Scopo dell’insegnamento è fornire agli allievi gli strumenti fondamentali per il progetto delle apparecchiature utilizzate nei processi di trasformazione chimica della materia. Nelle lezioni dell’insegnamento sono presentati i principali tipi di reattori omogenei ideali e sono ricavate le relazioni che ne descrivono il comportamento al variare delle condizioni operative.

Conoscenze da acquisire: - cinetica dei processi chimici omogenei, enzimatici e microbiologici; - bilanci di materia ed energia in reattori ideali continui e discontinui; - modelli fluidodinamici, funzioni distributive dei tempi di permanenza; - ottimazione e controllo termico di processi esotermici. Capacità da conseguire: scegliere il tipo di reattore ed identificare le condizioni operative ottimali in relazione alle caratteristiche del processo chimico;

Fondamenti di calcolo differenziale e integrale. Bilanci di materia e di energia.

Grandezze fondamentali ed equazioni cinetiche: velocità di reazione, conversione, selettività e resa; cinetica dei processi chimici omogenei, ordine di reazione, relazione di Arrhenius, energia di attivazione. Reattori chimici ideali: reattore discontinuo perfettamente miscelato, relazioni conversione-tempo in condizioni isoterme, produttività ottimale, incremento adiabatico di temperatura, profili temporali di conversione e temperatura; reattore continuo tubolare con flusso a pistone: bilanci locali di materia, conversione in sistemi isotermi, bilanci locali di energia, profili assiali di conversione e temperatura in reattori adiabatici e non adiabatici; reattore continuo perfettamente miscelato: conversione in condizioni stazionarie, stabilità e molteplicità di stati stazionari. Sistemi ibridi: reattore tubolare con riciclo, cascata di reattori perfettamente miscelati. Reattori continui con fluidodinamica non ideale: modelli per reattori tubolari: dispersione assiale di materia, modello bidimensionale; modelli per reattori miscelati: zone stagnanti, by-pass, modelli a due parametri; distribuzione dei tempi di permanenza: funzioni distributive, traccianti, stima dei parametri fluidodinamici, micro e macrofluidi, segregazione e sequenza di miscelazione; Selettività e resa in reattori chimici con reazioni multiple: reazioni parallele e consecutive in reattori continui e discontinui, condizioni operative ottimali. Ottimazione di temperatura per processi reversibili esotermici: temperatura ottimale e temperatura di equilibrio, reattore tubolare con stadi adiabatici inter-refrigerati. Run-away in reattori chimici: fenomenologia del run-away, MTSR e TMR, reazioni secondarie, valutazione della criticità. Reattori per processi enzimatici: equazione cinetica di Michaelis-Menten, stima delle costanti cinetiche, influenza delle variabili operative (temperatura e pH), processi enzimatici in reattori continui e discontinui, fenomeni di inibizione competitiva e non competitiva. Reattori per processi microbiologici: equazione cinetica di Monod, stechiometria e bilanci di materia, crescita di biomasse in reattori discontinui e continui, stima delle costanti cinetiche, diagrammi operativi, washout della biomassa in reattori miscelati continui, inibizione da prodotto.

In aula saranno svolti esercizi di calcolo analoghi a quelli dei temi d'esame (dimensionamento di reattori ideali omogenei e definizione delle condizioni operative in relazione alle specifiche di processo). E' prevista una esercitazione in laboratorio la cui frequenza è facoltativa ed avente come oggetto lo studio cinetico della idrolisi alcalina di un estere organico e realizzazione del processo in reattori continui.

Le dispense delle lezioni ed una raccolta di esercizi saranno disponibili sul portale dell'insegnamento. I seguenti riferimenti bibliografici sono consigliati come testi di riferimento in materia di reattoristica: K. .R. Westerterp et al., Chemical reactors design and operation, Wiley O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, Wiley H. S Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... L’esame dell’insegnamento di Reattori e Cinetiche Chimiche consiste in una prova scritta, nella quale sono presenti una o più domande relative agli argomenti trattati a lezione, e almeno due esercizi di calcolo relativi agli argomenti dell’insegnamento. Durante la prova scritta gli allievi possono consultare esclusivamente il materiale fornito dal docente e non possono usufruire di altre fonti di informazione quali libri, manuali o appunti. Il voto finale dell’insegnamento di Fenomeni di Trasporto e Reattori Chimici è dato dalla media aritmetica delle votazioni attribuite alla prova di Reattori e Cinetiche Chimiche e alla prova di Fenomeni di Trasporto.

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.