Impianti Chimici

L’attività di ricerca del gruppo di Impianti Chimici, PRocess Intensification in Multiphase Equipment (PRIME), è incentrata sullo sviluppo di apparecchiature innovative e sull’ottimizzazione di apparecchiature tradizionali per l’intensificazione di processo nell’industria chimica, biochimica e di formulazione in generale (ad esempio, ma non escludendo altre, alimentare, Fast Moving Consumer Goods (FMCG), farmaceutica). L’attività è articolata in una linea di ricerca sperimentale ed una modellistica. La ricerca sperimentale è condotta con l’impiego di tecniche non intrusive di diagnostica ottica, tomografica e altre tecnologie sensoristiche (Passive Acoustic Emission), mentre l’attività di modellazione è sviluppata nell’ambito della Fluidodinamica Numerica (Computational Fluid Dynamics, CFD).

Esempi di studi effettuati con le suddette metodologie riguardano: reattori agitati meccanicamente, miscelatori statici, colonne a letto fluido, moduli a membrana per la purificazione di correnti gassose, separatori inerziali per applicazioni Oil&Gas, digestori anaerobici modello, bioreattori modello per la produzione di bio-H2, fermentatori aerobici modello, inalatori di farmaci, moduli per dialisi, filtripresse.

L’indagine fluidodinamica degli apparati è effettuata tramite sistemi di misura basati sulla tecnica “Particle Image Velocimetry” (PIV), i quali possono essere applicati allo studio di sistemi multifase e turbolenti, in configurazione planare e stereoscopica. Attraverso la tecnica “Planar Laser Induced Fluorescence” (PLIF) sono inoltre studiate le prestazioni dinamiche degli apparati, i tempi caratteristici del mescolamento e i fenomeni di trasferimento di materia. L’indagine sperimentale di sistemi multifase densi e opachi viene effettuata tramite la tecnica tomografica a resistenza elettrica (Electrical Resistance Tomography, ERT), che consente, tra l’altro, di valutare la distribuzione di concentrazione delle fasi all’interno delle apparecchiature. La caratterizzazione della distribuzione dimensionale di gocce e particelle solide, di dimensioni microniche e submicroniche, è effettuata tramite Malvern Spraytech.

Per il monitoraggio e per la caratterizzazione di apparecchiature operanti con miscele multifase, per esempio per l’identificazione di regimi multifase, può essere impiegata la tecnologia basata sulla sensoristica di Passive Acoustic. Questa tecnica permette di fornire informazioni anche nel transitorio cioè in tempi di scala molto bassa. Recentemente questa tecnologia è stata commercializzata per ottenere la caratterizzazione reologica (In-line) di un fluido di processo.

Il gruppo di ricerca, inoltre, ha competenze sulla caratterizzazione reologica di fluidi ed è interessato a problematiche che riguardano il miscelamento di fluidi non-Newtoniani, sia attraverso metodologie batch (stirred tanks) che in continuo (static mixers).

L’attività modellistica è sviluppata con l’impiego di codici di calcolo CFD ai volumi finiti sia commerciali (Ansys Fluent) che open source (OpenFOAM) ed è mirata allo sviluppo di approcci computazionali interamente predittivi. I modelli e i metodi computazionali sono sottoposti a verifiche rigorose per confronto con i dati sperimentali. Obiettivo finale è contribuire a sviluppare metodi avanzati di modellazione per la realizzazione di apparati innovativi, il passaggio di scala e l’ottimizzazione di apparecchiature per nuovi processi.

Più di recente, l’attività di ricerca si sta orientando verso l’utilizzo dei risultati sperimentali, ottenuti con le varie tecniche di diagnostica già citate e anche attraverso tecniche di sensing fusion (più di una misurazione allo stesso tempo) e approcci computazionali,  per sviluppare modelli ridotti per ottimizzazione di processo o sviluppare algoritmi per un controllo di processo basato su tecniche di Intelligenza Artificiale (AI).

Su specifici temi di ricerca sono attivate collaborazioni con Colleghi di varie Istituzioni nazionali ed internazionali, come è possibile evincere dagli articoli in collaborazione pubblicati nel corso degli anni.

Il Gruppo PRIME ha una consolidata esperienza nell’ambito della ricerca applicata, quindi ha sviluppato negli anni esperienze di collaborazione con varie realtà industriali, spaziando da aziende multinazionali fino a start-up. 

Settori ERC

PE8_2 Chemical engineering, technical chemistry

PE8_4 Computational engineering

PE8_5 Fluid mechanics, hydraulic-, turbo-, and piston engines

PE8_12 Sustainable design (for recycling, for environment, eco-design)

Responsabile scientifico

Giuseppina Montante

Sviluppo di tecniche di modellazione avanzata per apparecchiature e processi innovativi con metodi CFD.

Membri del gruppo

Francesco Maluta

Sviluppo di approcci multi-scala per la simulazione numerica di apparecchiature e processi nell’ambito  di codici di calcolo commerciali e Open Source

Federico Alberini

Sviluppo di tecniche sperimentali (PIV, ERT, passive acoustic, tecniche ottiche), tecniche di Machine Learning, sensoristica per monitoraggio di processo

Alessandro Paglianti

Sviluppo tecniche sperimentali (PIV, ERT, tecniche ottiche) e apparecchiature innovative per l’intensificazione di processo 

Collaborazioni nazionali e internazionali

INSA Toulouse, Toulouse, France – Toulouse Biotechnology Institute - Dr Jerome Morchain.

The University of Manchester, Manchester, UK - School of Chemical Engineering & Analytical Science- Dr Claudio Pereira da Fonte.

The University of Birmingham, Birmingham, UK - School of Chemical Engineering, Prof. M.J. Simmons, Prof. A. Alexiadis,  Prof. A.W. Nienow.

University College London, London, UK- Department of Biochemical Engineering- Prof. Martina Micheletti.

University College London, London, UK- Department of mechanical Engineering Prof. A. Ducci

University of Chemistry and Technology, Prague, Czech Republic - Chemical Engineering - Dr. Ing. Tomáš Moucha.

Chongqing University, China - College of Chemistry & Chemical Engineering- Prof. Zuohua Liu

University of Saskatchewan, Saskatoon, Canada - College of Engineering – Prof. Suzanne Kresta

University of Alberta, Edmonton, Canada - Faculty of Engineering – Prof. Alexandra Komrakova

The University of Liverpool, Liverpool, UK - School of Engineering - Dr Davide Dapelo.

Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe ,Germany, Institute for Mechanical Process Engineering and Mechanics - PD.Dr Matthias Krause