Indirizzo: Chimica, materiali e biotecnologie / Articolazione: Chimica e materiali

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1 Competenze: Acquisire i dati ed esprimere qualitativamente e quantitativamente i risultati delle osservazioni di un fenomeno attraverso grandezze fondamentali e derivate Individuare e gestire le informazioni per organizzare le attività sperimentali Utilizzare i concetti, i principi e i modelli della chimica fisica per interpretare la struttura dei sistemi e le loro trasformazioni Essere consapevole delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie, nel contesto culturale e sociale in cui sono applicate Intervenire nella pianificazione di attività e controllo della qualità del lavoro nei processi chimici e biotecnologici Elaborare progetti chimici e biotecnologici e gestire attività di laboratorio Controllare progetti e attività, applicando le normative sulla protezione ambientale e sulla sicurezza Redigere relazioni tecniche e documentare le attività individuali e di gruppo relative a situazioni professionali Utilizzare il linguaggio e i metodi propri della matematica per organizzare e valutare adeguatamente informazioni qualitative e quantitative Utilizzare le strategie del pensiero razionale negli aspetti dialettici e algoritmici per affrontare situazioni problematiche, elaborando opportune soluzioni Utilizzare le reti e gli strumenti informatici nelle attività di studio, ricerca e approfondimento disciplinare; Progettare strutture, apparati e sistemi, applicando anche modelli matematici, e analizzarne le risposte alle sollecitazioni meccaniche, termiche, elettriche e di altra natura correlare la conoscenza storica generale agli sviluppi delle scienze, delle tecnologie e delle tecniche negli specifici campi professionali di riferimento III Anno Abilità (saper fare) Utilizzare le unità di misura tecniche e del Sistema Internazionale ed eseguirne le conversioni Utilizzare la legge di Stevin e l equazione fondamentale della statica per risolvere i problemi di idrostatica Applicare l equazione di Bernoulli per risolvere problemi di idrodinamica di fluidi ideali e reali Risolvere semplici problemi progettuali e di verifica, utilizzando formule teoriche, grafici e tabelle Disegnare secondo UMICHEM i principali metodi di regolazione di variabili chimico- fisiche Valutare gli aspetti chimici, chimico- fisici, economici ed impiantistici di un processo chimico industriale Valutare l importanza delle fonti delle acque grezze e la vitale necessità di preservarle dall inquinamento Utilizzare gli strumenti informatici e gli applicativi utili per l'acquisizione e l'elaborazione di dati tecnici e per la realizzazione di schemi di processi chimici industriali Tracciare ed illustrare schemi a blocchi e di processo di semplici impianti di trattamento delle acque grezze utilizzando la simbologia UNICHIM Comunica le proprie competenze con proprietà di linguaggio tecnico Conoscenze (sapere) Grandezze fondamentali e derivate, Sistema Internazionale e analisi dimensionale Statica e dinamica dei liquidi: i principi teorici e i parametri che regolano il moto dei fluidi Pressione idrostatica; equazione della statica Fluidodinamica: portata ed equazione di continuità Viscosità Moto laminare e turbolento, equazione di Bernoulli Liquidi reali e dissipazioni: perdite di carico distribuite e localizzate Stoccaggio e trasporto dei fluidi: le macchine e le apparecchiature impiegate per il trasporto, e lo stoccaggio di fluidi in un impianto chimico Serbatoi, tubazioni, valvole e accessori di linea Prevalenza Principali metodi di regolazione di variabili chimico- fisiche Aspetti significativi di alcune operazioni unitarie tipiche della chimica industriale Macchine operatrici: principi di funzionamento, classificazione e campi di impiego, parametri significativi e regolazione Controllo automatico di alcune variabili: livello, portata, pressione e temperatura Separazione solido- liquido

2 Sedimentazione: meccanismo e sedimentatori Filtrazione: aspetti teorici e filtri Trattamenti delle acque grezze: motivi e le metodiche utilizzate per la potabilizzazione delle acque grezze Fonti di approvvigionamento e requisiti delle acque civili e industriali Normative di settore nazionale e comunitaria Eliminazione dei solidi sospesi Eliminazione dei solidi disciolti Tecniche di sterilizzazione Esempi di processi completi: schemi a blocchi e di processo con simbologia UNICHIM Elementi di software CAD IV Anno Abilità (saper fare) Effettuare bilanci di materia e di energia di apparecchiature Calcolare il calore che tubazioni e apparecchiature scambiano con l ambiente Progettare l isolamento termico necessario ad abbattere della misura desiderata le dispersioni di calore di tubazioni e apparecchiature Dimensionare (calore scambiato e area di scambio) uno scambiatore di calore a fascio tubiero Disegnare uno schema di controllo automatico di uno scambiatore di calore Impostare e risolvere problemi impiantistici attinenti la trasmissione del calore Calcolare l innalzamento del punto di ebollizione e l entalpia di soluzioni concentrate Dimensionare un evaporatore a singolo effetto Disegnare gli schemi di controllo automatico di un evaporatore Utilizzare il diagramma igrometrico per risolvere vari problemi Disegnare gli schemi di controllo automatico di un essiccatore Calcolarne la variazione nelle principali trasformazioni termodinamiche Disegnare lo schema di una torre di raffreddamento Classificare le reazioni come esotermiche o endotermiche Enunciare i principi della termodinamica Classificare le reazioni come ordinanti o disordinanti Effettuare calcoli necessari per stabilire se una trasformazione è spontanea, non spontanea o in equilibrio, utilizzando i dati della letteratura tecnica Valutazioni quantitativa dei fattori della cinetica di una reazione e delle relazioni che ne permettono una valutazione quantitativa Rispettare le norme di sicurezza e della prevenzione Conoscenze (sapere) Scambio termico: equazioni di bilancio di materia ed energia. modalità di trasmissione del calore e le leggi relative Trasferimento di calore per conduzione, convezione ed irraggiamento Scambiatori di calore, caratteristiche peculiari Evaporatori e apparecchiature ausiliarie: principi teorici e caratteristiche peculiari delle operazioni unitarie di evaporazione e cristallizzazione e delle apparecchiature con le quali si realizzano Apparecchiature ausiliarie di un evaporatore e i principi di funzionamento Dimensionamento di un evaporatore a singolo effetto Evaporatori a multiplo effetto in equi- corrente e contro- corrente; vantaggi del multiplo effetto e i criteri su cui si basa la scelta tra equi- corrente o contro- corrente Cristallizzazione; tecniche di cristallizzazione e principi teorici che sono alla base della formazione e della crescita dei cristalli Umidificazione ed essiccamento Igrometria e diagramma igrometrico Tecniche per variare l umidità dell aria Torri di raffreddamento: impiego e funzionamento di una torre di raffreddamento Condizionamento dell aria; funzione che il condizionamento dell aria riveste in ambito industriale e civile; parametri più importanti che occorre considerare per un corretto dimensionamento Apparecchiature per l essiccamento; caratteristiche fondamentali delle più diffuse apparecchiature utilizzate per l essiccamento Controllo automatico degli essiccatori Liofilizzazione; schema a blocchi di un impianto di

3 degli infortuni nelle fasi di progettazione, realizzazione, gestione, manutenzione e dismissione degli impianti industriali Scegliere la tecnologia di processo più idonea, anche in relazione alla sostenibilità ambientale Disegnare nel rispetto delle UNICHIM e illustrare uno schema di processo per la sintesi dell ammoniaca Disegnare schemi a blocchi e di processo secondo le norme UNICHIM Utilizzare degli applicativi per simulare alcune operazioni unitarie liofilizzazione Forme di energia Concetto di sistema termodinamico e le principali trasformazioni termodinamiche Grandezze e funzioni di stato Termodinamica: sistemi termodinamici, energia, calore e lavoro; principi della termodinamica. Entalpia e legge di Hess Entropia e disequazione di Clausius Energia libera e spontaneità delle reazioni Energia libera e costante termodinamica di equilibrio Cinetica chimica: velocità di reazione e concentrazione Equazioni cinetiche di ordine zero e del primo ordine Influenza della temperatura sulla cinetica delle reazioni Velocità di reazione e conversione Catalisi e catalizzatori; catalisi omogenea ed eterogenea Reattori chimici continui e discontinui Controllo della temperatura nei vari tipi di reattori Processi industriali: norme di sicurezza e prevenzione Produzione dell idrogeno e del gas di sintesi Importanza dell idrogeno e dell azoto per la chimica industriale; processi più utilizzati per produrre l idrogeno e l azoto Steam reforming Sintesi, proprietà e usi dell ammoniaca Usi e importanza dell ammoniaca Aspetti termodinamici e cinetici fondamentali dei processi di sintesi dell ammoniaca Termodinamica, cinetica e resa della sintesi dell ammoniaca Reattore e catalizzatori nella sintesi dell ammoniaca Schemi di impianti di sintesi dell ammoniaca Disegni di schemi a blocchi e di processo di impianti Disegno di schemi completi dei sistemi di regolazione automatica, anche con l ausilio di software, secondo la normativa UNICHIM Simulazioni al computer di alcune operazioni unitarie V Anno Abilità (saper fare) Calcolare le tensioni di vapore di componenti puri e miscele ideali Tracciare e interpretare le curve di equilibrio liquido/vapore di miscele ideali, reali e azeotropiche Applicare il metodo di Mc Cabe e Thiele per la determinazione grafica del numero di stadi teorici di una colonna di rettifica Conoscenze (sapere) Distillazione Equilibrio liquido vapore di componenti puri, miscele ideali, reali, azeotropiche e relativi diagrammi Rettifica continua Determinazione grafica del numero di stadi teorici con metodo di Mc Cabe e Thiele

4 Scegliere a seconda del processo la tipologia di piatto o di riempimento più indicata Dimensionare il condensatore e il ribollitore Scegliere tra le varie tecniche di distillazione a seconda dei casi quella più indicata Disegnare lo schema di processo completo di controlli automatici dei vari tipi di impianti di distillazione, secondo le norme UNICHIM, anche con l ausilio di software Descrivere i parametri che influenzano il trasferimento di materia fra una fase liquida e una gassosa e viceversa e determinare le composizioni della miscela gas/liquido usando le curve di equilibrio Calcolare il numero di stadi teorici con il metodo di Mc Cabe e Thiele Dimensionare una colonna di stripping o di assorbimento Eseguire i bilanci di materia e di energia di una colonna di stripping o di assorbimento Disegnare lo schema di processo di un impianto di assorbimento corredato di tutte le apparecchiature norme UNICHIM, anche con l ausilio di software Rappresentare i sistemi ternari su diagrammi triangolari, eseguire bilanci di materia sia graficamente che analiticamente Determinare graficamente il numero di stadi teorici necessari per un estrazione L- L o S- L a più stadi sia in equi- corrente che in contro- corrente Dimensionare gli estrattori differenziali usando l'unità di trasferimento Descrivere le principali apparecchiature di estrazione Valutare gli aspetti della sicurezza, dell impatto ambientale e dei costi nella scelta del solvente Descrivere i criteri di regolazione automatica di una colonna di estrazione Disegnare gli schemi di processo di impianti di estrazione L- L e S- L corredati di tutte le apparecchiature ausiliarie e dei controlli automatici, secondo le norme UNICHIM Illustrare i principali processi petroliferi Individuare e classificare i rischi connessi con un processo Utilizzare procedure di validazione e di controllo per contribuire alla sicurezza e alla tutela dell ambiente Verificare che i progetti e le attività siano realizzati secondo le specifiche previste Verificare che le apparecchiature dell impianto siano costruite ed assemblate secondo le specifiche previste Verificare che le materie prime, i prodotti e le condizioni di esercizio delle vari apparecchiature siano quelle previste dal processo Individuare apparecchiature, materiali, materie Ottimizzazione del rapporto di riflusso in base a considerazioni economiche Struttura delle colonne di rettifica a piatti e a riempimento e apparecchiature ausiliarie strutture che una colonna può avere e le cause dei più comuni malfunzionamenti Possibili malfunzionamenti delle colonne di rettifica Efficienza di una colonna e calcolo degli stadi reali Distillazione Flash, rettifica discontinua e loro campo di impiego Determinazione dei rapporti di riflusso minimo e massimo nella rettifica discontinua a riflusso variabile e relative valutazioni economiche Stripping, distillazione estrattiva, distillazione azeotropica, distillazione in corrente di vapore e relativi campi di impiego Modalità di conduzione delle varie tecniche di distillazione Bilancio di materia degli impianti di distillazione Controllo di processo degli impianti di distillazione Schema di processo completo di controlli automatici dei vari tipi di impianti di distillazione, secondo le norme UNICHIM Analisi dei rischi caratteristiche delle principali apparecchiature usate nell'assorbimento Assorbimento e Stripping Equazioni di trasferimento di materia: Legge di Fick Equilibrio fase gassosa/fase liquida Dimensionamento delle colonne di assorbimento a stadi e a riempimento Bilancio di materia in una colonna di assorbimento Determinazione grafica del numero di stadi teorici con il metodo di Mc Cabe e Thiele Schema di processo di impianti di stripping e di assorbimento corredati di tutte le apparecchiature norme UNICHIM Estrazione: principi e le applicazioni industriali dell'estrazione Estrazione liquido- liquido, principali impieghi Equilibrio di ripartizione con solvente- diluente totalmente immiscibili Modalità di conduzione dell'estrazione liquido- liquido Estrazione a stadio singolo e a stadi multipli a correnti incrociate e in controcorrente Determinazione grafica del numero di stadi Estrazione con solvente- diluente parzialmente miscibili Diagrammi ternari e bilancio di materia di sistemi a tre componenti a parziale miscibilità Soluzione grafica dell'estrazione a singolo stadio e a stadi multipli a correnti incrociate e in controcorrente Meccanismo del trasferimento di massa nell'estrazione liquido/liquido

5 prime, prodotti e servizi necessari per un processo Individuare e classificare i costi industriali di un processo o di un prodotto Impostare e giustificare le regolazioni automatiche dei processi Descrivere i diversi metodi di produzione dei polimeri e di alcune materie plastiche Descrivere i campi di applicazione dei prodotti biotecnologici e i metodi usati per la loro produzione industriale Descrivere i campi di applicazione commerciale delle biotecnologie e identificare le operazioni unitarie dei processi biotecnologici Descrivere i principali costituenti di una catena di regolazione Individuare le variabili che devono essere controllate nelle varie operazioni unitarie Tracciare schemi di processo completi di controlli automatici secondo norme UNICHIM Usare il foglio di calcolo elettronico per simulare il funzionamento di alcune operazioni unitarie Usare un programma di disegno computerizzato per l esecuzione di schemi di impianti Simbologia UNICHIM per il disegno di schemi di impianto realizzati sulla base della descrizione del processo stesso Calcolo dell'altezza del riempimento in una colonna di estrazione Estrazione solido- liquido, principali impieghi Meccanismo di estrazione solido- liquido; fattori che influenzano l'estrazione solido- liquido Diagrammi ternari e bilancio di materia nell'estrazione solido liquido Soluzione grafica dell'estrazione a singolo stadio e stadi multipli a correnti incrociate e in controcorrente Apparecchiature di estrazione: colonne non agitate, colonne agitate, estrattori centrifughi, estrattori discontinui e continui Scelta del solvente, sicurezza e impatto ambientale Estrazioni con solventi in condizioni supercritiche Disegno di schemi di processo di impianti di estrazione L- L e S- L corredati di tutte le apparecchiature ausiliarie e dei controlli automatici, secondo le UNICHIM Petrolio e petrolchimica: origine ed estrazione del petrolio Classi di prodotti ottenibili dal petrolio e dai suoi derivati L importanza che il settore petrolifero e petrolchimico riveste negli ambiti: energetico, economico, sociale, ambientale, occupazionale, e della sicurezza. Classificazione e composizione dei petroli Dissalazione, topping e vacuum Caratteristiche delle benzine, numero di ottano Cracking catalitico, reforming catalitico, alchilazione, isomerizzazione, desolforazione, processi petrolchimici Prodotti di base e prodotti ottenibili dal petrolio Olefine leggere: produzione e separazione Aromatici Analisi dei rischi; norme di sicurezza e prevenzione Audit, implementazione e verifica di un sistema di qualità Procedure di smaltimento dei reflui di raffineria Disegno di schemi di processo di impianti petroliferi corredati di tutte le apparecchiature UNICHIM Materiali polimerici e materie plastiche: corretta nomenclatura dei più importanti prodotti polimerici Terminologia e nomenclatura relativa alle sostanze polimeriche Materie plastiche, fibre e elastomeri Struttura dei polimeri, omopolimeri, copolimeri, polimeri lineari, ramificati e reticolati Conformazione dei polimeri, polimeri isotattici, sindiotattici e atattici, polimeri cis e polimeri trans Alcune reazioni di polimerizzazione Tecniche di polimerizzazione e additivi Lavorazione dei materiali polimerici

6 Polietilene, polipropilene, poliesteri, poliammidi, polistirene, PVC, poliarilammidi, teflon Biotecnologie: campi di applicazione delle biotecnologie Processi che sono alla base della depurazione delle acque reflue, le apparecchiature utilizzate negli impianti di depurazione, l importanza che tali impianti rivestono sul piano della salvaguardia dell ambiente e della produzione di fonti energetiche alternative ai combustibili fossili Fermentatori, materie prime e stadi del processo di fermentazione Sterilizzazione delle apparecchiature, del terreno di coltura e dell aria Dimensionamento dei bioreattori Estrazione e immobilizzazione degli enzimi Reattori enzimatici, sistemi di controllo e recupero dei prodotti Produzione di etanolo, acido citrico e antibiotici Inquinamento delle acque,caratteristiche delle acque di scarico civili, normativa di settore nazionale e comunitaria Depurazione delle acque e schema generale di un impianto di depurazione Ossidazione biologica con fanghi attivi Fermentazione anaerobica, microrganismi e reazioni, produzione di biogas Digestori: struttura, condizioni operative, sistemi di controllo e schemi Il controllo automatico nei processi chimici: automazione e sistemi di controllo algoritmi di controllo, la regolazione feedback e feedforward Lo stato stazionario e lo stato dinamico nel funzionamento di un impianto L anello feedback nella regolazione Elementi di un sistema di controllo La regolazione feedforward Esempi di regolazione delle varie operazioni unitarie Simulazioni al computer di: equilibrio liquido/vapore, rettifica continua, distillazione discontinua, distillazione in corrente di vapore, stripping, assorbimento, estrazione Disegno manuale e con CAD di schemi di processo di impianti corredati di tutte le apparecchiature norme UNICHIM