Obiettivi formativi
Il corso è diretto a:
-fornire conoscenze approfondite sui processi chimici più importanti
-fornire conoscenze di base sugli impianti di processi chimici: progettazione, gestione, sicurezza
-fornire conoscenze adeguate sulla valutazione economica di un processo chimico
-fornire valutazioni comparative e critiche sulla sostenibilità ambientale di processo
-fornire conoscenze approfondite sulle principali classi di formulati chimici
-fornire conoscenze approfondite sugli ingredienti delle formulazioni chimiche (sintesi e proprietà chimico-fisico)
-fornire una valutazione comparativa e critica sui formulati più noti sul mercato
Vengono forniti gli strumenti concettuali per una comprensione critica dei processi di produzione industriale con riguardo a:
-scelta del processo, dell’impianto e della tecnologia da applicare per ottenere un intermedio chimico
- scelta del processo e degli ingredienti da applicare per ottenere un formulato chimico
-valutazione dei costi complessivi
-problematiche ambientali e di sicurezza
-problematiche relative ai materiali di confezionamento di intermedi e formulati
Vengono sottolineati i collegamenti tra le diverse parti del corso e con corsi già seguiti dagli studenti negli anni precedenti e nell'anno in corso, con particolare riferimento ai contenuti di chimica fisica, organica e industriale.
Lo studente dovrà essere in grado di valutare la scelta del processo, dei feedstock industriali, dei catalizzatori, della tecnologia, delle condizioni operative; di comprendere problematiche inerenti i costi di produzione, ambientali e di sicurezza.
Nel corso, si stimola la capacità di giudizio autonoma e la discussione sulle tematiche affrontate, con l’uso di ricerca bibliografica online da fonti accreditate di letteratura primaria.
Lo studente, dovrà sviluppare capacità autonome che gli permettano di valutare, confrontare, criticare e soppesare aspetti negativi e positivi dei processi chimici industriali analizzati, e di ragionare su possibili innovazioni su scala pilota presenti sul mercato.
Viene richiesta l'acquisizione di un linguaggio formalmente corretto, viene incentivata la capacità di esprimere contenuti in modo chiaro e lineare.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
PRIMA PARTE: PROCESSI
Principali derivati degli intermedi organici di base: etilene, propilene, butadiene, isobutene, 1-butene, butano, idrocarburi C5, benzene, toluene, xileni, metanolo.
Processi industriali di polimerizzazione degli intermedi di base.
Processi industriali di produzione del dicloroetano e del cloruro di vinile.
Prodotti di ossidazione degli intermedi di base e loro principali derivati: processi di produzione dell'ossido di etilene e dell'ossido di propilene, processi di produzione del glicol etilenico, processo Wacker, processi di produzione dell'acido acetico e dell'anidride acetica, produzione dell'acetato di vinile, processi di ossidazione e ammonossidazione del propilene, produzione dell'adiponitrile, processi di produzione dell'acetone, processi industriali di produzione del metacrilato di metile, processi di oxosintesi, processi di produzione della formaldeide, processi di produzione dell'anidride maleica e del butandiolo, produzione dell'acido adipico, ossidazione del benzene a fenolo, ossidazione del toluene ad acido benzoico, processi di produzione dell'anidride ftalica, processi di produzione dell'acido tereftalico e del dimetiltereftalato.
Processi di alchilazione del benzene con etilene e propilene: produzione di etilbenzene e cumene, processi di produzione dello stirene, processi di produzione del fenolo, processi industriali di produzione del caprolattame.
Processi industriali di nitrazione del benzene e del toluene, processi di produzione dell'anilina, processi di produzione degli isocianati.
Principali processi chimici e biochimici da biomasse, uso di enzimi, integrazione tra biotecnologia e chimica industriale.
SECONDA PARTE: FORMULAZIONI E LABORATORIO
Formulazioni dei più importanti settori industriali, con particolare attenzione a quelli maggiormente presenti nel territorio.
Detergenza: ingredienti presenti; principali classi di tensioattivi.
Esempi di prodotti detergenti e loro formulazione.
Cosmetica: classificazione dei prodotti cosmetici e classi dei loro ingredienti,
Esempi di prodotti cosmetici e lettura critica dell'INCI.
Polimeri: additivi principali.
Farmaci: preparazione di prodotti farmaceutici.
Pesticidi e prodotti agrochimici.
Vernici.
LABORATORIO
(verranno realizzate alcune tra queste preparazioni)
1) preparazione vari tipi di sapone e shampoo secco
2) preparazione paracetamolo mediante apparato di reazione in flusso, uso in preparazione galenica
3) preparazione gel igienizzante mani
4) preparazione sapone liquido/bagnoschiuma
5) preparazione crema idratante
6) preparazione dentifricio solido/gel/polvere
7) preparazione oleolito
8) preparazione oli essenziali per distillazione in corrente di vapore
Programma esteso
PRIMA PARTE: PROCESSI
Principali derivati degli intermedi organici di base: etilene, propilene, butadiene, isobutene, 1-butene, butano, idrocarburi C5, benzene, toluene, xileni, metanolo.
Processi industriali di polimerizzazione degli intermedi di base: produzione di polietilene a bassa densità (LDPE), polietilene ad alta densità (HDPE), polietilene lineare a bassa densità (LLDPE), polipropilene, polibutadiene.
Processi industriali di produzione del dicloroetano e del cloruro di vinile.
Prodotti di ossidazione degli intermedi di base e loro principali derivati: processi di produzione dell'ossido di etilene e dell'ossido di propilene, processi di produzione del glicol etilenico, processo Wacker, processi di produzione dell'acido acetico e dell'anidride acetica, produzione dell'acetato di vinile, processi di ossidazione e ammonossidazione del propilene, produzione dell'adiponitrile, processi di produzione dell'acetone, processi industriali di produzione del metacrilato di metile, processi di oxosintesi, processi di produzione della formaldeide, processi di produzione dell'anidride maleica e del butandiolo, produzione dell'acido adipico, ossidazione del benzene a fenolo, ossidazione del toluene ad acido benzoico, processi di produzione dell'anidride ftalica, processi di produzione dell'acido tereftalico e del dimetiltereftalato.
Processi di alchilazione del benzene con etilene e propilene: produzione di etilbenzene e cumene, processi di produzione dello stirene, processi di produzione del fenolo, processi industriali di produzione del caprolattame.
Processi industriali di nitrazione del benzene e del toluene, processi di produzione dell'anilina, processi di produzione degli isocianati.
Principali processi di produzione da biomassa: bioetanolo, farmaci, dolcificanti, polimeri biodegradabili, amminoacidi, saponi. Uso di enzimi.
SECONDA PARTE: FORMULAZIONI
Formulazioni dei più importanti settori industriali, con particolare attenzione a quelli maggiormente presenti nel territorio.
Introduzione su principi generali e sulla multidisciplinarietà dell’argomento, con cenni al marketing di prodotto, alla applicazione della analisi multivariata, e alle problematiche legate allo scale up.
Detergenza: ingredienti presenti; principali classi di tensioattivi anionici, cationici, non ionici e anfoteri; enzimi, coloranti, sbiancanti ottici, basi e ingredienti tecnologici.
Indici di detergenza, scelta del tensioattivo. Parametri chimico-fisici e reologici di maggiore rilievo.
Esempi di prodotti detergenti e loro formulazione.
Cosmetica: classificazione dei prodotti cosmetici e classi dei loro ingredienti, con particolare attenzione ai pigmenti e alle profumazioni. Conservabilità a lungo termine. Uso di conservanti, additivi tecnologici e processi di preparazione di polveri e prodotti liquidi di varia viscosità.
Esempi di prodotti cosmetici e lettura critica dell'INCI.
Polimeri: additivi principali, plastificanti e antiossidanti, sali per l'abbassamento del punto di transizione vetrosa. Gomme e elastomeri e additivi di reticolazione.
Farmaci: preparazione di prodotti farmaceutici, compresse, soluzioni e fialoidi.
Pesticidi e prodotti agrochimici: regolamentazione, classi principali, modalità di applicazione e ingredienti principali.
Vernici.Definizioni, legislazione, prodotti all'acqua, ingredienti principali (resine, pigmenti e solventi).
Bibliografia
Harold A. WITTCOFF, Bryan G. REUBEN, Jeffery S. PLOTKIN Industrial Organic Chemicals, 2nd Ed. Wiley InterScience, July 2004
Philippe ARPENTINIER, Fabrizio CAVANI, Ferruccio TRIFIRO' The Technology of Catalytic Oxidations Vol.1 - Chemical, catalytic & engineering aspects Cap. 6-7-8 Ed. TECHNIP, France 2001
Chemical Formulation: An Overview of Surfactant-Based Preparations Used in Everyday Life 2003- RCS Paperbacks
A. E. Hargreaves
An Introduction to Industrial Chemistry- 2009 Heaton
Springer Ed
Chemical Process Technology, Moulijn, Makkee, Van Diepen, 2013, Wiley Ed
Metodi didattici
Il corso si svolge in 64 ore di lezioni frontali e 5 sessioni di laboratorio (totale 15 ore circa)
Durante le lezioni gli studenti vengono guidati all’apprendimento dei contenuti del corso.
Le slide utilizzate durante le lezioni e altro materiale a supporto verranno caricati ogni settimana sulla piattaforma Elly. Per scaricare le slide è necessaria l'iscrizione al corso on line. Le slide vengono considerate parte integrante del materiale didattico.
Si ricorda agli studenti non frequentanti di controllare il materiale didattico disponibile e le indicazioni fornite dalla docente tramite la piattaforma Elly. Su Elly verrà pubblicato il calendario dei laboratori previsti. Il docente è disponibile su appuntamento (e-mail) per chiarimenti, sia in distanza che in presenza.
Il corso si avvale di uno o più seminari di esperti ed eventualmente di visite didattiche a stabilimenti chimici che verranno tempestivamente comunicate agli studenti.
Modalità verifica apprendimento
Le conoscenze acquisite e la capacità di comprensione dei concetti trattati sono verificati attraverso esame orale durante il quale lo studente deve dimostrare di aver compreso i processi chimici trattati e di poterli confrontare e discutere in modo autonomo e critico.
Per la parte di formulazioni, in modalità flipped classroom, viene richiesto di affrontare l’analisi critica e originale di un formulato commerciale assegnato dalla docente, analizzando i singoli ingredienti, la loro produzione e la loro sostenibilità ambientale in relazione al costo e allo smaltimento del prodotto e del suo involucro. Tale analisi porta alla elaborazione di una presentazione e di un elaborato scritto che vengono discussi in classe davanti ai compagni e servono a determinare il voto della parte di esame di Formulazioni, unitamente ad alcune domande teoriche da sostenere durante l'orale vero e proprio, in data da fissare durante la sessione di esami.
La verifica dell’apprendimento avviene con due esami distinti (processi e formulazioni) che incidono sul voto finale nelle seguenti proporzioni:
Processi: fino a un max di 15 punti
Formulazioni: fino a un max di 15 punti (di cui max 8 per la lezione flipped classroom).
Processi
Viene fatta una prova orale che consiste in 9 domande inerenti tutti i temi del corso. Esempi di prove orali vengono discusse durante le lezioni. Ogni domanda prevede uno specifico punteggio massimo che va da 0 a 2.
Il punteggio ottenuto viene comunicato allo studente durante l'orale.
Formulazioni:
vengono preparati e consegnati 2 file (1 file powerpoint inerente problematiche di ruolo, sintesi e reperimento chimico degli ingredienti, costo, ciclo di vita, packaging e problematiche sulla sicurezza per l’ambiente e la salute, e 1 documento word contenente una relazione tecnica scritta con il linguaggio della consulenza), vengono poi poste all'orale alcune domande teoriche sul programma del corso.
La lode viene assegnata nel caso del raggiungimento di un punteggio pari a 30 solo nel caso in cui il candidato dimostri la capacità di argomentare in modo critico e la capacità di collegare le diverse parti del corso. Le abilità di sintesi, di uso di un linguaggio tecnico corretto e di comunicazione saranno valutate positivamente.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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