiche. Rendimento in corrente. Conversione, resa e selettività. Bilancio di materia e di energia per un reattore elettrochimico. Consumo specifico di energia.
Elementi di cinetica elettrochimica
Cenni di cinetica elettrochimica: dissipazioni energetiche, cause di sovratensione. Sovratensione di attivazione e sovratensione di concentrazione. Equazione di Butler-Volmer, equazione di Tafel. Importanza del trasferimento di materia agli elettrodi in relazione alla cinetica elettrochimica. Influenza della concentrazione sulla velocità di reazione. Reazioni elettrochimiche multi-step. Reazioni concomitanti. Fenomeni di adsorbimento agli elettrodi.
Reattori e impianti elettrochimici
Aspetti tecnici fondamentali e problematiche generali. Descrizione e classificazione dei reattori. Elementi di progetto: cinetica di reazione, tensione minima di elettrolisi, equilibrio agli elettrodi, reazioni secondarie. Reattori a flusso a pistone e a mescolamento. Configurazioni di celle industriali. Alcuni esempi di processi elettrochimici industriali.
Generatori elettrochimici di energia
Sono presentati e discussi i principali tipi di generatori attraverso il confronto delle proprietà elettriche e delle condizioni operative.
Caratteristiche dei generatori elettrochimici: energia specifica, capacità, durata e vita. Caratteristiche elettriche, curve di scarica e curve di polarizzazione. Problematiche relative allo smaltimento e al recupero. Impatto ambientale.
Generatori elettrochimici primari: pile Leclanché, pile alcaline, pile al Litio, altri generatori primari.
Generatori elettrochimici secondari: proprietà e caratteristiche, vita, cicli, condizioni di ricarica. Batterie al piombo, batterie Ni-Cd e Ni-MeH, sistemi secondari al Litio (Litio ione).
Pile a combustibile, generalità e caratteristiche. Fuel cell a membrana polimerica (PEMFC), alcaline AFC), ad acido fosforico (PAFC), a carbonati fusi (MCFC), ad ossidi (SOFC).
Problemi di durata delle fuel cell, stabilità dei catalizzatori, degrado degli elettroliti, carichi ciclici.
Processi di trattamento dei combustibili. Problematiche del veicolo elettrico.

Le esercitazioni in aula consistono nella risoluzione, da parte degli allievi, di calcoli di progetto dei reattori come applicazione delle metodiche sviluppate a lezione.
E' prevista una esperienza di laboratorio obbligatoria sulla determinazione di curve distributive di tempi di permanenza in reattori miscelati. Ogni squadra dovrà preparare una relazione sulla sperimentazione eseguita. Il voto della relazione ha un piccolo peso sul voto finale di esame (da +1 a -1 trentesimi).

L'esame consiste di una prova scritta obbligatoria in cui è prevista la risoluzione di 2 esercizi di calcolo sulla progettazione di reattori relativi alla prima parte (open book) ed alla risposta di domande specifiche sulla parte di Elettrochimica (senza libri). La durata dell'esame scritto è di 3 ore. Dopo il superamento della prova scritta (voto minimo 16/30) si deve superare una prova orale (2 domande) che riguarda solo la parte teorica (dimostrazioni e concetti) dei reattori reali e multifasici. Il voto finale è ottenuto pesando per 5/8 i voti di scritto ed orale della prima parte del corso e per 3/8 il voto della parte dell'esame scritto relativa alla seconda parte del corso. Al voto finale va aggiunto (o sottratto) il voto della relazione sull'esercitazione di laboratorio. Il voto finale viene registrato solo dopo la prova orale. I voti relativi agli scritti hanno validità per tutto l'anno accademico. Comunque le modalità di svolgimento dell'esame sono messe per iscritto e distribuite ed illustrate agli studenti.