Sviluppare un processo chimico e progettare l’impianto in cui sarà condotto, o modificarne uno esistente per migliorarne le prestazioni o adeguarlo a nuovi processi, è una attività complessa, anche creativa, che richiede di utilizzare competenze tecniche diverse, di operare in team anche per poter utilizzare competenze trasversali e multidisciplinari, e di saper gestire l’innovazione tecnologica. Progettare un processo chimico implica innanzitutto saper scegliere il valore di alcune (numerose) variabili che emergono nelle fasi di sviluppo del progetto (ad es. le condizioni operative delle apparecchiature), nonché prendere decisioni e fare scelta in assenza di informazioni complete e di uno schema definitivo, per poter procedere con il progetto stesso: ad esempio scelte relative al riciclo dei reagenti non reagiti, al sistema di separazione e recupero del prodotto, alla minimizzazione dei consumi energetici e molte altre ancora. L'approccio gerarchico proposto da Douglas è una delle possibili strade che si possono impiegare per sviluppare un progetto. Esso prevede di partire da semplici bilanci "macroscopici" all'impianto (Ingresso-Uscita) per poi entrare successivamente nel dettaglio del processo. Ad ogni livello compaiono variabili di progetto: la scelta dei valori di queste variabili deve tendere a massimizzare i profitti (ovvero minimizzare i costi), ottimizzare le rese, o permettere di conseguire altri obiettivi (di sicurezza, sostenibilità, ridotto o nullo impatto ambientale etc.). L’obiettivo principale dell’insegnamento è quindi quello di insegnare una metodologia di lavoro, e di affinare le capacità progettuali e creative degli studenti, utilizzando le competenze settoriali acquisite negli altri insegnamenti del corso. Strumento fondamentale per raggiungere questo obiettivo è la esercitazione progettuale a gruppi, in cui i singoli team, sotto la supervisione di un coordinatore scelto da loro stessi, svilupperanno un proprio progetto; questo consentirà di illustrare e approfondire con una esperienza pratica i diversi aspetti illustrati a lezione, a maturare skill di lavoro in team. L’insegnamento tratterà anche aspetti legati alla gestione dell’innovazione, l'analisi strategica e in chiave dinamica dei settori e dei mercati di riferimento, la gestione di portafogli progetti, la definizione e valutazione economica dei progetti di sviluppo e dei relativi 'modelli di business. Le competenze acquisite potranno essere utili all’ingegnere chimico nella sua attività lavorativa, sia che sia impegnato direttamente come project manager project engineer, o senjor process engineer, sia che sia chiamato a svolgere ruoli di R&D Manager, Innovation Manager, Marketing Manager e ogni alta figura dirigenziale con responsabilità di decisioni strategiche e organizzative. La gestione dell'innovazione copre infatti sia decisioni di tipo strategico che decisioni di tipo tecnico-operativo. Da questo punto di vista lo studente potrà anche acquisire esperienza nella gestione operativa dei progetti di sviluppo, nonché affinare le proprie competenze con l’uso di tecniche di progettazione per l’integrazione energetica.

L'insegnamento consentirà dunque agli studenti di conseguire i seguenti obiettivi: - imparare una metodologia per sviluppare il conceptual design di un processo chimico; - saper applicare le conoscenze tecniche acquisite negli insegnamenti precedenti ai fini della progettazione - affinare le proprie capacità di lavoro in team, e sviluppare una attività creativa Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di: - redigere una relazione tecnica di progetto (ed il Process Flow Diagram, PFD); - calcolare i costi fissi e variabili, l'investimento richiesto per avviare un impianto ed il prezzo del venduto; - analizzare il consumo di energia di un impianto e valutare la possibilità di effettuare recuperi energetici, confrontando differenti alternative, nell’ambito di un retrofit di un processo; - ottimizzare la rete di scambiatori di calore di un impianto al fine di minimizzare il consumo di energia. Per raggiungere questi obiettivi è necessario acquisire le seguenti capacità: - dimensionare apparecchiature usando metodi approssimati (short cut); - stimare il costo delle apparecchiature; - utilizzare un simulatore di processo (ASPEN) per calcolare i flussi di materia di un processo e dimensionare le apparecchiature, - usare un simulatore di processo (ASPEN- Energy Analyzer) per minimizzare i consumi energetici di un impianto esistente, o progettare in modo ottimale la rete di scambiatori di calore.

L’insegnamento si propone di insegnare una metodologia per lo sviluppo di un processo chimico e di mostrare come le competenze acquisite negli insegnamenti di fenomeni di trasporto, termodinamica, reattori chimici, processi di separazione/operazioni a stadi, impianti chimici, controllo di processo, sicurezza seguiti in precedenza vengono utilizzate da un ingegnere chimico in un lavoro progettuale. La maggior parte degli insegnamenti sono tenuti nel corso di laurea triennale; eventuali carenze di controllo (per studenti provenienti da altro ateneo) possono essere compensate. Si raccomanda la frequenza dell’insegnamento del primo semestre “Industrial chemistry and process simulation” per acquisire le competenze base sull’uso dei simulatori di processo.

Vengono illustrati i criteri e la metodologia per lo sviluppo di un processo, mediante l'individuazione e l'analisi tecnica ed economica delle diverse alternative. L’insegnamento si compone di quattro moduli, più l’esercitazione di progetto a squadre (per circa 4 CFU): a) Documenti e procedure per lo sviluppo della progettazione tecnologica (9 h): procedure operative, documentazione, stima del costo di acquisto delle apparecchiature e di investimento, attualizzazione e localizzazione dei costi. b) Conceptual design (21 h): viene analizzata approfonditamente la prima fase del progetto, quella del "conceptual design", che conduce alla stesura dello schema di processo. Particolare attenzione è dedicata alla integrazione energetica di processo, con esercitazioni volte a sviluppare in modo ottimale la rete di scambiatori di calore richiesti da un dato processo, o per valutare come intervenire su un processo esistente (retrofit) per ridurne i consumi energetici. c) Valutazione economico-finanziaria di un progetto di investimento (6 h): stima del costo di produzione, preventivazione dei costi (costi economici, di investimento, finanziari, determinazione del costo di produzione e del prezzo di vendita, stesura del business plan) d) Sviluppo di nuovi processi e controllo dello sviluppo del processo (4 h): Innovatività e protezione della proprietà intellettuale; metodi per il controllo di processo (PERT, diagramma di GANTT,…)

Una lista dettagliata delle lezioni è disponibile nel materiale dell’insegnamento, con i riferimenti puntuali al materiale di base e per approfondimenti di ogni argomento.

Lezioni in aula. Esercitazioni a squadre al LAIB, nelle quali viene sviluppato lo studio di fattibilità di un processo, fino alla stesura dello schema di processo strumentato. Esercitazioni in laboratorio informatico con Aspen e Aspen- Energy Analyzer.

Testo principale J.M. Douglas, Conceptual design of chemical processes. McGraw-Hill, Singapore, 1988 [Il testo è disponibile in biblioteca, in più copie; ma non risultando più in stampa sono messi a disposizione i lucidi preparati dal docente sulla base del testo stesso] Materiale addizionale F.C. Jelen, Cost and optimization engineering. McGraw-Hill, New York, 1970. W. Neri, Progettazione e sviluppo degli impianti chimici, Vol. 1. Vallecchi, Firenze, 1970. L. Peccati, Scelte finanziarie, in: Matematica finanziaria (E. Castagnoli e L. Peccati), Ediz. Giuridiche Economiche Aziendali dell'Università Bocconi, Milano, 1993, pg. 23-62. M.S. Peters and K.DD. Timmerhaus, Plant design and economics for chemical engineers. McGraw-Hill, New York, 1968. R.K. Sinnott, Chemical Engineering Design. Coulson & Richardson's Chemical Engineering, Vol. 6. Pergamon, Oxford, 2nd Edition, 1993. M. Zlokarnik, Scale-up in chemical engineering. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.

Slides; Libro di testo; Esercizi risolti; Esercitazioni di laboratorio; Video lezioni tratte da anni precedenti;

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;

Exam: Compulsory oral exam; Group project;

... Per accedere all'esame è richiesta la partecipazione assidua alle esercitazioni a squadre, e la consegna del progetto sviluppato al termine del periodo di lezione. Poiché lo sviluppo del progetto da parte dei gruppi segue di pari passo la trattazione teorica sviluppata nelle lezioni, durante le esercitazioni sarà possibile monitorare il grado di apprendimento dei concetti esposti a lezione e l’attività dei singoli componenti. La valutazione finale sarà principalmente basata sull'elaborato prodotto nelle esercitazioni e sulla discussione orale dello stesso, in modo da valutare l'acquisizione della abilità attese e le eventuali capacità manageriali. La discussione orale, preferibilmente sostenuta dal gruppo al completo (a questo scopo le date, all'interno della sessione di esame, saranno concordate anche in aggiunta a quelle prefissate), è mirata a valutare le capacità comunicative dei singoli, il ruolo nel progetto, e inoltre a valutare la conoscenza e la comprensione della materia dei singoli componenti, anche relativamente agli aspetti non evidenziati nel progetto. Il voto finale terrà conto della valutazione della relazione condotte a squadre [40%], della discussione del progetto [30%] e della risposta alle domande relative agli aspetti di teoria [30%].

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.