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70/LM-0078 - PROGETTAZIONE SOSTENIBILE NEI PROCESSI CHIMICI ED ENERGETICI

Anno Accademico 2017/2018

Docente
MICHELE MASCIA (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/84]  INGEGNERIA ENERGETICA [84/00 - Ord. 2016]  PERCORSO COMUNE660
[70/88]  INGEGNERIA CHIMICA E DEI PROCESSI BIOTECNOLOGICI [88/00 - Ord. 2017]  PERCORSO COMUNE990
Obiettivi

Conoscenze
- Aspetti ambientali ed energetici di impianti di processo; Pinch Technology
- (CE) Fasi del progetto di un impianto di processo: documenti standard e specifiche
- (EE) Scelta di un sistema elettrochimico per la conversione e lo stoccaggio di energia per una data applicazione

Capacità
- Analisi energetica e integrazione di un impianto di processo: simulazione, estrazione dei dati, analisi, progettazione della rete di scambiatori di calore.
- (CE) Progettazione di base di un impianto di processo: scelta e dimensionamento dei dispositivi principali, PFD, P & ID, strategie di controllo e dispositivi di sicurezza, analisi economica di un processo.

Competenze
- Analisi critica della specifica industriale, con riferimento anche alle tematiche ambientali
- Simulazione di unità di processo
- Analisi della letteratura tecnica
- Presentazione dei risultati, identificazione dei principali parametri di un problema, preparazione di documenti secondo standard definiti

Obiettivi

Conoscenze
- Aspetti ambientali ed energetici di impianti di processo; Pinch Technology

Capacità
- Analisi energetica e integrazione di un impianto di processo: simulazione, estrazione dei dati, analisi, progettazione della rete di scambiatori di calore.

Competenze
- Analisi critica della specifica industriale, con riferimento anche alle tematiche ambientali
- Simulazione di unità di processo
- Analisi della letteratura tecnica
- Presentazione dei risultati, identificazione dei principali parametri di un problema, preparazione di documenti secondo standard definiti

Prerequisiti

Termodinamica (Termodinamica dell'Ingegneria Chimica, Fisica tecnica)
meccanismi di trasporto di calore e correlazioni
Progettazione di scambiatori di calore
Cifre significative e Unità di misura in sistemi energetici
Fondamenti di economia di processo.

Contenuti

Progettazione della rete di scambiatori di calore (60 h)
curve composite
Vincoli di processo e di selezione delle utilities
Cogenerazione (produzione combinata di calore e energia elettrica)
L'integrazione di pompe di calore
Rete di scambiatore di calore di e utilities, costi Capitale e Totale
Il metodo di progettazione
Stream Splitting
Retrofit di reti di scambiatori di calore
Integrazione termica di colonne di distillazione
Integrazione termica di reattori

(CE) Fasi dello sviluppo di un impianto di processo: specifiche, bilanci, PFD, dimensionamento delle principali apparecchiature, definizione delle strategie di controllo e blocco, P&ID.

(EE)
Conversione e immagazzinamento elettrochimici di energia (30h)
Introduzione e panoramica dei processi di elettrodo
Potenziali e termodinamica di cella
Cinetica delle reazioni di elettrodo
trasferimento di materia per migrazione e diffusione
Tipi e basi energetiche delle celle a combustibile: (ore 12L; 6E/6Lab)
Celle a bassa temperatura: celle alcaline (AFC), ad elettrolita polimerico (PEM) (idrogeno e metanolo diretto)
Celle a media –alta temperatura: celle a carbonati fusi (MCFC), ad ossido solido (SOFC), ad acido fosforico (PAFC), principi di funzionamento, efficienze conseguibili, condizioni e campi applicativi, limiti e prospettive di sviluppo.
Panoramica delle opportunità applicative ed obiettivi per lo sviluppo tecnologico: applicazioni automobilistiche, impianti di co-generazione
Sistemi di accumulo dell’energia (ore 4L; E4):
analisi del processo di carica e scarica di capacitori
batterie al litio e supercapacitori

Contenuti

Progettazione della rete di scambiatori di calore (60 h)
curve composite
Vincoli di processo e di selezione delle utilities
Cogenerazione (produzione combinata di calore e energia elettrica)
L'integrazione di pompe di calore
Rete di scambiatore di calore di e utilities, costi Capitale e Totale
Il metodo di progettazione
Stream Splitting
Retrofit di reti di scambiatori di calore
Integrazione termica di colonne di distillazione
Integrazione termica di reattori

(CE) Fasi dello sviluppo di un impianto di processo: specifiche, bilanci, PFD, dimensionamento delle principali apparecchiature, definizione delle strategie di controllo e blocco, P&ID.

(EE)
Conversione e immagazzinamento elettrochimici di energia (30h)
Introduzione e panoramica dei processi di elettrodo
Potenziali e termodinamica di cella
Cinetica delle reazioni di elettrodo
trasferimento di materia per migrazione e diffusione
Tipi e basi energetiche delle celle a combustibile: (ore 12L; 6E/6Lab)
Celle a bassa temperatura: celle alcaline (AFC), ad elettrolita polimerico (PEM) (idrogeno e metanolo diretto)
Celle a media –alta temperatura: celle a carbonati fusi (MCFC), ad ossido solido (SOFC), ad acido fosforico (PAFC), principi di funzionamento, efficienze conseguibili, condizioni e campi applicativi, limiti e prospettive di sviluppo.
Panoramica delle opportunità applicative ed obiettivi per lo sviluppo tecnologico: applicazioni automobilistiche, impianti di co-generazione
Sistemi di accumulo dell’energia (ore 4L; E4):
analisi del processo di carica e scarica di capacitori
batterie al litio e supercapacitori

Metodi Didattici

Lezione frontale 60h
Esercitazioni nel laboratorio informatico 30h

Metodi Didattici

Lezioni frontali 60 ore

Esercitazioni nel laboratorio informatico 30 ore

Verifica dell'apprendimento

Con riferimento agli obbiettivi del corso:
Prova scritta: (verifica delle capacità e delle competenze) simulazione e analisi di un processo, analisi energetica e progettazione della rete di scambiatori
Prova orale: (verifica delle conoscenze e delle competenze nella comunicazione) colloquio, a carattere non nozionistico, sugli argomenti del corso
(CE) Redazione del progetto di base di un impianto chimico (verifica delle capacità di progettazione e delle competenze nella redazione degli elaborati)

Verifica dell'apprendimento

Con riferimento agli obbiettivi del corso:
Prova scritta: (verifica delle capacità e delle competenze) simulazione e analisi di un processo, analisi energetica e progettazione della rete di scambiatori
Modalità di valutazione:
Semplice progetto di una rete di scambiatori max 21/30
Integrazione di un sistema nella rete (motore termico, pompa di calore, reattore chimico) max 24/30
Valutazione critica di un'integrazione max 27/30

una prova orale facoltativa per valutare le conoscenze, la capacità di confronto di alternative progettuali e la competenza nella comunicazione dei risultati.
La prova orale non garantisce l'incremento del punteggio rispetto alle prove scritte, il punteggio finale deriva dalla valutazione globale delle prove



Testi

Kemp - Pinch Analysis and Process Integration – IchemE-Elsevier
Smith – Chemical Process Design and Integration – J. Wiley

Testi

Kemp - Pinch Analysis and Process Integration – IchemE-Elsevier
Smith – Chemical Process Design and Integration – J. Wiley
Bard - Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications
LA CAPACITA' DI RICERCA E ANALISI DELLE FONTI E' OBBIETTIVO DELL'INSEGNAMENTO

Altre Informazioni

Slides delle lezioni, esercitazioni e testi delle prove svolte nelle passate sessioni di esame sono disponibili sul sito del docente.
Le slides non sono dispense, l'analisi critica delle fonti è indispensabile al superamento della prova d'esame.

Altre Informazioni

Slides delle lezioni, esercitazioni e testi delle prove svolte nelle passate sessioni di esame sono disponibili sul sito del docente.
Le slides non sono dispense, l'analisi critica delle fonti è indispensabile al superamento della prova d'esame.

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