DINAMICA E CONTROLLO DEI REATTORI CHIMICI

DINAMICA E CONTROLLO DEI REATTORI CHIMICI

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iten
Codice
80384
ANNO ACCADEMICO
2021/2022
CFU
5 cfu al 2° anno di 10376 INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO (LM-22) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/24
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO )
periodo
2° Semestre
moduli
Questo insegnamento è un modulo di:
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Il corso fornisce strumenti e metodi per la definizione di modelli dinamici dei più comuni reattori chimici, la regolazione e controllo e l'analisi del comportamento degli stessi durante tutte le fasi di esercizio.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il modulo fornisce strumenti e metodi per la modellazione del comportamento e il controllo dei reattori chimici, con particolare riferimento alla conduzione in sicurezza e all'analisi delle fasi di start-up e shut-down. -Modelli dinamici deterministici, meccanicistici, stocastici, metodi per l'analisi dei dati di processo, gross errors detection e filtri, stima dei tempi di risposta delle apparecchiature di processo. - Stati stazionari, oscillazioni e dinamica non lineare delle reazioni e dei reattori chimici, runaway termico, controllo dei reattori chimici, controllo adattativo, start-up e shut-down, on-line fault diagnosis. (Analisi di una serie temporale di dati reali e identificazione comportamento anomalo). - Attività sperimentale su acquisizione, trasmissione dati di processo e regolazione di variabili su reattori a scala di laboratorio.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

CAPACITA' OPERATIVE:

La frequenza e la partecipazione attiva alle attività formative proposte (lezioni frontali, esercizi e esercitazioni numeriche) e lo studio individuale permetteranno allo studente di:

  • saper definire le condizioni operative di reattori chimici continui e discontinui e saper valutare le eventuali problematiche di avviamento ed esercizio;
  • saper analizzare dati di processo e/o provenienti da banche dati di esercizio ed estrarre informazioni utili alla identificazione di guasti o problematiche di gestione;
  • progettare campagne sperimentali a scala pilota o schemi di simulazione con differenti tipologie di modelli per lo studio delle condizioni dinamiche di reattori chimici;
  • progettare le fasi di avviamento (riempimento, svuotamento, riscaldamento) e spegnimento dei reattori chimici;
  • progettare e verificare (mediante simulazione) i principali schemi di regolazione e controllo sui reattori chimici.

 

Modalità didattiche

I contenuti teorici (30 ore) si alternano ad esercitazioni guidate (20 ore -  che comprendono lo svolgimento di un progetto in passi successivi  e un laboratorio di simulazione con sw dedicato) finalizzate a favorire l’apprendimento e la discussione su situazioni di progetto critiche e che necessitano l’analisi approfondita del comportamento dinamico dei reattori.

Le lezioni e le esercitazioni saranno svolte in modalità online mediante la piattaforma Teams, o in modalità di didattica mista. Le lezioni saranno registrate e rese disponibili.

Le competenze trasversali in termini di autonomia di giudizio verranno acquisite tramite l’elaborazione di un progetto da svolgere in gruppo con l’utilizzo di software commerciale;  le abilità comunicative verranno acquisite durante la preparazione della presentazione e l’esposizione del progetto e saranno valutate in sede di esame orale.

PROGRAMMA/CONTENUTO

I principali argomenti trattati nel corso sono i seguenti:

  • Modelli dinamici deterministici, black-box, meccanicistici, stocastici.
  • Rappresentazione state-space dei sistemi dinamici.
  • Stima dei tempi di risposta delle apparecchiature di processo.
  • Studio della stabilità, stati stazionari, oscillazioni e dinamica non lineare delle reazioni e dei reattori chimici.
  • Runaway termico, sensitività parametrica, regolazione e controllo dei reattori chimici, controllo adattativo, dinamica di start-up e shut-down, on-line fault diagnosis.
  •  Criteri di early warning.
  • Metodi per l'elaborazione dei dati di processo, gross errors detection e filtri.
  • Attività  di gruppo su elaborazione di dati di processo e simulazione dinamica di reattori controllati (Matlab, Simulink).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Dispense e diapositive fornite dal docente (contenenti bibliografia completa).

Kravaris C. e Kookos I. K., "Understanding Process Dynamics and Control", Cambridge University Press, 2021, ISBN 978-1-107-03558-4

Said S. E. H. el-Nashaie, Shadia S. el-Shishini, "Dynamic Modelling, Bifurcation and Chaotic Behaviour of Gas-Solid Catalytic Reactors", Gordon & Breach Publishers, 1996, ISBN 2-88449-078-7.

William L. Luyben, "Chemical Reactor Design and Control", John Wiley & Sons Ltd., 2007, ISBN: 978-0-470-09770-0.

Roffel B., Betlem B., "Process Dynamics and Control", Wiley, 2006, ISBN-10: 0-470-01663-9.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Su prenotazione tramite richiesta per email.

LEZIONI

Modalità didattiche

I contenuti teorici (30 ore) si alternano ad esercitazioni guidate (20 ore -  che comprendono lo svolgimento di un progetto in passi successivi  e un laboratorio di simulazione con sw dedicato) finalizzate a favorire l’apprendimento e la discussione su situazioni di progetto critiche e che necessitano l’analisi approfondita del comportamento dinamico dei reattori.

Le lezioni e le esercitazioni saranno svolte in modalità online mediante la piattaforma Teams, o in modalità di didattica mista. Le lezioni saranno registrate e rese disponibili.

Le competenze trasversali in termini di autonomia di giudizio verranno acquisite tramite l’elaborazione di un progetto da svolgere in gruppo con l’utilizzo di software commerciale;  le abilità comunicative verranno acquisite durante la preparazione della presentazione e l’esposizione del progetto e saranno valutate in sede di esame orale.

ORARI

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

ESAMI

Modalità d'esame

Esercitazione scritta (svolta in gruppo sulle attività di simulazione/analisi dati) ed esame orale (discussione esercitazione).

Modalità di accertamento

Esercitazione scritta (svolta in gruppo sulle attività di simulazione/analisi dati) su un problema reale a scala pilota o laboratorio: per valutare la capacità dello studente di progettare campagne sperimentali e realizzare schemi di simulazione.

Esame orale con domande su argomenti svolti durante le lezioni frontali per valutare le capacità dello studente di discriminare tra i differenti modelli dinamici, calcolare la stabilità di un reattore, scegliere le strategie di regolazione, progettare secondo criteri di sicurezza e sull' esercitazione scritta per valutare il contributo di ogni studente all'interno del lavoro in team e le capacità di applicazione della teoria a casi reali.