• Cosa:
– Trasporto di massa e di calore
con fluidi multifase e
multicomponenti.
• Perchè:
– Realizzazione di prodotti
industriali.
• Applicazione:
– Industria farmaceutica.
– Industria chimica.
– Industria alimentare.
– Altre.
La ricerca nell’ingegneria chimica:
Separatori e miscelatori
• Come:
– Attività di sperimentazione
(fluidodinamica multifase,
trasporto di materia)
– Sviluppo di modelli
utilizzabili in fase di
progettazione e
ottimizzazione.
La ricerca nell’ingegneria chimica:
flussi multifase
• Cosa:
– Apparecchiature per la
miscelazione rapida di reagenti.
• Perchè:
– Bassi costi di produzione.
– Portabilità.
– Elevata qualità del prodotto.
• Applicazione:
– Farmaceutica.
– Biologia molecolare.
– Microelettronica.
La ricerca nell’ingegneria chimica:
la micromiscelazione
• Come:
– Attività di sperimentazione
(fluidodinamica multifase,
trasporto di materia)
– Sviluppo di modelli
utilizzabili in fase di
progettazione e
ottimizzazione
La ricerca nell’ingegneria chimica:
la micromiscelazione
• Cosa:
– Apparecchiature ed impianti di processo, in
particolare: colonne, separatori, miscelatori,
reattori
• Perchè:
– Criteri per la progettazione ed
ottimizzazione di apparecchiature
– Intensificazione dei processi mediante
sviluppo e studio di apparati innovativi
La ricerca nell’ingegneria chimica:
le apparecchiature e gli impianti
• Come:
– Attività di sperimentazione (fluidodinamica
multifase, trasporto di materia)
– Sviluppo di modelli utilizzabili in fase di
progettazione e ottimizzazione
0 1 2 3 4 5 60.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
6.75
14.2
21.6
.
.
.
a
W l ( m /(h m ) )3 2
0 1 2 3 4 5 60.02
0.06
0.1
0.14
0.18
0.22
0.26
W l ( m /(h m ) )3 2
100
75
5025
125
b
Liq
uid
ho
ld-u
p
F factor ( m/s (kg/m ) )3 0.5
21.6
14.2
6.75
La ricerca nell’ingegneria chimica:
le apparecchiature e gli impianti
• Cosa:
– Impianti industriali semplici e complessi,
sistemi di generazione di energia, sistemi di
trasporto di fluidi (gasdotti, acquedotti, ecc.)
• Perché:
– Raggiungimento di condizioni operative più
vantaggiose
– Rispetto dei limiti di sicurezza, di qualità dei
prodotti e delle emissioni
La ricerca nell’ingegneria chimica:
analisi, ottimizzazione e controllo
• Come:
– Attività di modellazione e simulazione
di processo
– Sviluppo e convalida di algoritmi di
ottimizzazione e controllo
La ricerca nell’ingegneria chimica:
analisi, ottimizzazione e controllo
La ricerca nell’ingegneria chimica:Sistemi di Controllo degli Impianti
Struttura gerarchica
Ottimizzazione:
• Controllo di qualità
• Minimizzazione dei consumi
• Gestione dei transitori
Diagnostica:
• Rapida scoperta di anomalie
• Individuazione loops non funzionanti
• Programmazione manutenzione
Impianto
Controllo di base
Controllo Avanzato
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Time (h)
1
2
3
4
5
?-
In un impianto sono presenti centinaia di circuiti di controllo da
supervisionare. Valutazione prestazioni: Impegno oneroso …
?
Progettazione di un
Pacchetto software:
Monitoraggio delle prestazioni dei
regolatori e analisi delle anomalie
Suggerimento
di una
strategia
operativa che
faciliti il
compito
dell’operatore
Strategia
SUGGERITA
!!!
La ricerca nell’ingegneria chimica:
Monitoraggio delle Prestazioni
• Cosa:
– Protezione di apparecchiature di processo;
criteri di progettazione basati su sicurezza
intrinseca; metodologie innovative per
analisi del rischio; incidenti derivati da
attacchi esterni o eventi naturali catastrofici
• Perchè:
– Migliorare qualità e robustezza dei processi
produttivi
– Aumentare la sicurezza dei lavoratori, della
popolazione e dell’ambiente
La ricerca nell’ingegneria chimica:
analisi dei rischi e sicurezza
• Come:
– Attività di sperimentazione
(caratterizzazione dei sistemi di protezione
tramite prove al fuoco)
– Sviluppo di modelli per la valutazione delle
conseguenze e della resistenza delle
apparecchiature
– Diagrammi logici, modelli di attrattività e
vulnerabilità, implementazione nell’analisi di
rischio
La ricerca nell’ingegneria chimica:
analisi dei rischi e sicurezza
• Cosa:
– Celle a combustibile per produrre energia
elettrica da combustibili anche rinnovabili
come l’idrogeno
• Perché:
– Elevata efficienza energetica
– Riduzione della produzione di inquinanti
La ricerca nell’ingegneria chimica:
energia pulita dalle celle a combustibile
• Come:
– Modellazione 3D della microstruttura della
cella
– Simulazione multi-scala del comportamento
elettrochimico per ottimizzare la cella ed
aumentarne la potenza
La ricerca nell’ingegneria chimica:
energia pulita dalle celle a combustibile
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
Corrente [A/cm2]
Tensio
ne
[V
]
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Pote
nza
[W
/cm
2]
Portata idrogeno (Nl/min)
8
6
4
2
• Scopo:
– Separazione di specie chimiche miscelate in fasi fluide per
diffusione selettiva;
– Elettroliti solidi a membrana come conduttori ionici.
La ricerca nell’ingegneria chimica:
Membrane Permeo-Selettive
dx
dF
dx
ducJ H
HHH
3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.56
8
10
20
Fig. 3
R-4010
R-1010
Nafion
Cond
uctivity ∙ 1
02 / W
-1cm
-1
1000 ∙ T -1
/ K -1
)t(t c L
P
V
A(t)c 0A
B
B
• Applicazioni:
– Apparecchiature a membrana per la separazione industriale di
miscele multicomponenti in fase gassosa o liquida;
– Fuel Cells e altri sistemi elettrochimici per la generazione di energia.
La ricerca nell’ingegneria chimica:
Membrane Permeo-Selettive
• Cosa:Sistemi di generazione di
energia e di riscaldamento
industriale: combustione
senza fiamma
La ricerca nell’ingegneria chimica:
sistemi innovativi di combustione pulita
Lab-scale burners Industrial burners
Premixed
flameless
burnerSelf-recuperative FLOX® burner
(WS FLOX®)
CHP SOLO® Stirling burner (Stirling
Systems GmbH)
Jet outlet
Oxidant inlet
Ceramic shield
Perforated plate
Internal burner
Oxidant inlet
Cooling gas inlet
Cooling gas
outlet
Fuel inlet
JHC
(Sandia)
BURNER #1BURNER #2
BURNER #3
BURNER #4
Perchè:• Criteri per la progettazione ed ottimizzazione di componenti
industriali per migliorare l’efficienza energetica e ridurre la
generazione di inquinanti (ossidi di azoto)
• Utilizzo di combustibili puliti (idrogeno) e da fonti rinnovabili
(biogas, syngas)
• Come:
– Attività di sperimentazione (impianti
sperimentali di combustione con utilizzo di
idrogeno)
– Simulazione CFD (Fluidodinamica
Computazionale) con modelli cinetici delle
reazioni chimiche
La ricerca nell’ingegneria chimica:
sistemi innovativi di combustione pulita
La ricerca nell’ingegneria chimica:
Cattura e sequestro della CO2 (CCS)
• Cosa: Generazione di energia da combustibili fossili senza
emissioni di CO2
• Cosa: Generazione di
energia senza
emissioni di CO2:
combustione di
carbone con riciclo dei
fumi per la cattura della
CO2
La ricerca nell’ingegneria chimica:
cattura della CO2: ossi-combustione
Perchè:• Diminuzione delle emissioni di CO2 (Green House Gases,
prevenzione effetto serra)
• Produzione di energia da carbone ad emissioni zero (clean
coal)
• Come:
– Attività di sperimentazione
(impianti sperimentali su scale
pilota e semi industriale)
– Simulazione CFD di bruciatori e
caldaie (Fluidodinamica
Computazionale) con modelli
cinetici delle reazioni chimiche
La ricerca nell’ingegneria chimica:
cattura della CO2: ossi-combustione
Semi-industrial (3 MW) furnace
Pilot scale entrained flow reactor
• Cosa:
Sviluppo di sorbenti solidi di nuova generazione
La ricerca nell’ingegneria chimica:
cattura della CO2: post-combustione
• Perchè:Per la cattura post-combustione della CO2 da impianti di potenza
• Come:Attività di preparazione,caratterizzazione e validazione ad alta temperatura su scala di
laboratorio dei sorbenti solidi sviluppati
Li4SiO4 (s) + CO2 (g) ↔ Li2CO3 (s/l) + Li2SiO3 (s)
La ricerca nell’ingegneria chimica:
biocombustibili e bioenergie: gassificazione
• Cosa: la gassificazione è un processo termo-chimico che consente di
trasformare la BIOMASSA in un gas combustibile detto SYNGAS;
l’apparecchiatura dove ha luogo questa reazione è detta
GASSIFICATORE.
Perchè: dal SYNGAS è possibile ottenere una molteplicità di prodotti:
• elettricità e calore per il riscaldamento di abitazioni attraverso un motore
a combustione interna;
• idrogeno attraverso processi di purificazione e separazione;
• combustibili liquidi attraverso sintesi di Fischer e Tropsch.
La ricerca nell’ingegneria chimica:
biocombustibili e bioenergie: gassificazione
• Come:
– Attività di sperimentazione su impianti pilota
– Modellazione con simulatori di processo
La ricerca nell’ingegneria chimica:
biocombustibili e bioenergie
La bioraffineria del Centro Ricerca Interuniversitario sulle BioEnergie
Biodiesel
Combustione
Gassificazione
Fermentazione
L'obiettivo del centro di ricerca è quello di accoppiare gli aspetti agronomici,
ingegneristici e di processo per fornire un approccio globale all'analisi della produzione
di energia da biomasse
• Cosa:
Processi e tecnologie innovative nell’industria conciaria
scala di laboratorio
La ricerca nell’ingegneria chimica:
Sviluppo di processi innovativi
scala pilota
scala industriale
• Perchè:Per ridurre l’impatto ambientale del processo conciario
• Come:Attività sperimentali su scala pilota e industriale di processi innovativi a basso
impatto ambientale nell’ambito del processo conciario (depilazione ossidativa
processo inverso, concia con sali di titanio)
• Cosa:
Sviluppo di materiali compositi biodegradabili da
materiali rigenerabili
La ricerca nell’ingegneria chimica:
Sviluppo di materiali innovativi
• Perchè:Per ridurre l’uso delle materie plastiche non biodegradabili:
migliorare l’impatto ambientale di prodotti quali imballaggi,
shoppers, contenitori per uso industriale/agricolo
• Come:Attività di preparazione, caratterizzazione, prototipazione rapida e
validazione di manufatti realizzati con i materiali compositi
biodegradabili sviluppati
PROGETTO
ECOPOT
• Cosa:
– Apparecchiature ed impianti semi-
industriali per la lavorazione di materiali
polimerici (estrusori) ed ottenimento
granuli
• Perchè:
– Messa a punto di formulazione e
processo di estrusione di materiali
polimerici eco-innovativi (miscele e
compositi)
– Preparazione di campionature di tali
materiali per successive prove
industriali
La ricerca nell’ingegneria chimica:
sviluppo di processi di produzione di materiali
• Come:
– Determinazione delle proprietà termiche e meccaniche dei
materiali
La ricerca nell’ingegneria chimica:
sviluppo di processi di produzione di materiali
Un esempio di Ricerca
nel campo della Metallurgia
• Acciai Innovativi per Auto:
Obiettivo: - Ridurre le emissioni inquinanti e di gas serra delle auto
- Aumentare la sicurezza dei passeggeri
Modalità: Sviluppo di nuovi acciai più resistenti e con proprietà migliorate
Ottenimento di automobili più leggere, più resistenti e più sicure
Zona di assorbimento
urto:
Acciai capaci di
deformarsi
notevolmenteOgni acciaio è ottimizzato in funzione di
un’applicazione specifica
Zona indeformabile:
Acciai ad elevatissima
resistenza
Come: Ottimizzazione della COMPOSIZIONE CHIMICA e della MICROSTRUTTURA
MICROSTRUTTURA: tipologie, disposizione spaziale e dimensioni dei costituenti
microscopici del materiale
Dalla combinazione delle proprietà dei singoli costituenti si possono
progettare/prevedere le proprietà macroscopiche del componente finito
nanometro micrometro centimetro metro
Un esempio di Ricerca
nel campo della Metallurgia