Obiettivi formativi
Al termine del corso, chi frequenta il corso avrà una conoscenza approfondita delle caratteristiche e della struttura della moderna industria chimica, delle strategie di progettazione e gestione di un processo chimico, dei regolamenti relativi alle sostanze chimiche, dei processi di separazione in ambito industriale, dei metodi di analisi del rischio nei processi chimici e delle metodologie di gestione del capitale intellettuale e della proprietà industriale (Conoscenza e capacità di comprensione - knowledge and understanding). Avrà inoltre acquisito consapevolezza dello stato dell’arte per l’integrazione in sintesi delle tecnologie emergenti che stanno contribuendo a trasformare radicalmente la professione del chimico industriale.
Chi segue il corso sarà in grado di comprendere le modalità con cui un processo chimico industriale viene condotto e identificare i parametri ottimali per la gestione di un processo chimico. Sarà inoltre capace di teorizzare possibili miglioramenti per specifici processi chimici. Sarà in grado di contribuire allo scale-up e al trasferimento tecnologico dal livello di laboratorio a quello pilota e industriale. In generale, chi completa il corso sarà in grado di affrontare problematiche professionali, effettuare una valutazione critica e proporre soluzioni specifiche. Inoltre, avrà la capacità di reperire informazioni chimiche consultando banche dati, incluse quelle brevettuali (Capacità di applicare conoscenza e comprensione - applying knowledge and understanding).
Chi completa il corso saprà valutare gli aspetti economici e di sicurezza di un processo, oltre a quelli relativi ai prodotti e ai materiali. Sarà capace di identificare procedure e tecnologie ottimali per la purificazione di un prodotto, di valutare la necessità di applicare regolamenti e autorizzazioni per i prodotti chimici e i formulati, e di scegliere criticamente le tecnologie di produzione più adatte. Avrà anche le competenze per gestire la proprietà intellettuale in modo consapevole. In generale, sarà in grado di valutare criticamente le proprie conoscenze e capacità, di analizzare tempi e modalità di una reazione chimica e di adattarsi a contesti lavorativi e tematiche diversificate. Inoltre, sarà capace di formulare giudizi su importanti questioni scientifiche ed etiche (Autonomia di giudizio - making judgements).
Chi frequenta il corso acquisirà la capacità di comunicare efficacemente, sia in forma orale che scritta, utilizzando un linguaggio tecnico-specialistico che consenta di dialogare con chimici, ingegneri chimici e altri esperti del settore, e di tradurre concetti complessi in un linguaggio comprensibile anche per non specialisti. Sarà in grado di collaborare con altre persone e di lavorare in gruppo su progetti multidisciplinari, pur essendo anche capace di operare in piena autonomia con la capacità di pianificare obiettivi, tempistiche e metodologie. Potrà inoltre svolgere attività di formazione e addestramento sperimentale rivolte a studenti della laurea triennale (Abilità comunicative - communication skills).
Chi partecipa al corso sarà in grado di analizzare con senso critico i risultati sperimentali per ottimizzare un processo chimico. Avrà sviluppato capacità di ragionamento logico e sarà in grado di collegare i diversi argomenti trattati tra loro e con le discipline di base della chimica industriale. Sarà capace di apprendere in modo autonomo, affrontando nuove tematiche scientifiche o professionali, e di aggiornarsi costantemente mediante la consultazione di banche dati di settore, incluse quelle brevettuali (Capacità di apprendimento - learning skills).
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Parte 1: Sviluppo e gestione di processi chimici industriali - Prof. Nicola Della Ca’ (3 CFU)
- Caratteristiche e struttura della moderna industria chimica: Caratteristiche della produzione chimica industriale e fattori che influenzano la tipologia di un processo chimico. Ciclo di vita di un prodotto e valore aggiunto. Priorità nella progettazione di un processo e relativi fattori di evoluzione. Esempi pratici dell’evoluzione di processi chimici.
- Strategie nella progettazione e gestione di un processo chimico:
- Linee guida nello sviluppo di scala di processi. Analisi dei fattori che influenzano lo scale-up di un processo. Tipologie di reattori industriali (dedicated plants, multi-product plants, multi-purpose plants). Strategie di scelta della via sintetica, delle materie prime, del solvente nella produzione industriale di un composto chimico.
- Processi di separazione in ambito industriale: estrazioni, cristallizzazioni, distillazioni. Classificazione in funzione dell’agente separante; incidenza sui costi economici complessivi. Gradi di libertà nella progettazione e nella gestione. Strategie di scelta in funzione del tipo di processo industriale. Fattori di separazione.
- Capitale intellettuale e proprietà industriale. Princìpi fondamentali nella gestione del capitale intellettuale e della proprietà industriale. Invenzione & Brevetto: concetti di base. Codice della proprietà industriale (CPI) e European Patent Convention (EPC). Requisiti di brevettabilità. Brevetto di sbarramento e di selezione. Brevetto di prodotto e brevetto d’uso. Brevettabilità vs Libertà di attuazione.
- Procedure per la regolamentazione e l’autorizzazione dei prodotti chimici (REACH).
- L'analisi del rischio nei processi chimici: Studio di pericolo e operabilità (Hazop). Valutazione delle conseguenze degli eventi incidentali. La gestione del rischio.
Parte 2: Tecnologie emergenti - Prof. Luca Capaldo (3 CFU)
- Chimica in flusso: principi generali della chimica in flusso. Tipi di reattori e loro anatomia: Plug Flow Reactor (PFR) e Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR). Strategie per lo scale-up della sintesi di fine-chemicals: numbering-up e sizing-up. Reazioni eterogenee in flusso: gestione di sistemi contenenti liquidi, gas e solidi. Sintesi multistep.
- Fotochimica in flusso: cenni generali di fotochimica e fotocatalisi. Vantaggi nel condurre reazioni fotochimiche in flusso. Esempi di applicazioni della fotochimica sintetica per la sintesi industriale.
- Elettrochimica in flusso: cenni generali di elettrochimica ed elettrocatalisi. Vantaggi nel condurre reazioni elettrochimiche in flusso. Esempi di applicazioni dell’elettrochimica sintetica per la sintesi industriale.
- Meccanochimica: cenni generali di meccanochimica. Diversi reattori (ball milling, twin-screws extruder, planetary mill). Esempi di applicazioni della meccanochimica sintetica per la sintesi industriale. Cenni di fotomeccanochimica.
- High-Throughput Experimentation, Machine Learning & Automation: Definizione di HTE, ML e automazione e loro integrazione. Interazione fra ML e chimica: diversi algoritmi e loro funzionamento. Generazione di librerie tramite HTE (reaction discovery & hit discovery): illustrazione di diversi set-up per la HTE elettrochimica, fotochimica e meccanochimica. Esempi di integrazione dell’automazione nei laboratori chimici.
Programma esteso
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Bibliografia
1) CHEMCAL PROCESS TECHNOLOGY, J.A. Moulijn, M.Makkee, A.E. van Diepen, Wiley , IBSN 0-471-63062-4
2) INDUSTRIAL ORGANIC CHEMICALS (2nd Ed), H.A. Wittcoff, B.G. Reuben, J.S. Plotkin, Wiley, ISBN 0-471-44385-9
3) PRODUCT AND PROCESS DESIGN PRINCIPLES: SYNTHESIS ANALYSIS AND EVALUATION, W.D. Seider, J. D. Seader, Daniel R. Lewin, Wiley, ISBN: 978-0-471-21663-6
4) Darvas, Ferenc, Hessel, Volker and Dorman, György. Volume 1 Flow Chemistry – Fundamentals, Berlin, Boston: De Gruyter, 2014.
5) Darvas, Ferenc, Dormán, György, Hessel, Volker and Ley, Steven V. Volume 2 Flow Chemistry – Applications, Berlin, Boston: De Gruyter, 2021.
Metodi didattici
Le lezioni (48 ore, 6 CFU) si terranno in presenza avvalendosi di presentazioni in ppt. Il corso si potrà avvalere di uno o più seminari di esperti provenienti dal mondo produttivo che verranno tempestivamente comunicate agli studenti. Le slide utilizzate a supporto delle lezioni verranno caricate con cadenza settimanale sulla piattaforma Elly. Materiale aggiuntivo a supporto delle slide sarà altresì presente su Elly. Per scaricare le slide è necessaria l'iscrizione al corso on line. Le slide vengono considerate parte integrante del materiale didattico. Si ricorda ai non frequentanti di controllare il materiale didattico disponibile e le indicazioni fornite dai docenti tramite la piattaforma Elly. I docenti sono disponibili su appuntamento (e-mail: nicola.dellaca@unipr.it; luca.capaldo@unipr.it) per chiarimenti.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una prova orale (in presenza), deputata all’accertamento dell’acquisizione delle conoscenze e delle competenze attese per le due parti erogate. Verrà verificata la conoscenza degli argomenti trattati nonché la capacità di argomentare in modo critico e la capacità di collegamento. Le abilità di sintesi, di uso di un linguaggio tecnico corretto e di comunicazione saranno valutate positivamente. Il voto finale è calcolato come media delle valutazioni relative a ciascuna parte. La lode viene assegnata nel caso del raggiungimento del massimo punteggio su ogni parte a cui si aggiunga la padronanza del lessico disciplinare.
Le date degli appelli d’esame sono consultabili sul portale ESSE3.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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