I reattori chimici rappresentano il cuore del processo di trasformazione delle materie prime in prodotti finiti. L'insegnamento ha lo scopo di approfondire i principi di funzionamento ed il progetto dei reattori chimici multifase che rappresentano la più importante classe di reattori chimici con applicazioni industriali di processo. I reattori multifase sono sistemi in cui i reagenti si trovano in fasi diverse così come l’eventuale catalizzatore. Il loro progetto richiede la conoscenza delle problematiche di interferenza fra fluidodinamica, fenomeni di trasporto di materia e cinetica chimica e di come queste influenzino le prestazioni del reattore.

Al termine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di: - comprendere l'importanza della miscelazione sulle prestazioni dei reattori multifase; - comprendere l'importanza dei fenomeni di trasferimento di materia sulle prestazioni dei reattori multifase; - applicare i concetti presentati nelle lezioni alla progettazione dei reattori industriali.

Per trarre il maggior profitto possibile dall'insegnamento, gli studenti devono possedere buone conoscenze di termodinamica, cinetica chimica, fenomeni di trasporto.

L’insegnamento verterà sui seguenti argomenti, con il relativo peso in crediti: Reattori Gas-Liquido e Liquido-Liquido: assorbimento con reazione chimica del primo e del secondo ordine, regimi di reazione lenta e veloce, fattore di amplificazione, numero di Hatta e numero di Hinterland, progetto preliminare di una colonna di assorbimento con reazione chimica. (1 cfu) Reazioni catalitiche eterogenee: modelli di Langmuir-Hinshelwood e Eley-Rideal, scelta del modello cinetico e valutazione dei parametri (approccio integrale e differenziale, regressione lineare, metodo della velocità iniziale). (1 cfu) Reazioni eterogenee in catalizzatori porosi: fattore di efficienza, modulo di Thiele, numero di Prater. (0.5 cfu) Reattori Solido-Fluido catalitici: modelli monodimensionali e bidimensionali, reattori a letto fluidizzato (modello di Kuni-Levenspiel), disattivazione ed avvelenamento dei catalizzatori, combustori catalitici. Reattori Solido-Fluido non catalitici (modello “shrinking core”). (2.5 cfu) Reattori trifase Solido-Fluido-Fluido: reattori slurry miscelati continui e semibatch; reattori a letto fisso (reattori Trickle Bed). (1 cfu) Mixing in sistemi monofase: micro e macromiscelazione. Interazione fra miscelazione e cinetica chimica, effetto sulla selettività di reazioni complesse. Modelli di micromixing: approccio Euleriano e Lagrangiano. Miscelazione in sistemi multifase (gas-liquido, liquido-liquido e solido-liquido). Scelta del sistema di agitazione e criteri di progettazione del reattore. Problematiche di scale-up. (2 cfu)

L’insegnamento è strutturato in: - 60 ore di lezione in aula mirate allo sviluppo delle conoscenze dei concetti generali relativi alle problematiche di miscelazione e dei fenomeni di trasporto nel progetto delle principali tipologie di reattori chimici multifase. - 16 ore di esercitazioni in aula in cui gli allievi eseguiranno calcoli di progetto dei reattori come applicazione delle metodiche sviluppate a lezione. - 4 ore di esercitazioni di laboratorio. La prima, presso il laboratorio informatico, relativa alla scelta del corretto modello cinetico di una specifica reazione catalitica eterogenea; la seconda, virtuale e con analisi di filmati, verterà sulle problematiche di mixing.

Slides delle lezioni o dispense saranno fornite in anticipo agli studenti. I seguenti testi sono consigliati per approfondire l'apprendimento: 1) Westerterp, Van Swaaij, Beenackers, 1984, Chemical Reactor Design and Operation, John Wiley & Sons. 2) Froment, Bischoff, De Wilde, 2011, Chemical Reactor Analysis and Design, John Wiley & Sons. 3) Levenspiel, 1999, Chemical Reaction Engineering, John Wiley & Sons. 4) Rawlings, Ekerdt, 2002, Chemical Reactor Analysis and Design Fundamentals, Nob Hill Publishing. 5) Salmi, Mikkola, Warna, 2011, Chemical Reaction Engineering and Reactor Technology, CRC Press. 6) Kunii, Levenspiel, 1991, Fluidization Engineering, Butterworth-Heinemann. 7) Harnby N., Edwards M.F., Nienow A.W., 1985, Mixing in the process industries. Butterworths, London. 8) Nagata S., 1975, Mixing. Principles and applications. Kodasha Ltd, Tokyo. 9) Paul E.L., Atiemo-Obeng V.A., Kresta S.M., 2004, Handbook of industrial mixing. Science and practice. Wiley Interscience (testo disponibile come ebook ad accesso gratuito http://www.biblio.polito.it/).

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

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

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L'esame finale mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle capacità obiettivo dell'insegnamento (descritte nel campo “Risultati di apprendimento attesi”) tramite una prova scritta di durata pari a tre ore ed una prova orale facoltativa. La prova scritta prevede sia la risoluzione di esercizi di calcolo sulla progettazione dei reattori chimici multifase sia la risposta ad alcuni quesiti teorici sui sistemi di miscelazione. Soltanto relativamente alla soluzione degli esercizi di calcolo gli studenti potranno consultare materiale didattico personale (libri, appunti, slides fornite a lezione). Il voto massimo di questa prova è pari a 28/30. La prova orale facoltativa, che potrà essere sostenuta soltanto dopo aver superato la prova scritta, prevede la risposta a domande specifiche (dimostrazioni e concetti) sulla progettazione dei reattori chimici multifase (esclusi i sistemi di miscelazione). L’esito della prova orale facoltativa potrà comportare un incremento o un decremento, variabile da 1 a 3 punti, del voto conseguito nella prova scritta. Elenco dettagliato degli argomenti oggetto della prova scritta e di quella orale sarà fornito all’inizio dell'insegnamento.

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.