Chimica industriale

Università degli Studi di Pisa
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  • Laurea
  • Pisa
Descrizione

L'ordinamento del Corso di Laurea Magistrale in Chimica Industriale (CI) è stato progettato per adeguare maggiormente l'offerta didattica alle rinnovate esigenze della chimica industriale e delle tecnologie dei materiali moderni. Il corso si propone di fornire allo studente una solida formazione a livello avanzato nelle varie discipline della chimica industriale. Si privilegerà, in particolare, lo studio degli aspetti scientifici e tecnologici inerenti alle connessioni prodotto-processo e alle relazioni materiale-prestazione necessari a chi desideri nel mondo della ricerca e sviluppo e della produzione nei settori industriali più attuali e innovativi. Il laureato Magistrale in CI avrà acquisito un'approfondita preparazione ed operativa legata alla chimica e alla tecnologia dei processi industriali e alla produzione di composti e materiali, con speciale riferimento all'utilizzo delle risorse naturali e delle fonti rinnovabili nel rispetto dell'ambiente e per uno sviluppo sostenibile. Il Corso è articolato in due curricula un unico curriculum Industriale" e "Materiali". Nel primo percorso viene fornita una formazione prevalentemente nell'ambito dei prodotti, dei processi e degli impianti chimici, mentre il secondo percorso è maggiormente dedicato alla formazione nel settore dei materiali, delle tecnologie chimiche e delle loro applicazioni. L'attività didattica si basa su lezioni, esercitazioni ed esperienze di laboratorio, in modo da integrare teoria ed esperimenti, fornendo allo studente una preparazione approfondita e abituandolo al rigore scientifico applicato a problematiche chimiche industriali di attualità. La prova finale consiste in un esame orale, in cui lo studente espone e discute l'argomento della tesi scritta a seguito dell'attività svolta su un progetto di ricerca originale in un laboratorio di ricerca universitario, o presso...

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Pisa
Lungarno Antonio Pacinotti, 43 , 56122, Pisa, Italia
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Chimica industriale

Programma

  • Industriale
  • Materiali
Industriale
  • Biotecnologie Industriali (6 cfu)

    • L’insegnamento si propone di fornire allo studente un’approfondita conoscenza degli strumenti biotecnologici industriali di base quali i processi di fermentazione industriale e bioconversione, mettendo in risalto le potenzialità applicative dei microorganismi nei processi volti alla produzione industriale di metaboliti e biomassa. Il programma sarà incentrato sulle modalità operative di conduzione dei bioprocessi, sui modelli cinetici e sulle basi
      metaboliche della formazione dei prodotti. Saranno quindi descritti alcuni processi fermentativi industriali e le applicazioni in ambito ambientale, biomedico ed alimentare dei prodotti.
  • Materiali Inorganici (6 cfu)

    • Nel corso vengono prima introdotti alcuni metodi di indagine specifici per lo stato solido. Cristallografia e tecniche di diffrazione, fluorescenza X, microscopia ottica, microscopia elettronica a scansione e a trasmissione, microscopia a forza atomica. Viene poi presentata una rassegna dei metodi di produzione, delle relazioni tra struttura e proprietà e delle applicazioni di alcuni materiali inorganici sia di tipo tradizionale che di tipo avanzato che hanno raggiunto la soglia della produzione industriale. I materiali trattati riguardano boro, alluminio, carbonio e silicio; conduttori, semiconduttori e giunzioni p-n; quarzo, silice, colloidi e sol, vetri; mullite; argille, cementi e materiali ceramici; ghisa e acciai. Ogni anno un esperto proveniente dal mondo industriale sostituirà il docente ufficiale nel presentare un argomento monografico tra quelli elencati sopra.
  • Chimica Macromolecolare Industriale (6 cfu)

    • L’attività formativa intende fornire un’ampia visione dell’industria dei polimeri attuale con l’obiettivo principale di far apprendere i fondamenti chimici alla base della progettazione, della preparazione e dell’applicazione su larga industriale dei polimeri.
      Il corso richiamerà i principi generali della chimica industriale dei polimeri, soprattutto quelli di sintesi, ma anche quelli di origine naturale. Fornirà poi conoscenze più approfondite sulla progettazione molecolare, la sintesi e la caratterizzazione dei polimeri industriali a partire sia dai prodotti della petrolchimica che della chimica fine, che da fonti rinnovabili. Affronterà alcuni aspetti chimici catalitici e meccanicistici della preparazione e del ciclo di vita dei polimeri industriali; di questi esaminerà le principali proprietà chimico-fisiche, in vista dei possibili impieghi.
      Lo studente apprenderà i criteri di scelta dei prodotti e dei processi più moderni e vantaggiosi e conoscerà le problematiche connesse con la produzione su scala industriale e il suo impatto socio-economico e ambientale. Saprà inoltre definire correlazioni struttura-reattività e struttura-proprietà dei polimeri industriali in riferimento alle loro prestazioni in particolari settori applicativi.
  • Chimica Industriale e Laboratorio II (9 cfu)

    • Il corso prenderà in esame il processo chimico industriale nella sua totalità discutendo, sulla base di esemplificazioni basate sui processi correnti, in particolare nel settore delle commodities organiche, i criteri di scelta che portano all’adozione delle soluzioni attuali e le prospettive innovative. I principali aspetti del processo (resa nel prodotto, sicurezza, bilancio energetico, impatto ambientale ed economico) saranno discussi nell’ottica dell’ottimizzazione dei parametri di processo. Verranno inoltre esaminate, anche con esercitazioni pratiche e di laboratorio, la messa a punto e la gestione di processi innovativi, sia in chimica industriale di base che in chimica fine (metodologie di passaggio di scala, valutazione del rischio, sicurezza ed impatto ambientale, proprietà intellettuale, analisi economica).
  • Polimeri di Interesse Industriale e Laboratorio (9 cfu)

    • Il corso si propone di fornire conoscenze avanzate sulle maggiori classi strutturali di polimeri di interesse industriale, soprattutto i cosiddetti commodities. L’attenzione sarà rivolta allo studio dei metodi di preparazione industriale dei polimeri a partire dai loro precursori della petrolchimica, dei processi e degli impianti di produzione e processazione, delle loro proprietà chimico-fisiche finali e delle loro applicazioni pratiche su mercati di larga scala.
      Lo studente apprenderà i criteri di scelta dei prodotti e dei processi più moderni e vantaggiosi e dei problemi connessi con la loro produzione industriale e il suo impatto socio-economico e ambientale. Sarà in grado di definire correlazioni tra la struttura chimica e le proprietà fisico-meccaniche e le prestazioni pratiche dei polimeri principali.
      Le attività pratiche di laboratorio saranno incentrate sulla realizzazione su piccola scala di analoghi processi di polimeri di interesse industriale, comprese differenti architetture macromolecolari, della loro caratterizzazione e della valutazione di alcune delle loro proprietà di massa e di superficie.
  • Processi e Impianti Industriali Chimici II (9 cfu)

    • Il corso ha lo scopo di presentare le problematiche relative alla progettazione degli impianti chimici, ovvero al passaggio dalle operazioni alle apparecchiature di taglia industriale. Il contenuto del corso riguarda gli aspetti di base, le tecniche di dimensionamento e i criteri di scelta relativi ad alcune operazioni unitarie di primaria importanza, come sintetizzato di seguito. Moto dei fluidi nelle tubazioni: coefficienti di attrito e perdite di carico; potenza delle macchine operatrici per liquidi e aeriformi; tubazioni e contenitori, scarichi di emergenza. Scambio di calore: meccanismi di trasmissione del calore, tipi di scambiatori e tecniche di dimensionamento; aspetti costruttivi relativi a condensatori, evaporatori e scambiatori di tipo particolare; tecniche di recupero energetico; fluidi ausiliari. Operazioni miscellanee: separazioni di sistemi eterogenei, trasporto solidi, cristallizzazione, essiccamento. Verranno utilizzati programmi di calcolo per il calcolo di progetto delle apparecchiature e per la rappresentazione grafica di schemi di impianto, con cenni alle problematiche di misura e automazione dei processi chimici.
  • Esame a libera scelta I (6 cfu)

    • La ripartizione dei crediti a scelta dello studente su due esami viene suggerita per un migliore bilanciamento dei CFU sulle due annualità. I piani di studio in cui i crediti a scelta dello studente vengono acquisiti attraverso le attività specifiche indicate nei due gruppi di attività consigliate, saranno approvati automaticamente. Potranno essere presentati piani di studio che prevedono ripartizioni diverse dei CFU a scelta, tra cui una sola attività da 9 CFU.
      I corsi del gruppo "Attività consigliate per la libera scelta: gruppo 1" sono consigliati a partire dal primo anno.
  • Chimica Fine per l'Industria (6 cfu)

    • L’obiettivo del corso è quello di illustrare gli aspetti fondamentali della sintesi di composti otticamente attivi nell’ambito della produzione di “fine chemicals”, ovvero di sostanze pure prodotte in quantità limitate per applicazioni altamente specializzate quali farmaci e loro intermedi, fragranze, essenze, etc. Particolare enfasi sarà data alla catalisi enantioselettiva mediante uso di catalizzatori sintetici ed enzimatici. Saranno presi in esame anche altri approcci come la separazione di enantiomeri e la sintesi dal “chiral pool”. Verranno presentati alcuni esempi di applicazione delle varie metodologie su scala industriale con particolare riferimento alla sintesi di farmaci.
  • Chimica per lo Sviluppo Sostenibile (9 cfu)

    • Il corso si propone di fornire una panoramica approfondita sulle problematiche relative al consumo delle risorse ed alla contaminazione ambientale nel ciclo produttivo e di “vita utile” di prodotti chimici e materiali, e di presentare alcuni dei principali approcci per una chimica sostenibile, soprattutto a partire da risorse rinnovabili.
      Il programma comprende una serie di argomenti raggruppabili in 4 macrotematiche:
      1) Chimica verde, metriche chimiche e indicatori di impatto: la progettazione e quantificazione di nuove vie sintetiche, sistemi solvente, metodi e tecnologie per l’attivazione di reazioni chimiche e l’intensificazione di processo, finalizzati ad una maggiore sostenibilità ambientale, e socio-economica.
      2) Fonti energetiche e tecnologie per la produzione, la conversione e l’immagazzinamento dell’energia. La “oil economy” e le nuove tecnologie per la produzione di energia da fonti rinnovabili.
      3) Ciclo di vita dei materiali: metodologia LCA per la valutazione quantitativa della sostenibilità; gestione del fine vita e delle opzioni tecnologiche per la riduzione degli scarti (trattamento dei rifiiuti solidi, riciclo delle materie plastiche, recupero energetico).
      4) Verso una nuova “Green economy”. Biomasse come fonti di energia rinnovabile e materie prime di bioraffineria per la produzione di carburanti, bioplastiche e per una nuova chimica di base e degli intermedi.

      Verranno illustrati, anche con esempi specifici, i criteri per la riprogettazione o realizzazione ex-novo sia di processi chimici che di materiali basati su risorse rinnovabili e/o su tecnologie in grado di influire sul miglioramento di prestazioni, rese e impatti ambientali. L'approccio olistico alle problematiche industriali verrà associato ai concetti ed alle procedure LCA (Life Cycle Assessment). Le tecnologie, i materiali ed i dispositivi per la generazione, l’immagazzinamento e la conversione di energia da fonti rinnovabili saranno presentati e discussi alla luce delle più recenti innovazioni. Allo stesso modo gli sviluppi più recenti verso un nuovo sistema integrato di bioraffineria saranno presentati e discussi col supporto di casi di studio specifici.
      Infine verranno presentate alcune delle principali caratteristiche chimiche e fisiche dei sistemi colloidali, delle interfacce e delle membrane. Ne sarà discussa la rilevanza con esempi riguardanti processi intensificati e nuovi materiali nano- o microeterogenei (miscele da polimeri di riciclo, bioibridi, nanocompositi).
  • Laboratorio di Preparazioni Chimiche Industriali (9 cfu)

    • Lo scopo del corso è quello di fornire allo studente gli elementi iniziali principali per lo svolgimento sperimentale di un progetto di ricerca innovativa di chimica industriale. Saranno presi in considerazione temi di interesse attuale e originale nei vari ambiti disciplinari, con particolare riferimento a quelli della chimica dei processi industriali catalitici, della chimica macromolecolare, dei materiali per applicazioni speciali, delle sintesi industriali da fonti rinnovabili e biotecnologiche.
      Lo studente imparerà ad impostare autonomamente un progetto di ricerca su un argomento complesso e ben definito, a lavorare in sicurezza, a raccogliere con criterio e rigore i risultati sperimentali, a stabilire correlazioni e stendere un elaborato finale sul lavoro svolto nelle esercitazioni di laboratorio.
      The objective of the course is to provide the student with the principal initial concepts to carry out an innovative research project in the realm of industrial chemistry. Topics of current and novel interest will be dealt with, with particular attention being devoted to the chemistry of industrial catalytic processes, macromolecular chemistry, materials for advanced applications, industrial syntheses from renewable resources and biotechnology.
      The student will learn how to structure on his/her own initiative a research project on a well defined, complex subject, to work in security, to gather experimental results using criticism and rigorous criteria, to establish correlations and write a final report on the work performed during the experiments in the practical lab.
  • Esame a libera scelta II (3 cfu)

    • La ripartizione dei crediti a scelta dello studente su due esami viene suggerita per un migliore bilanciamento dei CFU sulle due annualità. I piani di studio in cui i crediti a scelta dello studente vengono acquisiti attraverso le attività specifiche indicate nei due gruppi di attività consigliate, saranno approvati automaticamente. Potranno essere presentati piani di studio che prevedono ripartizioni diverse dei CFU a scelta, tra cui una sola attività da 9 CFU.
      I corsi del gruppo "Attività consigliate per la libera scelta: gruppo 2" sono consigliati a partire dal secondo anno.
  • Tesi e Prova finale (42 cfu)

    • La prova finale consiste in un esame orale di fronte alla commissione di laurea in cui lo studente espone e discute l'argomento della tesi elaborata e scritta sotto la guida di un relatore a seguito dell'attività svolta in un laboratorio di ricerca universitario o di aziende e strutture pubbliche o private.
      Esprime la valutazione globale del curriculum dello studente e della preparazione e maturità scientifica da lui raggiunta al termine del corso di studio.

  • Materiali
  • Materiali Inorganici (6 cfu)

    • Nel corso vengono prima introdotti alcuni metodi di indagine specifici per lo stato solido. Cristallografia e tecniche di diffrazione, fluorescenza X, microscopia ottica, microscopia elettronica a scansione e a trasmissione, microscopia a forza atomica. Viene poi presentata una rassegna dei metodi di produzione, delle relazioni tra struttura e proprietà e delle applicazioni di alcuni materiali inorganici sia di tipo tradizionale che di tipo avanzato che hanno raggiunto la soglia della produzione industriale. I materiali trattati riguardano boro, alluminio, carbonio e silicio; conduttori, semiconduttori e giunzioni p-n; quarzo, silice, colloidi e sol, vetri; mullite; argille, cementi e materiali ceramici; ghisa e acciai. Ogni anno un esperto proveniente dal mondo industriale sostituirà il docente ufficiale nel presentare un argomento monografico tra quelli elencati sopra.
  • Chimica Macromolecolare Industriale (6 cfu)

    • L’attività formativa intende fornire un’ampia visione dell’industria dei polimeri attuale con l’obiettivo principale di far apprendere i fondamenti chimici alla base della progettazione, della preparazione e dell’applicazione su larga industriale dei polimeri.
      Il corso richiamerà i principi generali della chimica industriale dei polimeri, soprattutto quelli di sintesi, ma anche quelli di origine naturale. Fornirà poi conoscenze più approfondite sulla progettazione molecolare, la sintesi e la caratterizzazione dei polimeri industriali a partire sia dai prodotti della petrolchimica che della chimica fine, che da fonti rinnovabili. Affronterà alcuni aspetti chimici catalitici e meccanicistici della preparazione e del ciclo di vita dei polimeri industriali; di questi esaminerà le principali proprietà chimico-fisiche, in vista dei possibili impieghi.
      Lo studente apprenderà i criteri di scelta dei prodotti e dei processi più moderni e vantaggiosi e conoscerà le problematiche connesse con la produzione su scala industriale e il suo impatto socio-economico e ambientale. Saprà inoltre definire correlazioni struttura-reattività e struttura-proprietà dei polimeri industriali in riferimento alle loro prestazioni in particolari settori applicativi.
  • Chimica Fine per l'Industria (6 cfu)

    • L’obiettivo del corso è quello di illustrare gli aspetti fondamentali della sintesi di composti otticamente attivi nell’ambito della produzione di “fine chemicals”, ovvero di sostanze pure prodotte in quantità limitate per applicazioni altamente specializzate quali farmaci e loro intermedi, fragranze, essenze, etc. Particolare enfasi sarà data alla catalisi enantioselettiva mediante uso di catalizzatori sintetici ed enzimatici. Saranno presi in esame anche altri approcci come la separazione di enantiomeri e la sintesi dal “chiral pool”. Verranno presentati alcuni esempi di applicazione delle varie metodologie su scala industriale con particolare riferimento alla sintesi di farmaci.
  • Esame a libera scelta I (6 cfu)

    • La ripartizione dei crediti a scelta dello studente su due esami viene suggerita per un migliore bilanciamento dei CFU sulle due annualità. I piani di studio in cui i crediti a scelta dello studente vengono acquisiti attraverso le attività specifiche indicate nei due gruppi di attività consigliate, saranno approvati automaticamente. Potranno essere presentati piani di studio che prevedono ripartizioni diverse dei CFU a scelta, tra cui una sola attività da 9 CFU.
      I corsi del gruppo "Attività consigliate per la libera scelta: gruppo 1" sono consigliati a partire dal primo anno.
  • Chimica Industriale e Laboratorio II (9 cfu)

    • Il corso prenderà in esame il processo chimico industriale nella sua totalità discutendo, sulla base di esemplificazioni basate sui processi correnti, in particolare nel settore delle commodities organiche, i criteri di scelta che portano all’adozione delle soluzioni attuali e le prospettive innovative. I principali aspetti del processo (resa nel prodotto, sicurezza, bilancio energetico, impatto ambientale ed economico) saranno discussi nell’ottica dell’ottimizzazione dei parametri di processo. Verranno inoltre esaminate, anche con esercitazioni pratiche e di laboratorio, la messa a punto e la gestione di processi innovativi, sia in chimica industriale di base che in chimica fine (metodologie di passaggio di scala, valutazione del rischio, sicurezza ed impatto ambientale, proprietà intellettuale, analisi economica).
  • Materiali per Usi Speciali (9 cfu)

    • Misurazione delle proprietà meccaniche e tecnologie di lavorazione dei materiali polimerici. Principali materiali polimerici di interesse industriale ed interpretazione molecolare delle loro proprietà reologiche. Principali tipi di materiali polimerici per usi speciali. Materiali polimerici biodegradabili, meccanismi e test di biodegradazione, applicazioni ambientali. Usi di materiali polimerici in campo biomedico, farmaceutico e nell’ingegneria tissutale. Sistemi prostetici e sistemi terapeutici. Protesi di più largo impiego in campo cardiovascolare ed ortopedico. Membrane, polimeri barriera, lenti a contatto. Principali classi di materiali fotoattivi e fotomodulazione delle loro proprietà.
  • Chimica dei Nanomateriali (6 cfu)

    • Il corso si propone di introdurre gli studenti nel campo della chimica dei nanomateriali fornendo le conoscenze di base sui metodi di fabbricazione dei differenti materiali nanostrutturati e sulle loro principali proprietà. Verranno illustrati esempi applicativi con particolare attenzione ai nanocompositi polimerici. Lo studente sarà in grado di definire le correlazioni tra la struttura chimica dei nanomateriali e le proprieta' chimico-fisico-meccaniche e le prestazioni pratiche dei polimeri investigati.
      In particolare il corso dopo un’introduzione alle nanoscienze e nanotecnologie mediante opportuni esempi, definizioni e percorso storico, sarà dedicato alla descrizione dei materiali nanostrutturati 0D, 1D, 2D e 3D focalizzando...

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