Angelo MAIORINO | PROCESS UNIT OPERATIONS - OPERAZIONI UNITARIE NELL'INDUSTRIA DI PROCESSO

cod. 0622800025

PROCESS UNIT OPERATIONS - OPERAZIONI UNITARIE NELL'INDUSTRIA DI PROCESSO

	0622800025
	DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
	CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
	INGEGNERIA ALIMENTARE
	2017/2018

CURRICULUM FOR FOOD TECHNOLOGISTS

	ANNO CORSO 2
	ANNO ORDINAMENTO 2016
	PRIMO SEMESTRE

MODULI

	SSD	CFU	ORE	ATTIVITÀ	TIPO DI ATTIVITÁ FORMATIVA
	ING-IND/25	12	120	LEZIONE	CARATTERIZZANTE

DOCENTI

	FRANCESCO DONSI' T Curriculum
	GIOVANNA FERRARI Curriculum
	ANGELO MAIORINO Curriculum

	Obiettivi
	Conoscenze e capacità di comprensione Diagrammi di processo, requisiti energetici ed ottimizzazione energetica negli impianti di processo. Unità di miscelazione di liquidi e solidi. Filtrazione, centrifugazione, classificazione e separazione a membrana. Progettazione di unità di estrazione liquido-liquido e liquido-solido. Progettazione di unità di adsorbimento/desorbimento. Progettazione di unità di cristallizzazione. Cicli di refrigerazione a compressione di vapore. Distillazione batch. Essiccamento batch. Sterilizzazione batch. Operazioni batch dell’industria alimentare. Ottimizzazione di operazioni a molteplici batch o batch-continue. Procedure di pulizia di impianto (cip, wip, sip). Conoscenza e capacita di comprensione applicate – analisi ingegneristica: Capacità di operare una scelta usando i criteri più appropriati per le operazioni unitarie descritte nel corso. Conoscenza e capacità di comprensione applicate – progettazione ingegneristica: Capacità di progettare le operazioni unitary descritte nel corso. Capacità di progettare un processo energeticamente ottimizzato. Autonomia di giudizio – pratica ingegneristica: Operazioni di impianto, capacità di comprendere le condizioni di lavoro sulla base delle variabili di processo misurate, e di operarle con le impostazioni di sistema richieste per raggiungere lo stato di operazione desiderato. Capacità trasversali - capacità di apprendere: Capacità di presentare un argomento collegato alle operazioni unitarie di processo, e di comunicare le proprie idee e le soluzioni ingegneristiche sia ad interlocutori esperti ed a nuovi utilizzatori, in capo alla gestione delle operazioni unitarie introdotte nel corso. Capacità trasversali - capacità di indagine: Capacità di applicare la conoscenza acquisita in situazioni diverse da quelle presentate nel corso e capacità di migliorare le proprie conoscenze. Capacità di sviluppare competenze di leadership nella risoluzione di problemi utilizzando gli strumenti sviluppati nel corso, anche in riferimento alla risoluzione di casi innovativi.

Conoscenze e capacità di comprensione
Diagrammi di processo, requisiti energetici ed ottimizzazione energetica negli impianti di processo. Unità di miscelazione di liquidi e solidi. Filtrazione, centrifugazione, classificazione e separazione a membrana. Progettazione di unità di estrazione liquido-liquido e liquido-solido. Progettazione di unità di adsorbimento/desorbimento. Progettazione di unità di cristallizzazione. Cicli di refrigerazione a compressione di vapore. Distillazione batch. Essiccamento batch. Sterilizzazione batch. Operazioni batch dell’industria alimentare. Ottimizzazione di operazioni a molteplici batch o batch-continue. Procedure di pulizia di impianto (cip, wip, sip).

Conoscenza e capacita di comprensione applicate – analisi ingegneristica:
Capacità di operare una scelta usando i criteri più appropriati per le operazioni unitarie descritte nel corso.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate – progettazione ingegneristica:
Capacità di progettare le operazioni unitary descritte nel corso. Capacità di progettare un processo energeticamente ottimizzato.

Autonomia di giudizio – pratica ingegneristica:
Operazioni di impianto, capacità di comprendere le condizioni di lavoro sulla base delle variabili di processo misurate, e di operarle con le impostazioni di sistema richieste per raggiungere lo stato di operazione desiderato.

Capacità trasversali - capacità di apprendere:
Capacità di presentare un argomento collegato alle operazioni unitarie di processo, e di comunicare le proprie idee e le soluzioni ingegneristiche sia ad interlocutori esperti ed a nuovi utilizzatori, in capo alla gestione delle operazioni unitarie introdotte nel corso.

Capacità trasversali - capacità di indagine:
Capacità di applicare la conoscenza acquisita in situazioni diverse da quelle presentate nel corso e capacità di migliorare le proprie conoscenze. Capacità di sviluppare competenze di leadership nella risoluzione di problemi utilizzando gli strumenti sviluppati nel corso, anche in riferimento alla risoluzione di casi innovativi.

	Prerequisiti
	Prerequisiti essenziali: - Concetti dei bilanci di quantità di moto, di energia e di materia su sistemi chiusi ed aperti, - Concetti dei coefficienti di trasferimento, - Concetti di calcolo differenziale ed integrale - Termodinamica

	Contenuti
	1. Introduzione agli impianti chimici ed alimentari, ai processi ed alle utilities (5 h teor., 3 h eserc.) Il corso, la sua organizzazione, i docenti e l’esame. I diagrammi di processo: Block Flow Diagram (BFD), Process Flow Diagram (PFD) e Process and Instrumentation Diagram (P&ID). Uso di strumenti software per la rappresentazione dei diagrammi di processo. Introduzione alla simulazione di processo ed alle tecniche di computazione, con esempi. Bilanci globali di materia ed energia. Fogli di calcolo che soddisfino gli standard internazionali: teoria e pratica. 2. Requisiti energetici totali/Requisiti energetici effettivi (7 h teor., 5 h eserc.) Introduzione al Pinch Method per la determinazione dei requisiti minimi di energia, utilities calde e fredde. Progettazione di reti di scambio termico. Nuovi progetti e revamping. Esercizi. 3. Miscelazione e separazione (4 h teor., 3 h eserc.) Miscelazione di liquidi. Miscelazione di solidi. Filtrazione, centrifugazione, classificazione (anche batch). Separazione a membrana. 4. Estrazione liquido-liquido (8 h teor., 7 h eserc.) Principi dell’estrazione. Costruzione sperimentale di un diagramma ternario. Progettazione di un impianto di estrazione: approccio analitico e grafico. Problemi di verifica. 5. Estrazione liquido-solido (6 h teor., 4 h eserc.) Macerazione; percolazione; estrazione con fluidi supercritici. Estrazione and purificazione, strutturazione e testurizzazione. Estrazione assistita da PEF. 6. Adsorbimento/desorbimento (8 h teor., 7 h eserc.) Descrizione delle applicazioni tipiche. Isoterme di equilibrio. Equazioni descrittive e meccanismi. Progettazione di unità di adsorbimento/desorbimento. Bilanci di materia. Curve di breakthrough. Desorbimento. Cicli di adsorbimento/desorbimento. Impianti batch di adsorbimento/desorbimento. Esercizi. 7. Cristallizazione (8 h teor., 7 h eserc.) Descrizione della cristallizazione. Cristallizzazione indotta da temperatura e pressione. Nucleazione e crescita. Modelli di cristallizzazione. Modelli descrittivi omogenei ed eterogenei. Bilancio sulla popolazione dei cristalli. Progettazione di un’unità di cristallizzazione. Analisi critica e limiti di progettazione. Unità di cristallizzazione batch. Esercizi. 8. Altri processi batch di interesse per l’industria alimentare e farmaceutica (3 h teor., 2 h eserc.) Modi di operazione e configurazione della distillazione batch. Essiccamento batch. Sterilizzazione batch. Operazioni batch dell’industria alimentare: baking, roasting, frying. 8. Regole di igienizzazione di impianto (3 h teor.) Diverse strategie di igienizzazione di impianto. Attrezzature e normativa. 9. Cicli refrigerativi (20 h theor., 8 h exerc., 2 h lab.) Elementi fondamentali della termodinamica dei sistemi di refrigerazione. Impianti a compressione di vapore: principi, tipologie ed impatto ambientale dei fluidi refrigeranti, componenti, progettazione, operazione dinamica, regolazione della potenza frigorifera, impianti transcritici, limiti operativi. Progettazione di impianto.

Contenuti

1. Introduzione agli impianti chimici ed alimentari, ai processi ed alle utilities (5 h teor., 3 h eserc.)
Il corso, la sua organizzazione, i docenti e l’esame. I diagrammi di processo: Block Flow Diagram (BFD), Process Flow Diagram (PFD) e Process and Instrumentation Diagram (P&ID). Uso di strumenti software per la rappresentazione dei diagrammi di processo. Introduzione alla simulazione di processo ed alle tecniche di computazione, con esempi. Bilanci globali di materia ed energia. Fogli di calcolo che soddisfino gli standard internazionali: teoria e pratica.

2. Requisiti energetici totali/Requisiti energetici effettivi (7 h teor., 5 h eserc.)
Introduzione al Pinch Method per la determinazione dei requisiti minimi di energia, utilities calde e fredde. Progettazione di reti di scambio termico. Nuovi progetti e revamping. Esercizi.

3. Miscelazione e separazione (4 h teor., 3 h eserc.)
Miscelazione di liquidi. Miscelazione di solidi. Filtrazione, centrifugazione, classificazione (anche batch). Separazione a membrana.

4. Estrazione liquido-liquido (8 h teor., 7 h eserc.)
Principi dell’estrazione. Costruzione sperimentale di un diagramma ternario. Progettazione di un impianto di estrazione: approccio analitico e grafico. Problemi di verifica.

5. Estrazione liquido-solido (6 h teor., 4 h eserc.)
Macerazione; percolazione; estrazione con fluidi supercritici. Estrazione and purificazione, strutturazione e testurizzazione. Estrazione assistita da PEF.

6. Adsorbimento/desorbimento (8 h teor., 7 h eserc.)
Descrizione delle applicazioni tipiche. Isoterme di equilibrio. Equazioni descrittive e meccanismi. Progettazione di unità di adsorbimento/desorbimento. Bilanci di materia. Curve di breakthrough. Desorbimento. Cicli di adsorbimento/desorbimento. Impianti batch di adsorbimento/desorbimento. Esercizi.

7. Cristallizazione (8 h teor., 7 h eserc.)
Descrizione della cristallizazione. Cristallizzazione indotta da temperatura e pressione. Nucleazione e crescita. Modelli di cristallizzazione. Modelli descrittivi omogenei ed eterogenei. Bilancio sulla popolazione dei cristalli. Progettazione di un’unità di cristallizzazione. Analisi critica e limiti di progettazione. Unità di cristallizzazione batch. Esercizi.

8. Altri processi batch di interesse per l’industria alimentare e farmaceutica (3 h teor., 2 h eserc.)
Modi di operazione e configurazione della distillazione batch. Essiccamento batch. Sterilizzazione batch. Operazioni batch dell’industria alimentare: baking, roasting, frying.

8. Regole di igienizzazione di impianto (3 h teor.)
Diverse strategie di igienizzazione di impianto. Attrezzature e normativa.

9. Cicli refrigerativi (20 h theor., 8 h exerc., 2 h lab.)
Elementi fondamentali della termodinamica dei sistemi di refrigerazione. Impianti a compressione di vapore: principi, tipologie ed impatto ambientale dei fluidi refrigeranti, componenti, progettazione, operazione dinamica, regolazione della potenza frigorifera, impianti transcritici, limiti operativi. Progettazione di impianto.

	Metodi Didattici
	L’insegnamento prevede 120 ore di didattica tra lezioni frontali, lezioni esercitative e pratica di laboratorio (12 CFU). In particolare sono previste 72 ore di lezioni frontali, 46 ore di lezioni esercitative e 2 ore di attività di laboratorio. Le lezioni frontali riguardano i principali aspetti teorici degli argomenti del corso. Solitamente sono condotte usando una presentazione a computer e la lavagna, con il supporto del materiale del corso. Le lezioni esercitative sono indirizzate ad analizzare e risolvere problemi di risoluzione o verifica relative alle operazioni unitarie introdotte durante il corso, e sono condotte dal docente, con gli studenti che lavorano in gruppo o individualmente. Le lezioni pratiche di laboratorio hanno lo scopo di mostrar allo studente gli aspetti tecnologici relativi alle operazioni unitarie introdotte durante il corso. Agli studenti è richiesto di sviluppare due progetti. Il primo riguarda la realizzazione di un foglio di calcolo in Excel® per la risoluzione di alcuni dei problemi affrontati durante le lezioni esercitative. Il secondo riguarda la progettazione di un impianti di refrigerazione per applicazioni dell’industria alimentare, ed è condotto cooperativamente in gruppi.

Metodi Didattici

L’insegnamento prevede 120 ore di didattica tra lezioni frontali, lezioni esercitative e pratica di laboratorio (12 CFU). In particolare sono previste 72 ore di lezioni frontali, 46 ore di lezioni esercitative e 2 ore di attività di laboratorio.
Le lezioni frontali riguardano i principali aspetti teorici degli argomenti del corso. Solitamente sono condotte usando una presentazione a computer e la lavagna, con il supporto del materiale del corso.
Le lezioni esercitative sono indirizzate ad analizzare e risolvere problemi di risoluzione o verifica relative alle operazioni unitarie introdotte durante il corso, e sono condotte dal docente, con gli studenti che lavorano in gruppo o individualmente.
Le lezioni pratiche di laboratorio hanno lo scopo di mostrar allo studente gli aspetti tecnologici relativi alle operazioni unitarie introdotte durante il corso.
Agli studenti è richiesto di sviluppare due progetti. Il primo riguarda la realizzazione di un foglio di calcolo in Excel® per la risoluzione di alcuni dei problemi affrontati durante le lezioni esercitative. Il secondo riguarda la progettazione di un impianti di refrigerazione per applicazioni dell’industria alimentare, ed è condotto cooperativamente in gruppi.

	Verifica dell'apprendimento
	La valutazione del raggiungimento degli obiettivi è basato su un esame scritto, sulla discussione dei progetti sviluppati durante il corso, ed un esame orale. L’esame scritto tipicamente consiste di tre domande da rispondere in tre ore. Una lista degli esami scritti degli anni precedenti è distribuita agli studenti come materiali del corso. Le domande riguardano problemi di progettazione o verifica relativi alle operazioni unitarie introdotte durante il corso. Per superare l’esame scritto, lo studente deve dimostrare di essere capace di analizzare i problemi, scrivere le equazioni di bilancio di materia ed energia corrispondenti, e le equazioni di trasporto, le appropriate equazioni di progettazione, e condurre correttamente i calcoli numerici associati. La discussione del progetto tipicamente dura 20 min. Essa è focalizzata sulla verifica della corretta implementazione delle equazioni di risoluzione nei fogli di calcolo, e sulla verifica della progettazione di un impianto di refrigerazione. L’esame orale, che dura circa 30 min, può essere sostenuto solo dopo che l’esame scritto è stato superato. Esso riguarda obbligatoriamente i cicli di refrigerazione. Eventualmente, lo studente, che non è soddisfatto dal risultato dell’esame scritto, può chiedere che l’esame orale verta anche sulle parti 1-8 del programma del corso. La condizione essenziale per superare l’esame scritto è la corretta formulazione dei bilanci di materia ed energia e delle equazioni di progettazione di almeno due problemi tra i tre proposti. Lo studente raggiunge un livello di eccellenza se dimostra di essere capace di gestire problemi (inclusi problemi diversi da quelli presentati in classe) operando le corrette semplificazioni e raggiungendo la completa soluzioni di tutte le parti del problema, includendo i calcoli numerici. La valutazione dell’esame orale è basata sul grado di padronanza dei contenuti e degli strumenti metodologici degli argomenti del corso, tenendo in conto la qualità dell’esposizione e l’autonomia di giudizio dimostrata. L’esame scritto, valutato con un voto su una scala tra 1 e 30, pesa 9/12 della base del voto finale. L’esame orale, valutato con un voto su una scala tra 1 e 30, pesa 3/12 della base del voto finale. Pertanto, la base del voto finale è calcolata come la media pesata tra i voti della parte scritta ed orale. A questa base si aggiunge un voto compreso tra 0 e 3, funzione della valutazione dei progetti sviluppati durante il corso. Il voto di 30 e lode è dato agli studenti il cui voto finale è maggiore di 30.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione del raggiungimento degli obiettivi è basato su un esame scritto, sulla discussione dei progetti sviluppati durante il corso, ed un esame orale.
L’esame scritto tipicamente consiste di tre domande da rispondere in tre ore. Una lista degli esami scritti degli anni precedenti è distribuita agli studenti come materiali del corso.
Le domande riguardano problemi di progettazione o verifica relativi alle operazioni unitarie introdotte durante il corso. Per superare l’esame scritto, lo studente deve dimostrare di essere capace di analizzare i problemi, scrivere le equazioni di bilancio di materia ed energia corrispondenti, e le equazioni di trasporto, le appropriate equazioni di progettazione, e condurre correttamente i calcoli numerici associati.
La discussione del progetto tipicamente dura 20 min. Essa è focalizzata sulla verifica della corretta implementazione delle equazioni di risoluzione nei fogli di calcolo, e sulla verifica della progettazione di un impianto di refrigerazione.
L’esame orale, che dura circa 30 min, può essere sostenuto solo dopo che l’esame scritto è stato superato. Esso riguarda obbligatoriamente i cicli di refrigerazione. Eventualmente, lo studente, che non è soddisfatto dal risultato dell’esame scritto, può chiedere che l’esame orale verta anche sulle parti 1-8 del programma del corso.
La condizione essenziale per superare l’esame scritto è la corretta formulazione dei bilanci di materia ed energia e delle equazioni di progettazione di almeno due problemi tra i tre proposti.
Lo studente raggiunge un livello di eccellenza se dimostra di essere capace di gestire problemi (inclusi problemi diversi da quelli presentati in classe) operando le corrette semplificazioni e raggiungendo la completa soluzioni di tutte le parti del problema, includendo i calcoli numerici.
La valutazione dell’esame orale è basata sul grado di padronanza dei contenuti e degli strumenti metodologici degli argomenti del corso, tenendo in conto la qualità dell’esposizione e l’autonomia di giudizio dimostrata.
L’esame scritto, valutato con un voto su una scala tra 1 e 30, pesa 9/12 della base del voto finale. L’esame orale, valutato con un voto su una scala tra 1 e 30, pesa 3/12 della base del voto finale. Pertanto, la base del voto finale è calcolata come la media pesata tra i voti della parte scritta ed orale. A questa base si aggiunge un voto compreso tra 0 e 3, funzione della valutazione dei progetti sviluppati durante il corso.
Il voto di 30 e lode è dato agli studenti il cui voto finale è maggiore di 30.

	Testi
	Unit Operations of Chemical Engineering, 5th Ed, McCabe & Smith Unit Operations in Food Engineering - A. Ibarz, G. Barbosa-Canovas (CRC, 2003) Coulson and Richardson’s J. F. RICHARDSON, J. H. HARKER, J. R. BACKHURST. Coulson and Richardson’s CHEMICAL ENGINEERING, VOLUME 2, FIFTH EDITION. Particle Technology and Separation Processes ( Butterworth-Heinemann, 2002) Ian C Kemp. Pinch Analysis and Process Integration: A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy. Second edition (Elsevier, 2007) Karl Breidenbach, Uberto Stefanutti, Manuale del freddo, Tecniche Nuove G.F. Hundy, A.R. Trott, T.C. Welch, Refrigeration and Air Conditioning, 4th Edition, Butterworth Heinemann, Elsevier W.F. Stoecker, J.W. Lones, Refrigeration & Air Conditioning, McGraw-Hill Principles of Refrigeration, R.J. Dossat, T.J. Horan, Prentice Hall, 2001 Condizionamento dell'aria e refrigerazione, C. Pizzetti, CEA, 1980/2 The course slides are distributed through the internet page: http://www.facebook.com/refrigerationlab

Testi

Unit Operations of Chemical Engineering, 5th Ed, McCabe & Smith
Unit Operations in Food Engineering - A. Ibarz, G. Barbosa-Canovas (CRC, 2003)
Coulson and Richardson’s
J. F. RICHARDSON, J. H. HARKER, J. R. BACKHURST. Coulson and Richardson’s CHEMICAL ENGINEERING, VOLUME 2, FIFTH EDITION. Particle Technology and Separation Processes ( Butterworth-Heinemann, 2002)
Ian C Kemp. Pinch Analysis and Process Integration: A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy. Second edition (Elsevier, 2007)
Karl Breidenbach, Uberto Stefanutti, Manuale del freddo, Tecniche Nuove
G.F. Hundy, A.R. Trott, T.C. Welch, Refrigeration and Air Conditioning, 4th Edition, Butterworth Heinemann, Elsevier
W.F. Stoecker, J.W. Lones, Refrigeration & Air Conditioning, McGraw-Hill
Principles of Refrigeration, R.J. Dossat, T.J. Horan, Prentice Hall, 2001 Condizionamento dell'aria e refrigerazione, C. Pizzetti, CEA, 1980/2
The course slides are distributed through the internet page: http://www.facebook.com/refrigerationlab

	Altre Informazioni
	MODALITÀ DI FREQUENZA L’INSEGNAMENTO È EROGATO IN PRESENZA CON FREQUENZA OBBLIGATORIA. LINGUA DI INSEGNAMENTO INGLESE. SEDE E ORARIO IL CORSO È EROGATO PRESSO LA FACOLTÀ DI INGEGNERIA. SI CONSULTI IL SITO DI FACOLTÀ (HTTP://WWW.INGEGNERIA.UNISA.IT/) PER L’INDICAZIONE DELL’ORARIO E DELLE AULE.

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