Nell’evoluzione del sistema produttivo industriale, le lavorazioni chimiche sono andate progressivamente affinandosi sviluppando apparecchi ed impianti che sono stati fatti propri dal settore alimentare, che raffina, trasforma ed unisce sostanze oggettivamente identificabili come prodotti chimici ancorché di origine prettamente naturale. Il corso si propone di illustrare agli allievi le più diffuse attrezzature che, dall’ originale logica dettata dall’uso in campo chimico, sono state adattate all’impiego in campo alimentare. Può essere quindi visto come la presentazione di apparecchiature per le Operazioni Unitarie classiche dell’ingegneria chimica integrata da cenni sui processi evolutivi seguiti nel trasferimento al settore alimentare e della descrizione delle più moderne interpretazioni si largo impiego industriale.

Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà avere la capacità di impostare ed eseguire i calcoli relativi alla progettazione o alla verifica di apparecchiature e selezionare quale sia la più adatta per una specifica Operazione Unitaria. Dovrà inoltre conoscere, in termini generali, il principio di funzionamento delle apparecchiature.

Reattori, Fenomeni di trasporto, Termodinamica

A APPARECCHIATURE PER LO SCAMBIO DI CALORE (5 crediti) 1 Scambiatori di calore senza passaggi di stato: l’industria chimica e l’industria alimentare fanno comunemente uso di apparecchi a tubi coassiali e a fascio tubiero; il settore alimentare in particolare fa largo uso anche di impianti a piastre per la possibilità di interventi di pulizia anche giornalieri, ad esempio del settore lattiero-caseario. 1.1 Per liquidi: due tubi coassiali a fascio tubiero 1.1.1 Per liquidi alimentari: a piastre 1.2 Per gas 2 Scambiatori di calore con passaggi di stato: il vapore saturo consente di raggiungere temperature molto elevate o di ridurre la dimensione degli apparecchi. E’ usato quindi frequentemente come fluido tecnologico. Viceversa è possibile che un fluido di processo sia disponibile in fase vapore e debba essere condensato in specifici apparecchi. 2.1 Uso del vapore saturo come mezzo riscaldante 2.1.1. Generatori di vapore a tubi di fumo e a tubi di acqua. Distribuzione del vapore saturo. Scaricatori di condensa. 2.2 Condensatori 3 Evaporatori: nelle produzioni chimiche ed alimentari molti materiali sono ottenuti in soluzioni acquose che devono essere concentrate per evaporazione del solvente: vengono descritti i principali apparecchi a tubi corti, con riciclo; a tubi lunghi, senza riciclo 3.1 Evaporatori con termocompressione: il vapore prodotto, ricondizionato, può essere riutilizzato nell’evaporazione. Vengono descritte le soluzioni con compressore meccanico e con termocompressore. 3.2 Impianti di concentrazione (per evaporazione). A multipli effetti: disponendo di più apparecchi, utilizzandoli a pressioni decrescenti, è possibile utilizzare come mezzo riscaldante il vapore prodotto negli elementi a pressione maggiore. 3.2.1 Condensatori barometrici. 4. Tecniche del freddo 4.1. Per refrigerazione si intende il trasferimento di calore da un ambiente che deve essere mantenuto a bassa temperatura ad un altro in cui può essere agevolmente smaltito. Ripasso di teoria sui cicli inversi e la produzione del freddo Il ciclo a compressione di vapore: componenti I fluidi refrigeranti 4.2. L'impianto frigorifero ad assorbimento, ad effetto termoelettrico e la pompa di calore. B APPARECCHIATURE PER LO SCAMBIO DI CALORE E MATERIA (1,5 credito) 1 Cristallizzatori: l’evaporazione del solvente può essere spinta fino alla cristallizzazione del soluto, operazione tipica ad esempio del settore saccarifero. 1.1 Cristallizzatori discontinui: nucleazione, omogeneo accrescimento, nucleazione secondaria 1.2 Cristallizzatori continui 2 Essiccatori: il prodotto solido e umido può essere portato a secchezza per evaporazione dell’acqua tramite una corrente di aria secca e calda. L’operazione è tipica della produzione di sostanze alimentari con ridotta attività dell’acqua e quindi conservabili per tempi più lunghi oppure per la produzione di farine tra cui quelle utilizzate nel settore birraio 2.1 Uso del diagramma psicrometrico 2.2 Essiccatori discontinui. 2.3 Essiccatori continui. 2.4 Essiccatori per sospensioni (esempio: produzione latte in polvere) C APPARECCHIATURE PER LO SCAMBIO CONCOMITANTE DI CALORE E QUANTITA’ DI MOTO: RECIPIENTI AGITATI MECCANICAMENTE CON DISPOSITIVI PER IL CONTROLLO TERMICO. (2 crediti) Come l’industria chimica, quella alimentare fa largo uso di apparecchi di miscelazione sia in fase di trasformazione dei prodotti (ad esempio nella lavorazione dell’olio di oliva), sia nella preparazione del prodotto diretto al consumo (ad esempio nella preparazione di salse-sughi e di prodotti a base di cacao-nutella) 1 Apparecchi per liquidi 2 Apparecchi per sistemi liquido/solido 3 Apparecchi con immissione di gas D APPARECCHIATURE PER OPERAZIONI FISICHE. (1,5 crediti) Le operazioni puramente fisiche sono frequentissime per cui vengono considerate solo le principali apparecchiature 1 Filtri 1.1 Filtri pressa (tipici dell’industria enologica e birraria, e in acampo ambientale nella depurazione dei reflui) 1.2 Filtri a foglia, cilindro (diffusi in tutto il settore alimentare) 1.3 Filtri per aeriformi (cicloni, a maniche, elettrostatici - per la depurazione dell'aria) 2 Macchine per la comminuzione: un tempo proprio della chimica di base, sono tradizionalmente usate in campo alimentare nella lavorazione delle materie prime (ad esempio frangitura delle olive, remacinazione delle fave di cacao tostate) e nella presentazione del prodotto finito (ad esempio caffè). 3 Apparecchi per la separazione di sistemi bifasici basati sulla differente massa volumica. Molto diffusi in campo ambientale, sono anche utilizzati dall’industria alimentare, non solo per la gestione delle acque, ma anche come attrezzature di processo, ad esempio per la separazione di emulsioni tra liquidi immiscibili.

L'insegnamento sarà integrato da 2 esercitazioni di laboratorio sperimentali di circa 3 ore l'una, duddivisi in piccoli gruppi di lavoro. La votazione che il gruppo otterrà andrà a contribuire in parte al giudizio finale che si otterrà durante l'esposizione della prova finale per i laureandi ingegneri chimici e alimentari. Le modalità con cui verranno presentati i risultati dei lavori in gruppo delle esercitazioni in laboratorio (relazione scritta, video, presentazione di slide, ecc... ) saranno decise all'inizio del semestre in accordo con gli esercitatori del corso

Dispense del docente caricate sul portale della didattica. Libri per approfondimenti: D.Q. Kern: Process Heat Transfer. Ed. Mcgraw-Hill Mc Cabe: Unit Operations of Chemical Engineering. Ed. Mcgraw-Hill J.M.Coulson, J.F.Richardson: Chemical Engineering, vol 6. Ed. Butterworth-Heinemann.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria;

Exam: Written test; Compulsory oral exam;

... L'esame consite in una prova scritta e una prova orale. L'accesso all'orale è consentitio solo dopo il superamento della prova scritta con votazione maggiore o uguale a 18/30. Esame orale: basato su 2 domande che coprono le tematiche descritte nel programma del valore di dieci punti ciascuna al fine di verificare la conoscenza di base degli argomenti esposti durante il corso. Ogni domanda ha il valore di 10/30. E’ prevista una domanda supplementare in caso di mancata conoscenza di una delle 2. Verrà applicata una decurtazione da 2 a 5 punti sulla sommatoria totale. Esame scritto: della durata di due ore circa senza l'uso di appunti o di libri. Viene fornito se necessario il materiale supplementare (grafici, tabelle, ...).Tale prova consiste in esercizi numerici, simili a quelli svolti nelle esercitazioni, che hanno lo scopo di stabilire la capacità di eseguire calcoli applicativi. Lo scritto ha un valore finale massimo di 10/30. La somma dei voti ottenuti nelle singole domande e nello scritto costituirà il voto finale. In presenza di particolari doti di ragionamento, articolazione delle problematiche durante l'esame orale, in caso di somma uguale a 30, verrà assegnata la lode.

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.