ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| CHIMICA INDUSTRIALE | CHIM/04 | LEZIONI | 48 |
|
Obiettivo dell’insegnamento è trasmettere conoscenze di base riguardanti i fondamenti della chimica industriale, con riferimento alle interconnessioni tra i processi chimici industriali moderni e la produzione di prodotti di interesse pratico su varia scala.
Oltre agli argomenti normalmente presenti nei corsi di chimica industriale, un particolare rilievo e' dato alla chimica delle macromolecole e dei materiali polimerici, per cui lo studente acquisirà conoscenze di base sulle metodologie di sintesi di composti polimerici e sulle caratteristiche micro- e macroscopiche di tali materiali.
In relazione ai più recenti sviluppi riguardanti la chimica sostenibile, lo studente acquisirà infine conoscenze di base riguardanti la cosiddetta bioraffineria, dalla sintesi di biocombustibili che ha già raggiunto una importante rilevanza industriale alle prospettive di sviluppo di nuove vie sintetiche per una chimica basata su materie prime rinnovabili.
In funzione dell'anno di erogazione dell'insegnamento potranno essere inclusi nel programma uno o più dei seguenti argomenti aggiuntivi:
a) Concetti introduttivi di chimica colloidale e delle interfasi, finalizzati ad una migliore comprensione dell’importanza delle formulazioni nelle produzioni industriali correnti e future, sempre più orientate alla sostituzione di processi in solvente organico con processi in fase colloidale e/o macro-eterogenea in mezzo acquoso.
b) Cenni di reologia e di tecnologie di processo per la trasformazione di polimeri termoplastici.
The student will acquire a solid knowledge of macromolecular chemistry and polymer technology (lab-scale and industrial), some basic concepts of polymer properties relevant to their industrial applications and the distinctive features of the main polymer processing technologies. The student will also have acquired a basic knowledge of the structure of the chemical industry, with particular reference to the refinery layout and of the most significant features of the developing biorefinery for a sustainable chemical industry. At the end, the student will be able to understand and discuss the graphical layout of a chemical processing plant and criteria for designing and improving its efficiency.
Depending on the academic year, one or both of the following additional topics may be included:
a) Introductory concepts of colloidal chemistry and of its relevance both for specialized chemical productions and for the formulation of multicomponent end products, as they are strictly related to the emerging sustainability issues in chemistry.
b) introductory concepts of rheology of fluids and its relevance for the thermoplastic polymer processing
La verifica delle conoscenze sarà oggetto di valutazione nel corso della sessione d'esame, consistente in un colloquio (esame orale).
The student will be assessed on his/her demonstrated ability to present and discuss at least two subjects from the course program, as requested by the examiner. The student is expected to have understood and be able to discuss with the appropriate terminology any of the subjects presented in the lectures through the whole course.
Methods:
Sono opportune conoscenze di base di chimica generale e in particolare, chimica organica e chimica fisica .
Tratttandosi di un corso centrato principalmente sulla CHIMICA ORGANICA INDUSTRIALE è fortemente consigliato sostenere l'esame dopo aver preparato il corso di Chimica Organica, anche se non si è ancora sostenuto il relativo esame.
Basic knowledge of general and, in particular, organic chemistry, as well as physical chemistry, are highly recommended, and paticularly advised before taking the final exam.
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Not mandatory
Teaching methods:
Il programma si articola su tre macrotematiche:
1) Fonti primarie di materia e di energia. La filiera delle grandi produzioni chimiche industriali. Principi generali di progettazione e di conduzione di un processo industriale: richiami di cinetica e termodinamica, flussi di materia e di energia, fattori di costo fisso e variabile. Rischio chimico e problematiche di sicurezza. Tossicità e Normativa REACH. Schematizzazione di un impianto: tipologie di reattori, operazioni unitarie, reattori catalitici a letto fisso, mobile e fluido. Principali processi di raffineria per la produzione di carburanti e intermedi chimici. Cenni ad alcune importanti produzioni industriali chimiche di base.
2) La chimica delle macromolecole, dalla sintesi alla caratterizzazione delle macromolecole e dei materiali polimerici. Cenni alle tecniche di caratterizzazione strutturale e morfologica delle macromolecole ed alle proprieta' (termiche, meccaniche e reologiche) di interesse tecnologico ed applicativo delle materie plastiche. Processi industriali per la produzione di alcune delle principali tipologie di polimeri (commodities). Tecnologie doi trasformazione delle materie plastiche.
3) La nuova frontiera della chimica verde e della sostenibilita' nelle produzioni chimiche industriali. Concetti generali di bioraffineria. Cenni introduttivi alla chimica delle formulazioni. Chimica colloidale, dei sistemi dispersi e delle interfasi: rilevanza industriale per processi produttivi e nella chimica delle formulazioni. Esempi di processi di polimerizzazione in fase dispersa.
Le tre tematiche non saranno trattate in modo disgiunto ma si cerchera', ove possibile, di sottolinearne i punti di contatto e/o di transizione, ad esempio dai processi di produzione di polimeri sintetici e di materie plastiche non riciclabili a quelli di produzione delle nuove bioplastiche biodegradabili e/o ottenibili da risorse rinnovabili, dalla chimica industriale basata sui derivati del petrolio ad una nuova chimica industriale (non sostitutiva ma integrativa rispetto a quella tradizionale) basata sull'impiego di biomasse come fonti primarie di materia. Verranno discussi in modo introduttivo i principali criteri per una maggiore sostenibilita' ambientale, energetica e di preservazione delle risorse minerali e le problematiche per la loro progressiva introduzione ed implementazione nei processi dell'industria chimica di base, degli intermedi, e di chimica fine.
The course content may be divided in three general subjects:
1) Industrial chemistry at large: the structure of the petrochemical industry. Unit operations in oil refinery. The main criteria to be considered in the design and operation of an industrial chemical process.
2) Macromolecular chemistry and industrial polymerizations. The kinetics of polymer synthesis and the main polymer charactrerization and processing techniques will be presented along with selected examples of industrial polymerization processes (homogeneous and heterogeneous phase). Descriptive chemistry of colloidal systems and of its relevance in several industrial applications.
3) Introductory concepts of sustainable chemistry and sustainable chemical industry. Key points in the assessment of the safety and environmental viability of a chemical production and process technology. The biorefinery concept and the newly developing chemical industry from renewable resources.
Sono disponibili, per gli studenti iscritti, i pdf delle presentazioni PowerPoint impiegate per le lezioni, reperibili:
a) nella cartella "Documenti" della pagina TEAMS del corso (files pdf con le presentazione delle lezioni e le istruzioni per la preparazione della review)
e/o
b) su MOODLE (meno aggiornati): https://polo3.elearning.unipi.it/course/view.php?id=2732 , nella cartella "Documenti e Link" del corso (files pdf delle presentazione impiegate nelle lezioni ) .
Per la parte riguardante prodotti, processi e dispositivi di chimica industriale (processi di raffineria e commodities chimiche) un recente testo di riferimento è:
F. Cavani, et al. , “Fondamenti di chimica industriale. Materie prime - Prodotti - Processi – Sostenibilità” (784 pp.) Zanichelli, 2022. ISBN: 9788808320193
Per le lezioni di "Chimica Macromolecolare" il testo di riferimento e':
"Fondamenti di Scienza dei Polimeri", a cura di M. Guaita, F. Ciardelli, F. La Mantia, E. Pedemonte, Pacini, Pisa 1998 - Riedito nel 2009 e' disponibile per l’acquisto "on-demand" presso le Edizioni Nuova Cultura, http://www.nuovacultura.it (ISBN: 978889362901)
In particolare gli argomenti di scienza delle macromolecole trattati nel corso si ritrovano nei capitoli 1, 2, 6, 7, 8, 10 e 12 (questi ultimi due capitoli con trattazione più ampia ma utili per consultazione), 14, 15, 16, 17.
A partire dall'AA 2022/2023, DIVERSAMENTE dagli anni precedenti, e' disponibile un testo di riferimento per la parte riguardante il processo chimico industriale:
"Fondamenti di Chimica Industriale" a cura di F. Cavani ed altri, Zanichelli, 2022
Verranno successivamente specificate le parti del testo più direttamente riferibili agli argomenti trattati che sono i seguenti:
In biblioteca sono disponibili anche altri testi utili per la consultazione:
- "Chemical Process Technology", D.A. Moulijn, M.Makkee, A. Van Dilpen: Wiley 2010. Colloc. Bibl. Chimica - 660.281 MOUG.
- "Introduzione alla chimica industriale", G. Pregaglia: CLUED, 1980. Colloc. Bibl. Chimica - 660 PRE
Recommended readings includes selected chapters of the following books (or similar ones on Polymer chemistry in English language, several available):
1) Macromolecole : scienza e tecnologia ; coord. Francesco Ciardelli. - Pisa : Pacini, 1983-1986. Vol. 1: Sez.I, Struttura delle macromolecole; Sez.II, Sintesi delle macromolecole; Vol. 2: Sez.IV, Macromolecole in soluzione; Sez.V, Macromolecole in massa, and/or
2) Fondamenti di Scienza dei Polimeri, a cura di M. Guaita, F. Ciardelli, F. La Mantia, E. Pedemonte. Pacini, Pisa 1998.
3) For the Industrial Chemistry processes: F. Cavani, et al. , “Fondamenti di chimica industriale. Materie prime - Prodotti - Processi – Sostenibilità” (784 pp.) Zanichelli, 2022. ISBN: 9788808320193
4) Presentations from the lectures (pdf files of the Powerpoint presentations lectured in class, available in the e-learning website of Moodle and/or in the "Document" folder of the TEAMS platform).
5) Further bibliography and handouts (if any) provided by the teacher.
L'esame consiste in una prova orale basata su un colloquio, nel corso della quale vengono valutate le competenze acquisite complessivamente. La prova orale è superata se il candidato, utilizzando le nozioni fornite durante il corso, è in grado di rispondere ai quesiti posti, generalmente riguardanti due argomenti di due diverse macro-tematiche delle tre oggetto del corso: a) processi ed impianti chimici con esempi relativi al downstrem petrolchimico; b) sintesi, caratterizzazione e proprietà di composti e materiali macromolecolari; c) bioraffineria e chimica da materie prime sostenibili.
Durante la prova orale potrà essere richiesto al candidato di svolgere alcune dimostrazioni relative ai modelli cinetici di processi di polimerizzazione, o rappresentare graficamente schemi semplificati di componenti di impianto o di processo industriale.
In considerazione delle variazioni nei contenuti che potranno essere apportate in successivi anni accademici, allo studente verranno richieste conoscenze e competenze relative al programma svolto nell'anno in cui ha effettivamente frequentato il corso (come attestato da fogli di frequenza), almeno fina agli ultimi tre anni accademici. Per studenti che abbiano frequentato in anni precedenti potrà invece essere richiesto il programma svolto nell'anno accademico corrente.
The final exam in the form of an oral test in which the the two teachers may formulate questions separately (in sequence) or jointly. If separately, each teacher/examinator will generally ask questions regarding the module of lessons he / she will have thought during the course. The oral exam, lasting 40-50 minutes, will generally concern two topics of two different macro-themes of the three subjects of the course: a) chemical processes and plants with examples related to the petrochemical downstrem; b) synthesis, characterization and properties of macromolecular compounds and materials; c) biorefinery and chemistry from sustainable raw materials. The candidate may be asked tographically represent simplified diagrams of plant components or industrial processes.
Frequenza non obbligatoria ma fortemente consigliata.
Attendance to lectures not mandatory but strongly advised.
