Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica E Nucleare - Torino Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio - Torino
L'insegnamento fornisce le competenze necessarie per la comprensione dei principali processi dell'industria chimica, con il focus particolare sui processi di produzione dell’idrogeno, sia di tipo tradizionale che quelli di maggiore interesse dal punto di vista della sostenibilità, in un’ottica di materie prime rinnovabili e bando delle fonti fossili.
L’obiettivo generale dell’insegnamento è quello di fornire allo studente le capacità di sintesi e di analisi critica dei fenomeni chimico-fisici in gioco e delle Unità Operative impegnate nello sviluppo di processi sostenibili finalizzati alla produzione di idrogeno di interesse applicativo.
Più nel dettaglio, ci si propone di stimolare l'approfondimento delle conoscenze:
- di termodinamica chimica alla base di conduzione di processi chimici industriali;
- di principi di reattoristica chimica necessari alla gestione di reazioni chimiche in contesti applicativi;
- di bilancio dei flussi di materia e di energia in schemi di processo industriale chimico;
- di chimica industriale alla base dei processi più e meno tradizionali di produzione di H2.
The course provides the necessary skills for understanding the main processes of the chemical industry, with a particular focus on hydrogen production processes, both of the traditional type and of greater interest from the point of view of sustainability, from a perspective of renewable raw materials and ban on fossil fuels.
The general objective of the course is to provide the student with the skills of summary and critical analysis of the chemical-physical phenomena involved and of the Operating Units involved in the development of sustainable processes aimed at the production of hydrogen interesting for industrial applications.
More specifically, the deepening of the following knowledge is aimed:
- chemical thermodynamics at the basis of conducting industrial chemical processes;
- chemical reactor principles necessary for the management of chemical reactions in applied contexts;
- balance of material and energy flows in chemical industrial process schemes;
- industrial chemistry at the basis of the more and less traditional processes of H2 production.
L’insegnamento è previsto per allievi ingegneri “non” chimici, e persegue l’obiettivo di completare la formazione di base di un ingegnere già formato in altri campi affini (esempio: ing. Energetico, ambientale, meccanico) attraverso l’acquisizione di competenze base dell’ingegneria chimica, quali la termodinamica delle reazioni chimiche, la reattoristica, l’analisi di flussi di materia ed energia in contesti applicativi e la processistica chimica necessaria per produrre idrogeno a livello industriale. Attraverso la frequenza del corso, lo studente dovrà acquisire:
- 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;
- la conoscenza approfondita delle reazioni chimiche e delle operazioni unitarie che sono alla base dei processi di produzione industriale di H2.
The teaching is carried out in parallel with that of chemical plants and downstream of all other chemical and process engineering modules and has the ambition to complete the basic training of the chemical engineer through the application of acquired skills in practical problems such as those of the so-called "heavy" (or "bulk") chemical industry. Through the course, the student will have to acquire:
- In-depth knowledge of chemical reactions and unitary operations that are the basis of the main processes of industrial chemistry;
- the ability to understand the various aspects of a chemical process (thermodynamics, kinetics, catalysis, type of reactors, operating conditions, processes schemes, safety, environmental and economic aspects) and how their performance determines industrial performance;
- the ability to solve calculation problems related to mass and energy balances related to industrial chemistry processes;
- the ability to perform laboratory experiments in a correct manner to obtain useful measurements for the interpretation of kinetics and / or equilibria.
For the sake of autonomy of judgment and technical communication, the student must:
- know how to draw up correct technical reports;
- be able to statistically process the results of repeated measurements;
- be able to process numerical results according to theoretical models.
L'allievo che accede a questo insegnamento deve essere in possesso di solide conoscenze di base della chimica generale, in particolare quelli di stechiometria semplice e complessa, dei fenomeni di trasporto di calore e materia, e delle macchine termiche nonché i principi alla base dei processi di trasformazione dell’energia nelle sue varie forme.
E' desiderabile che sappia effettuare ricerche bibliografiche su fonti in lingua inglese.
The student who is going to attend this teaching must know the general chemistry, in particular the concepts of chemical equilibrium, the mass action law, the theory of acid-base equilibria and solubility, redox reactions, the principles electrochemistry, thermodynamics and chemical kinetics. He must also know the main classes of organic compounds, the main types of organic reactions, applications of spectrophotometry. Must be able to balance the equations of reaction and solving problem of complex process stoichiometric. It is also highly desirable that he knows how to perform literature searches on English sources.
Processo chimico industriale, materie prime, chimica di base (3 h, ING-IND/27).
Equilibri di fase, equilibri di reazione chimica in fase gassosa e in fase liquida (13.5 h, ING-IND/24).
Equazioni di bilancio (di materia e di energia) in sistemi aperti (4.5 h, ING-IND/27)
Elementi di reattoristica chimica (9 h, ING-IND/24)
Catalisi e catalizzatori: cenni introduttivi (3 h, ING-IND/27).
Idrogeno: processi di produzione e purificazione del gas di sintesi: steam reforming, water gas shift; separazione della CO2 con processi di assorbimento fisico; metanazione. (13.5 h, ING-IND/27).
Esercitazioni numeriche su processi Steam Reforming, WGS e metanazione (7.5 h, ING-IND/24; 3 h, ING-IND/27)
Cenni di elettrolisi dell’acqua (3 h, ING-IND/27).
Industrial chemistry, raw materials, basic chemistry, fine chemical and specialty (3 h).
Gas and liquid phase equilibria, balance equations (of mass and energy) in open systems, (9 h).
Catalysis and catalysts: physical and chemical adsorption, isotherms, with laboratory exercises (6 h) and heterogeneous catalysis calculation, preparation and characteristics of catalysts, homogenous catalysis (15 h, including in team laboratory activity).
Hydrogen: synthesis gas production and purification processes: steam reforming, partial oxidation, water gas shift; Separation of CO2 with physical and / or chemical absorption processes; Methanation and washing with liquid nitrogen. (26 h).
Nitrogen cycle: ammonia synthesis, nitric acid, nitrogen oxides (20 h).
Sulfur, sulfuric acid (18 h).
Liquefaction and air distillation: Linde process (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 di produzione di H2 sviluppati nell’industria chimica e riguardano analisi quantitative sulle principali grandezze in gioco. La frequenza alle esercitazioni in aula è fortemente consigliata ma non obbligatoria.
Classroom exercises are related to the resolution of problems concerning (phase and chemical) equilibria over industrial chemical processes, proposed as examples and applications of the theoretical treatment. Similarly calculation exercises are performed regarding the mass and energy balances over processes. The issues exercises addressed in the classroom are similar to those that are proposed in the written examination. Attendance to classroom exercises is strongly recommended but not mandatory.
The laboratory exercises are organized in groups of three or four students. For each exercise, each group is required to prepare a written report containing data acquired during the experience and subsequent processing of the same. The reports are evaluated and at the end of the course is given an overall grade on the activities of the laboratory. Attendance at laboratory exercises is mandatory unless exemption authorized in justified cases.
As the course is a summary of selected topics of industrial chemistry, it has been developed appropriate educational material that is made available to the students of the course through the portal of teaching. Similarly, some exercises and topics covered in the classroom exercises are made available, for the purpose of preparation of the written examination.
For further studies, it is noticed the following texts:
- J.A. Moulijn, M. Makkee, A. Van Diepen, Chemical Process Technology, Ed. Wiley, Chichester, UK, 2001. (OFFICIAL REFERENCE BOOK)
- 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.
As the course is a summary of selected topics of industrial chemistry, it has been developed appropriate educational material that is made available to the students of the course through the portal of teaching. Similarly, some exercises and topics covered in the classroom exercises are made available, for the purpose of preparation of the written examination.
For further studies, it is noticed the following texts:
- J.A. Moulijn, M. Makkee, A. Van Diepen, Chemical Process Technology, Ed. Wiley, Chichester, UK, 2001. (OFFICIAL REFERENCE BOOK)
- 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.
Slides; Dispense; Esercizi; Video lezioni tratte da anni precedenti;
Lecture slides; Lecture notes; Exercises; Video lectures (previous years);
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
...
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 uno dei processi chimici sotteso alla produzione di H2; 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 80% del voto finale; un altro 20% è costituito dal voto ottenuto dall'esame orale benchè facoltativo (due domande di tipo nozionistico). Se ne deduce che il voto massimo raggiungibile con la sola prova scritta sia 24/30.
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.
Exam: Written test; Optional oral exam;
The final exam consists of a written test on the resolution of problems similar to those carried out in the classroom exercises, and an optional oral examination. In the written test (3 hours) it is proposed a computational exercise, which can be of either verification or design of a process of the industrial chemistry; during the test it is allowed to consult books, handouts, manuals, various forms, except the "manuscripts" notes; the objective of the written test is constituted by the evaluation of the ability to perform calculations in "open" contexts, i.e. when not all state variables are fixed, and the decision-making options are delegated to the student (on the basis of concepts learned about specific real processes).
The grade of the written exam accounts for 75% of the final grade; another 25% is constituted by the vote laboratory. In the optional oral small-type examination (one only question) the student will be asked about some notional aspect of the processes taught, with the aim to refine the acquired grade (+/- 2 points on the vote matured).
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.