Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[W002079] - CHEMICAL PROCESSES AND PLANTS FOR CIRCULAR BIOECONOMYCHEMICAL PROCESSES AND PLANTS FOR CIRCULAR BIOECONOMY
Francesco FATONE
Lingua di erogazione: INGLESELessons taught in: ENGLISH
Laurea Magistrale - [IM15] GREEN INDUSTRIAL ENGINEERING (Curriculum: SUSTAINABLE ENERGY TRANSITION) Master Degree (2 years) - [IM15] GREEN INDUSTRIAL ENGINEERING (Curriculum: SUSTAINABLE ENERGY TRANSITION)
Dipartimento: [040004] Dipartimento Ingegneria Industriale e Scienze MatematicheDepartment: [040004] Dipartimento Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche
Anno di corsoDegree programme year : 2 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2023-2024
Anno regolamentoAnno regolamento: 2022-2023
Obbligatorio
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: B - Caratterizzante
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-IND/25 - IMPIANTI CHIMICI

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

Inglese

Enghish


PREREQUISITI PREREQUISITES

FONDAMENTI DI IDRAULICA E COSTRUZIONI IDRAULICHE, FONDAMENTI DI CHIMICA E BIOCHIMICA APPLICATA, BILANCI DI MATERIA ED ENERGIA

FUNDAMENTALS OF HYDRAULICS AND HYDRAULIC CONSTRUCTIONS, FUNDAMENTALS OF APPLIED CHEMISTRY AND BIOCHEMISTRY, FUNDAMENTALS OF OPERATION UNITS, ENERGY AND MASS BALANCES


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

Il corso consiste in 48 ore di lezione così suddivise:
• 40 lezioni di teoria
• 4 di esercitazione di calcolo
• 4 ore di laboratorio

The 48-hours includes:
• 40 hrs of classroom lecture about theoretical knowledge
• 4 hrs of calculation exercises about basic process design and operation
• 4 hours of laboratory


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
Conoscenze e comprensione.

Il corso fornisce i fondamenti per la progettazione, gestione ed analisi di processi ed impianti industriali chimici e biochimici per la produzione di vettori energetici da fonti rinnovabili, con particolare focus su produzione di biogas e biocarburanti, idrogeno verde e bioidrogeno. Gli stessi saranno inseriti nello scenario delle bioraffinerie urbane ed industriali, e nel contesto di economia e bioeconomia circolare.
Dopo una panoramica sui quadri legislativo e regolatorio, il Corso fornisce una conoscenza di base per la caratterizzazione funzionale dei substrati utilizzate nelle bioraffinerie.
Saranno presentati, anche tramite esperienze di calcolo ed in laboratorio, fondamenti di processi ed impianti chimici sia per il trattamento che per il downstream, fino agli impianti per la gestione delle emissioni inquinanti.
Infine, il corso fornirà le basi per l’analisi critica della sostenibilità, sulla base di casi studio, anche in riferimento ai principi DNSH.


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
• Eseguire la progettazione di massima di processi ed impianti chimici e biochimici per la produzione di bioenergie e biocarburanti
• Analizzare preliminarmente la funzionalità di bioraffinerie urbane ed industriali tramite bilanci di materia ed energia
• Analizzare quantitativamente e valutare la sostenibilità tecnica, economica ed ambientale di processi ed impianti chimici, considerando sia le sfide di economia circolare che di zero-pollution


Competenze trasversali.

Al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di analizzare scenari ed asset industriali e territoriali, relativamente alla sostenibilità tecnica, economica ed ambientale, di trattare chimicamente e/o bio-chimicamente risorse rinnovabili, specialmente bio-based, per la produzione di vettori energetici, nell’ottica di una riduzione netta dell’impronta ambientale.
Anche grazie alle esperienze di laboratorio, lo studente conoscerà metodi e tecniche funzionali per la analizzare il valore di materiale primario e di scarto al fine di processarlo in impianti chimici e biochimici, di cui conoscerà le basi sia tecnologiche che gestionali.
Alla fine del corso lo studente sarà dunque in grado di lavorare in team con altri ingegneri ed analisti per proporre soluzioni sostenibili, considerando performance tecniche ed impatti ambientali.


Knowledge and Understanding.

The course provides the fundamentals for the design, operation and critical analysis of chemical and biochemical industrial processes and plants to produce energy carriers from renewable sources, with particular focus on the production of biogas and biofuels, green hydrogen and biohydrogen. These will be included in the scenario of urban and industrial biorefineries, and in the context of the circular economy and bioeconomy.
After an overview of the legislative and regulatory frameworks, the course provides a basic knowledge for the functional characterization of substrates used in biorefineries.
The fundamentals of chemical processes and plants will therefore be presented, also through calculation and laboratory experiences. Processes and plants for the treatment of emissions will be schematically analyzed.
Finally, the course will provide the basics for the critical analysis of the sustainability, based on case studies, also with reference to DNSH principles.


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

At the end of the course the student will be able to:
• Carry out the basic design of chemical and biochemical processes and plants for the production of bioenergy and biofuels
• Basic analysis of the functionality of urban and industrial biorefineries through material and energy balances
• Basic quantitative analyses and evaluation of the technical, economic and environmental sustainability of chemical processes and plants, considering both the challenges of circular economy and zero-pollution


Transversal Skills.

At the end of the course the student will have developed the ability to analyze industrial and territorial scenarios and assets, related to technical, economic and environmental sustainability, to chemically and / or bio-chemically treat renewable resources, especially bio-based, for the production of vectors. Energy, with a view to a net reduction of the environmental footprint.
Further to laboratory experiences, the student will know methods and techniques for functional analyzes of primary and waste material that can be processed in chemical and biochemical plants, which will be known concerning the technical basics.
At the end of the course the student will therefore be able to work in a team with other engineers and analysts to propose sustainable solutions, considering technical performance and environmental impacts.



PROGRAMMA PROGRAM

1. Quadro delle bioraffinerie, bioeconomia ed economia circolare: politiche e normative UE e italiane; opportunità e barriere; bioeconomia circolare urbana e simbiosi industriale, Nesso Acqua-Energia-Cibo-Ecosistema;
2. Metodi e test per la caratterizzazione funzionale delle risorse bio-based (primarie, secondarie o di scarto) per la produzione di energia rinnovabile sostenibile;
3. Fondamenti di processi e impianti chimici e biochimici per la produzione di energia rinnovabile sostenibile (es. biogas da digestione anaerobica, biocarburanti da microalghe o da biomasse cellulosiche e lignocellulosiche, idrogeno verde per elettrolisi da fonti rinnovabili o da sistemi biochimici);
4. Processi downstream: filtrazione, centrifugazione, sedimentazione, flocculazione, distillazione e cromatografia;
5. Trattamento e gestione delle emissioni liquide, solide e gassose negli impianti di produzione di bioenergia
6. Casi studio di bioraffinerie urbane
7. Attività sperimentali nei laboratori didattici.

1. Framework of biorefineries, bioeconomy and circular economy: EU and Italian policy and legislation; opportunities and barriers; urban circular bioeconomy and industrial symbiosis, Water-Energy-Food-Ecosystem Nexus;
2. Methods and test for the functional characterization of bio-based resources (primary, secondary or waste) to produce sustainable renewable energy;
3. Chemical and biochemical processes and plants to produce sustainable renewable energy (e.g. biogas from anaerobic digestion, biofuels from microalgae or from cellulosic and lignocellulosic biomasses, green hydrogen by electrolysis from renewables or by biochemical systems);
4. Downstream processes and separation techniques: filtration, centrifugation, sedimentation, flocculation, distillation and chromatography;
5. Water, waste and emissions treatment and management in sustainable renewable energy production
6. Case studies of urban biorefineries;
7. Experimental activities in didactic laboratories.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION
Modalità di valutazione dell'apprendimento.

L'esame consiste in una prova orale dove potranno essere discussi esercizi di calcolo e casi studio


Criteri di valutazione dell'apprendimento.

Per ciascuna domanda verranno valutate: 1) la pertinenza della risposta con l'oggetto della domanda; 2) la completezza e l'esaustività della risposta in riferimento alla domanda; 3) la padronanza dei concetti e della terminologia ingegneristica; 4) la chiarezza espositiva


Criteri di misurazione dell'apprendimento.

Viene attribuito un voto in trentesimi, con eventuale lode.
Il voto minimo per il superamento dell’esame è 18/30.


Criteri di attribuzione del voto finale.

Ad ogni domanda posta verrà dato un voto in trentesimi. Il voto finale corrisponderà alla media dei voti nelle singole domande. La lode verrà attribuita agli studenti che, avendo conseguito la valutazione massima, abbiano dimostrato una particolare padronanza della materia.


Learning Evaluation Methods.

The exam consists of an oral test where calculation exercises and case studies could also be discussed


Learning Evaluation Criteria.

For each question, the following points will be assessed: 1) the relevance of the answer to the subject of the question; 2) the completeness and clarity of the answer with reference to the question; 3) the mastery of engineering concepts and terminology; 4) the clarity of presentation


Learning Measurement Criteria.

Score in a scale with 30 levels eventually with laude. The minimum vote to pass the examination is 18/30.


Final Mark Allocation Criteria.

For each question posed to the student, a score in the scale with 30 levels will be assigned. The final overall score will correspond to the average of the scores for each single question. The Laude will be assigned to the students that, having achieved the maximum score, will also demonstrate an outstanding knowledge in the discussed topics.



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

1) Dispense del docente con le slide del corso (https://learn.univpm.it/)
ALTRI TESTI
2) Handbook of Biofuels, Editor: Sanjay Sahay, ELSVIER
3) Solid Waste Technology & Management Edited by Thomas H. Christensen Blackwell Publishing
4) J.E. Bailey, D.F.Ollis, "Biochemical engineering fundamentals", Mc Graw Hill, 1986
5) Handbook of Biofuels Production
2nd Edition - Editors: Rafael Luque, Carol Lin, Karen Wilson, James Clark
6) Energia da biogas. Manuale per la progettazione, autorizzazione e gestione degli Impianti – Edizioni Ambiente

1) Print of the course slides provided by the professor (https://learn.univpm.it/);
OTHERS
2) Handbook of Biofuels, Editor: Sanjay Sahay, ELSVIER
3) Solid Waste Technology & Management Edited by Thomas H. Christensen Blackwell Publishing
4) J.E. Bailey, D.F.Ollis, "Biochemical engineering fundamentals", Mc Graw Hill, 1986
5) Handbook of Biofuels Production
2nd Edition - Editors: Rafael Luque, Carol Lin, Karen Wilson, James Clark
6) Energia da biogas. Manuale per la progettazione, autorizzazione e gestione degli Impianti – Edizioni Ambiente


Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2023-2024
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2023-2024

 


Università Politecnica delle Marche
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Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427