L'insegnamento fornisce le competenze necessarie per la comprensione dei principali processi dell'industria chimica, con la doppia ottica della progettazione e della gestione del processo industriale. L’obiettivo generale dell’insegnamento è quello di fornire allo studente le capacità di sintesi e di analisi critica, sulla scorta delle competenze maturate in tutti gli insegnamenti precedentemente impartiti, dei fenomeni fisici in gioco e delle Unità Operative impegnate nello sviluppo di processi chimici di interesse applicativo. Più nel dettaglio, ci si propone di: - stimolare l'approfondimento delle conoscenze chimiche finalizzate alle applicazioni industriali; - fornire agli allievi una metodologia di calcolo concernente gli equilibri ed i bilanci di materia ed energia relativi ai processi chimici industriali; - indurre la conoscenza e la corretta interpretazione di processi attuati dall'industria chimica; - fornire i criteri generali per la realizzazione di un processo chimico.

L’insegnamento è svolto in parallelo con quello di Impianti chimici e a valle di tutti gli altri insegnamenti caratterizzanti l’ingegneria chimica e di processo, ed ha l’ambizione di completare la formazione di base dell'ingegnere chimico attraverso l’applicazione delle competenze acquisite in problemi di carattere pratico quali quelli dell’industria chimica cosiddetta “pesante”. Attraverso la frequenza del corso, lo studente dovrà acquisire: - la conoscenza approfondita delle reazioni chimiche e delle operazioni unitarie che sono alla base dei principali processi della chimica industriale; - la capacità di comprendere i vari aspetti di un processo chimico (termodinamica, cinetica, catalisi, tipologia di reattori, condizioni operative, schemi di impianto, aspetti di sicurezza, ambientali ed economici) e di come il loro concorrere determini la prestazione industriale; - la capacità di risolvere problemi di calcolo relativi ad equilibri e bilanci di materia ed energia concernenti processi della chimica industriale (e quindi di tradurre dei concetti di base in aspetti quantitativi di ordine pratico); - la capacità di eseguire in modo corretto esperienze di laboratorio in gruppo finalizzate all'acquisizione di misure utili per l'interpretazione di cinetiche e/o equilibri, e la capacità a comunicarne i risultati in maniera pubblica. Ai fini dell'autonomia di giudizio e della comunicazione tecnica, lo studente deve: - saper redigere relazioni tecniche corrette; - essere in grado di elaborare statisticamente i risultati di misurazioni ripetute; - essere in grado di elaborare i risultati numerici secondo modelli teorici.

L'allievo che accede a questo insegnamento deve conoscere la chimica generale, in particolare i concetti di equilibrio chimico, la legge dell'azione di massa, la teoria degli equilibri acido-base e di solubilità, le reazioni di ossido-riduzione, la termodinamica e la cinetica chimica. Deve essere in grado di bilanciare le equazioni di reazione e di risolvere problemi stechiometrici. Deve avere padronanza dei bilanci di materia e di energia su sistemi chiusi e in flusso. Deve conoscere la reattoristica chimica e le leggi che descrivono il comportamento e le prestazioni delle principali apparecchiature in cui avviene una reazione chimica. Deve padroneggiare le operazione unitarie di separazione e purificazione di correnti multicomponente. E' desiderabile che sappia effettuare ricerche bibliografiche su fonti in lingua inglese.

Processo chimico industriale, materie prime, chimica di base, chimica fine e di specialità (3 h). Equilibri in fase gassosa e in fase liquida, equazioni di bilancio (di materia e di energia) in sistemi aperti, (7.5 h). Catalisi e catalizzatori: adsorbimento fisico e chimico, isoterme, con esercitazioni di laboratorio, catalisi eterogenea, preparazione e caratteristiche dei catalizzatori, catalisi omogenea (12 h, incluso il laboratorio in squadre). idrogeno: processi di produzione e purificazione del gas di sintesi: steam reforming, ossidazione parziale, water gas shift; separazione della CO2 con processi di assorbimento fisico e/o chimico; metanazione e lavaggio con azoto liquido. (27 h). Ciclo dell'azoto: sintesi ammoniaca, acido nitrico, abbattimento ossidi di azoto (22 h). Zolfo, acido solforico (19.5 h). Liquefazione e distillazione dell’aria: processo Linde (9 h).

Le esercitazioni in aula sono relative alla risoluzione di problemi concernenti gli equilibri chimici, proposti come esemplificazioni ed applicazioni della trattazione teorica. In modo analogo sono svolte le esercitazioni di calcolo relative ai bilanci di materia ed energia. I problemi trattati nelle esercitazioni in aula sono analoghi a quelli che sono proposti nella prova scritta di esame. Esse coinvolgono i processi più importanti dell’industria chimica e riguardano analisi quantitative sulle principali grandezze in gioco. La frequenza alle esercitazioni in aula è fortemente consigliata ma non obbligatoria. Le esercitazioni di laboratorio sono organizzate a gruppi di tre o quattro allievi. Per ogni esercitazione, a ciascun gruppo si richiede di redigere una relazione scritta riportante i dati acquisiti nel corso dell'esperienza e le opportune elaborazioni dei medesimi. Le relazioni sono valutate e al termine del corso anche attraverso una breve presentazione pubblica (orale) e viene dato un voto complessivo relativo all'attività di laboratorio. La frequenza alle esercitazioni di laboratorio è obbligatoria salvo esonero autorizzato in casi motivati.

Poiché l’insegnamento tratta una sintesi di argomenti scelti di chimica industriale, è stato sviluppato materiale didattico apposito che è messo a disposizione degli allievi attraverso il portale della didattica. In modo analogo sono messi a disposizione esercizi e temi trattati nelle esercitazioni in aula, utili per la preparazione dell'esame scritto. Per approfondimenti si segnalano i seguenti testi: • J.A. Moulijn, M. Makkee, A. Van Diepen, Chemical Process Technology, Ed. Wiley, Chichester, UK, 2001. (TESTO UFFICIALE DI RIFERIMENTO) • R.M. Felder e R.W. Rousseau (2000) Elementary Principles of Chemical Processes, J. Wiley • E. Stocchi, Chimica industriale, voll. I e II, Ed. Edisco, Torino. • K. Liu, C. Song, V. Subramani, Hydrogen and Syngas Production and Purification Technologies, Ed. Wiley, Hoboken NJ, 2010.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Prova pratica di laboratorio; Elaborato progettuale in gruppo;

Exam: Written test; Optional oral exam; Practical lab skills test; Group project;

... L'esame finale consiste in una prova scritta relativa alla risoluzione di problemi simili a quelli svolti negli esercizi in aula e una prova orale facoltativa. Nella prova scritta (2 ore) viene proposto un esercizio di calcolo, che può essere di verifica o di progettazione di un processo della chimica industriale; durante il test è permesso consultare libri, dispense, manuali, varie forme, ad eccezione delle note "manoscritte"; l'obiettivo della prova scritta è costituito dalla valutazione della capacità di eseguire calcoli in contesti "aperti", cioè quando non tutte le variabili di stato sono state fissate e le opzioni decisionali sono delegate allo studente (sulla base di concetti appresi su specifici processi reali). La valutazione numerica dell'esame scritto rappresenta il 75% del voto finale; un altro 25% è costituito dal voto ottenuto dall'esperienza di laboratorio. Nell'esame orale facoltativo (una sola domanda di tipo nozionistico) verrà verificata la preparazione dello studente in merito ad alcuni aspetti teorici nei processi insegnati, con l'obiettivo di affinare il voto acquisito (+/- 2 punti sul voto maturato).

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.