Corso di laurea: Ingegneria chimica per la sostenibilità industriale Programmazione per l'A.A. 2015/2016

Principi di sostenibilità e Chimica verde, Chimica e ambiente, Chimica verde e sviluppo sostenibile, LCA: uno strumento per il riconoscimento di processi e prodotti sostenibili, Catalisi, Biocatalisi, Riduzione del rifiuto: principi, pratica e obiettivi, Chimica verde: esempi pratici, Biomasse, Biomateriali, Celle a combustibile.

C.J. Gonzalez and D.J.C. Constable, “Green Chemistry and Engineering” A practical design approach. J. Wiley & Sons. Hoboken, N. J. 2011
G. Vinci, D. Restuccia, F. Pirro, “Industria Chimica e Sviluppo Sostenibile: la Chimica Verde. Edizioni Nuova Cultura, Roma 2007.

Il programma dei corsi di Scienza e Tecnologia dei Materiali offerti agli studenti del settore dell'Ingegneria industriale intende fornire una estesa e comune formazione di base sul comportamento macroscopico dei materiali correlato alle loro specificità composizionali e microstrutturali. Inoltre, nel corso vengono forniti dei cenni alle tecniche di lavorazione dei metalli (con esclusione delle tecniche CNC) e, in modo più dettagliato, vengono discusse le tecniche di trasformazione dei materiali polimerici e compositi.Il programma del corso prevede la trattazione di:1. Introduzione 2. Struttura atomica e legami interatomici 3. La struttura dei solidi cristallini 4. Imperfezione nei solidi 5. Diffusione 6. Proprietà meccaniche dei metalli 7. Dislocazioni e meccanismi di indurimento 8. La rottura 9. Diagrammi di fase 10. Trasformazioni di fase nei metalli: evoluzione della microstruttura e modificazioni delle proprietà meccaniche 11. Trattamenti termici delle leghe metalliche 12. Leghe metalliche 13. La struttura dei polimeri 14. Caratteristiche, applicazioni e produzione dei polimeri 15. I materiali compositi 16. Riciclo dei materiali polimerici 17 Materiali ceramici 18 Processi di produzione dei ceramici. .

Testo adottato- W.Smith and J. Hascemi Scienza e tecnologia dei materiali 3/ed - McGraw-Hill
Testo consigliato per integrazione Scienza e Tecnologia dei Materiali, Callister, Ed.EDISIS

ITALIANO

1. RICHIAMI DI CHIMICA ORGANICA
Legame Covalente; Ibridizzazione dell’atomo di Carbonio; Idrocarburi alifatici ed aromatici: Nomenclatura e reattività, Meccanismo di addizione elettrofila, Reazioni radicaliche; Polimerizzazione.

2. DESIGN DI UN PROCESSO CHIMICO INDUSTRIALE
Processi continui o discontinui (batch): criteri di scelta. Struttra input-output. Struttura del riciclo. Diagrammi a blocchi (BFD), diagrammi di processo (PFD), diagrammi di processo e strumentazione (P&ID).

3. RICHIAMI DI TERMODINAMICA.
I°, II° e III° Principio della termodinamica. Funzioni di Stato: Energia, Entalpia, Entropia. Processi Spontanei e non Spontanei. Energia Libera di Gibbs. Termochimica.

4. ELEMENTI DI BILANCIO DI MASSA ED ENERGIA.
Equilibrio Chimico. Legge delle masse di Guldberg e Waage. Principio di La Chatelier. Fattori che influenzano un Equilibrio Chimico.

5. ELEMENTI DI CATALISI E CINETICA.
Applicazioni della cinetica omogenea e della catalisi alle reazioni dell’industria chimica; definizioni e relazioni di tipo cinetico; deduzione delle equazioni di velocità di reazione; principali tipologie di catalizzatori industriali.

6. PROCESSI INDUSTRIALI.
Sintesi dell’ammoniaca; Produzione dell’acido nitrico; Idrodealchilazione del toluene per la produzione del benzene; Fertilizzanti.

7. FONDAMENTI DI SICUREZZA.
Cenni sull’impatto ambientale delle produzioni chimiche; Generalità sulla nocività delle sostanze chimiche, limite di soglia; Temperatura di auto-ignizione; infiammabilità di gas, liquidi e solidi, Miscele esplosive e cause di innesco; Schede di sicurezza.

1. Perry R. Green D. “Perry’s Chemical Enginneers’ Handbook” McGraw Hill, 6th Ed.
2 G. Natta et al: Principi della Chimica Industriale vol. 1,2 e 3

I. L’energia:ü L’energia secondo la Fisica Classica, la Meccanica Classica e la Termodinamica Classicaü Le varie forme dell’energia e richiami sulle formulazioni che le esprimonoü La misura dell’energia e le equivalenze tecnicheü Le fonti energetiche e le conversioni energetiche tecnicamente più diffuseII. Richiami di strumenti fisico-matematici di base per lo studio delle conversioni energetiche:ü Derivate sostanziali di grandezze scalari e vettorialiü Equazioni di Fourierü Equazioni di bilancio di massaü Equazioni di Navier-Stokesü I principi della Termodinamicaü Entropia, entalpia ed energiaü Concetti teorici e tecnici dei rendimenti nelle conversioni energeticheIII. I combustibili e la combustione:ü Poteri calorifici e capacità termicheü Reazioni semplificate dei processi di combustioneü Energia producibile teorica e reale dei vari combustibiliIV. Tecniche e Tecnologie per l’autoproduzione energetica:ü Impianti solari termodinamiciü Impianti fotovoltaiciü Impianti eoliciü Impianti a combustione di biomassaü Fuel CellV. Bilanci Energetici e rendimenti per i sistemi cogenerativi:ü Rendimento energetico ed exergeticoü Confronto fra i bilanci energetici dei sistemi a produzione separata tradizionale ed i bilanci dei sistemi cogenerativiü Tecniche di dimensionamento e regolazione dei sistemi cogenerativiü Tecniche trigenerative ad efficienza dei cicli combinatiü Tecniche di produzioni energetiche da RSUü Scelte funzionali per i sistemi poligenerativiVI. Impatti ambientali nelle conversioni energetiche:ü Equilibrio Ecologico dei cicli naturaliü Squilibri indotti dalle conversioni energetiche, inversioni termiche ed effetto serraü Tecniche di mitigazione e controllo degli impatti in funzione dei sistemi di conversione energeticaVII. Sistemi complessi di produzione energeticaAnalisi di un sistema complesso di produzione integrata delle forme energetiche. Valutazione e mitigazione degli impatti sull’atmosfera. Confronto con gli impatti della produzione energetica tramite i sistemi tradizionali.

Termodinamica Applicata, Cavallini/Mattarolo - Cleup Padova
Trasmissioni del calore, Bonacina/Mattarolo - Cleup Padova
Advanced Engineering Thermodynamics, A. Bejan - John Wiley & Sons.
Elementi di Fisica Tecnica per l’Ingegneria, J. Moran – Mc-Graw Hill
Termodinamica per gli Ingegneri, C. Potter – Mc Graw-Hill
L’Energia Solare nelle applicazioni termiche, J. A. Duffie – Liguori Editore
Ecologia Applicata, R. Vismara – Hoepli
Industrial Pollution Control, N. S. Sell – Van Nostrand Reinhold
Fuel Cell System Explained, J. Larminie – John Wiley & Sons.

MECCANICA APPLICATA ALLE MACCHINE1. COMPOSIZIONE DEI MECCANISMI.Macchina e meccanismo, coppie cinematiche, gradi di libertà delle coppie cinematiche, gradi di libertà di meccanismi piani e spaziali.2. RENDIMENTO.Definizione di rendimento di un meccanismo, rendimento in serie e parallelo, moto retrogrado.3. ATTRITO ED USURA.Coefficiente e lavoro d’attrito, cenni sulle teorie dell’attrito di strisciamento, l’attrito volvente, cerchio d’attrito. Esempi: coppia rotoidale, piano inclinato. Distribuzione delle pressioni di contatto ed ipotesi di Reye. Applicazioni: pattino piano, coppia rotoidale di spinta, freno a disco, contatto ceppo-puleggia e freno a tamburo.4. RUOTE DENTATE.Ruote di frizione, profili coniugati, circonferenze primitive e fondamentali, definizione di evolvente di cerchio. Ruote dentate cilindriche ad evolvente e relativo proporzionamento, determinazione dell’arco d’azione, condizione di non interferenza. Ruote dentate cilindriche a denti elicoidali, determinazione dell’arco d’azione. Accenni sulle ruote dentate coniche.5. ROTISMI.Rotismi ordinari, rotismi epicicloidali e formula di Willis, differenziale automobilistico. Esempi ed esercizi sui rotismi.6. ORGANI FLESSIBILI.Apparecchi di sollevamento, rigidezza elastica ed anelastica, attrito nei perni, paranchi di sollevamento, paranco differenziale.7. CINGHIE E CATENE.Tipologia di cinghie: piane, rotonde, a V, a costole, a denti. Trasmissione a cinghia tra assi paralleli, rendimento della trasmissione, forzamento della cinghia, potenza massima trasmissibile. Freni a nastro ordinario e differenziale. Accenni sulle catene.VIBRAZIONI MECCANICHE1. SISTEMI VIBRANTI AD UN GRADO DI LIBERTÀ: OSCILLAZIONI LIBERE.Generalità sulle vibrazioni meccaniche, oscillatore elementare libero, schemi strutturali equivalenti, molle in serie ed in parallelo. Esempi.2. SISTEMI VIBRANTI AD UN GRADO DI LIBERTÀ: OSCILLAZIONI SMORZATE.Oscillatore elementare smorzato, smorzamento critico, iper-critico e sub-critico, Metodo del decremento logaritmico. Esempi.3. SISTEMI VIBRANTI AD UN GRADO DI LIBERTÀ: OSCILLAZIONI FORZATE.Oscillatore elementare forzato, fattore di amplificazione, piano di Gauss-Argand e rappresentazione con vettori rotanti. Applicazioni: Fondazioni, spostamento del vincolo, sismografi ed accelerometri.4. SISTEMI VIBRANTI AD UN GRADO DI LIBERTÀ: OSCILLATORE TORSIONALE ELEMENTARE.Oscillatore torsionale elementare, alberi disposti in serie e parallelo, riduzione delle masse rotanti. Esempi.5. SISTEMI VIBRANTI A DUE GRADI DI LIBERTÀ: OSCILLAZIONI LIBERE E FORZATE.Sistema a 2 gdl libero, determinazione delle equazioni del moto. Sistema a 2 gdl forzato, determinazione delle equazioni del moto. Assorbitore dinamico.

1. Funaioli E., Maggiore A., Meneghetti U., “Lezioni di Meccanica Applicata alle Macchine – Vol. 1”, Pàtron Editore.
2. Jacazio G., Piombo B., “Meccanica Applicata alle Macchine – Vol.2”, Levrotto & Bella Torino.
3. Diana G., Cheli F., “Dinamica e vibrazione dei sistemi”, Utet Libreria.

ITALIANO
1. DIGRAMMI DI FLUSSO - C&R, vol. 6 – cap. 4
1.1 Introduzione
1.2 Presentazione dello schema di processo
1.3 Calcoli manuali dei diagrammi di flusso
1.4 Calcoli mediante software dei diagrammi di flusso
1.5 Programmi di simulazione allo stato stazionario
1.6 Programmi semmplici per la valutazione dei bilanci di massa

2. INFORMAZIONI E DATI DI PROGETTO– C&R, vol. 6 – cap. 8
2.1 Introduzione
2.2 Cenni sui processi produttivi
2.3 Generalità sulle proprietà fisiche
2.4 Precisione richiesta dei dati ingegneristici
2.5 Previsione delle proprietà fisiche
2.6 Densità
2.7 Viscosità
2.8 Conducibilità termica
2.9 Calore specifico
2.10 Entalpia di vaporizzazione (calore latente)
2.11 Pressione di vapore
2.12 Coefficienti di diffusione (diffusività)
2.13 Tensione superficiale
2.14 Costanti critiche
2.15 Entalpia di reazione e entalpia di formazione
2.16 dati di equilibrio di fase di un processo chimico industriale

3. COLONNE DI SEPARAZIONE (DISTILLAZIONE, ASORBIMENTO ED ESTRAZIONE) – C&R, vol. 6 – cap. 11
3.1 Introduzione
3.2 Distillazione continua: descrizione del processo
3.3 Distillazione continua: principi di base
3.4 Variabili di progetto nel processo di distillazione
3.5 Metodi di progettazione per sistemi binari
3.6 Distillazione multicomponente: considerazioni generali
3.7 Distillazione multicomponente: metodi speditivi per determinare il numero di stadi ed i flussi
3.8 Sistemi multicomponenti: procedure di soluzione rigorose (metodi informatici)
3.9 Distillazione in batch
3.10 Efficienza della piastra
3.11 Dimenionamento di massima della colonna
3.12 Scambiatori a piatti
3.13 Progettazione idraulica della piastra
3.14 Colonne impaccate
3.15 Colonne ausiliarie
3.16 Solvente di estrazione (estrazione liquido-liquido)

4. PROCESSI DI SEPARAZIONE A MEMBRANA – C&R, vol 2 – cap. 8
4.1 Introduzione
4.2 Classificazione dei processi a membrana
4.3 La natura delle membrane sintetiche
4.4 Equazione generale dei sistemi a membrana
4.5 Microfiltrazione
4.6 Ultrafiltrazione
4.7 Osmosi inversa
4.8 Moduli a membrana e la configurazione dell'impianto
4.9 Fenomeno di sporcamento della membrana
4.10 Elettrodialisi
4.11 L’osmosi inversa nell’impianto di trattamento delle acque
4.12 Pervaporazione
4.13 Membrane liquide
4.14 Separazione dei gas

5. ADSORBIMENTO - C&R, vol. 2 – cap. 17
5.1 Introduzione
5.2 La natura degli adsorbenti
5.3 Equilibrio in adsorbimento
5.4 Adsorbimento multicomponente
5.5 Adsorbimento da liquidi
5.6 Struttura degli adsorbenti
5.7 Effetti cinetici
5.8 Apparecchiatura
5.9 Rigenerazione dell’adsorbente esausto

6. LISCIVIAZIONE - C&R, vol. 2 – cap. 10
6.1 Introduzione
6.2 Trasferimento di massa in operazioni di lisciviazione
6.3 Apparecchiatura per lisciviazione
6.4 Lavaggio in controcorrente dei solidi
6.5 Calcolo del numero di stadi
6.6 Numero di stadi per il lavaggio in controcorrente mediante metodi grafici

1. Coulson & Richardson's Chemical Engineering, vol 6 – Chemical Engineering Design
2. Richardson J.F., Backhurst J.R., Harker J.H. - Chemical Engineering - Volume 2 - Particle Technology
3. Lecture notes

ITALIANO

1. SIDERURGIA (STORIA E PRODUZIONE)
Impianti di altoforno: prodotti e sottoprodotti, produzione della ghisa, conversione delle ghise in acciaio (convertitori, storia e tecnologie attuali) produzioni con i forni Marten Siemens, produzione degli acciai speciali debolmente e fortemente legati, forni elettrici, forni ad arco. Colata degli acciai.

2. DIAGRAMMI DI EQUILIBRIO DELLE LEGHE FERRO CARBONIO.
Legge di Gibbs, cinetica delle trasformazioni, trattamenti termici, ricotture, tempre, rinvenimenti, curve di Bain, strutture di transizione degli acciai al raffreddamento, processi di diffusione.

3. PROPRIETA’ MECCANICHE E TECNOLOGICHE DEI MATERIALI.
Strutture dei metalli e difetti reticolari, materiali sottoposti a fatica, meccanica della frattura, materiali sollecitati in regime di temperatura, usura.

4. DESIGNAZIONE DEGLI ACCIAI, DELLE GHISE E DEI MATERIALI NON FERROSI.
Caratterizzazione unificata dei materiali (o chimica o meccanica) a secondo del campo di lavoro e loro applicazioni.

5. CORROSIONE E PROTEZIONE DEI MATERIALI.
Generalità della corrosione ad umido e a secco. Equazione di Nernest. Diagrammi tensione - ph (diagrammi di Pourbaix). Misure di cinetica dei processi corrosivi. Sovratensioni di trasferimento di carica o di barriera, di diffusione, di reazione, di cristallizzazione, corrente limite. Curve di polarizzazione (equazione di Stearn e Geary, rette di Tafel).

6. SORGENTI RADIOATTIVE.
Cenni sui materiali radioattivi con panorama delle sorgenti radioattive in disuso e delle sorgenti orfane, evidenziando i problemi relativi allo smaltimento incontrollato e al terrorismo nucleare. Cenni sulla chimica degli impianti nucleari.

7. FONDAMENTI DI SICUREZZA.
Cenni sull’impatto ambientale delle produzioni negli impianti siderurgici e negli impianti petrolchimici con riferimento ai possibili monitoraggi della corrosione per prevenire i rischi ambientali (esercitazioni di corrosione).

1. William D. Callister, David G. Rethwisch “Scienza e Ingegneria dei Materiali” Ed. Edises – Napoli;
2. M. Cavallini, F. Iacoviello “Materiali metallici” Ed. F. Ciolfi – Cassino;
3. R. Cigna “Corrosione e Protezione dei materiali” Ed. Siderea – Roma;
4. G.F. Patanè et altri “Metallurgia” e “Corrosione” - Appunti del corso redatti in italiano e in inglese.