Ingegneria Chimica @ CHIMIND

L’attività di ricerca del gruppo di Chemical Engineering@CHIMIND del Dipartimento di Chimica Industriale “Toso Montanari” dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna è dedicata allo studio e all’analisi dei fenomeni di trasporto e delle interazioni multifase in sistemi di interesse per l’industria chimica, biochimica e di formulazione. Questa conoscenza, maturata a diverse scale, dalla molecolare a quella di apparecchiatura, e attraverso strumenti sperimentali e numerici avanzati, è messa a frutto per innovare e ottimizzare tecnologie e processi, sia tradizionali che emergenti. Le attività del gruppo integrano in modo sinergico ricerca sperimentale avanzata e modellazione a più livelli.

Il gruppo di ricerca è stato avviato dal Prof. Franco Magelli all’inizio degli anni ‘80, con l’obiettivo di rafforzare la connessione tra la ricerca di laboratorio e i percorsi formativi della Facoltà di Chimica Industriale e le ricadute industriali.

L’indagine sperimentale utilizza tecniche ottiche e tomografiche non intrusive, come Particle Image Velocimetry (PIV) in configurazione planare e stereoscopica e Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF) per l’analisi dei tempi di mescolamento e dei fenomeni di trasporto, oltre a Electrical Resistance Tomography (ERT) per lo studio di sistemi opachi e densi. A queste si affiancano misure di potenza, la caratterizzazione della distribuzione dimensionale di bolle, gocce e particelle solide tramite strumenti ottici (ad esempio Malvern Spraytec) e tecniche di Passive Acoustic Emission, impiegate per il monitoraggio in-line, l’identificazione rapida di regimi multifase e la valutazione di proprietà reologiche. Le applicazioni abbracciano un ampio spettro di apparecchiature, tra cui reattori agitati meccanicamente, miscelatori statici, colonne a letto fluido, moduli a membrana per separazioni gassose, separatori inerziali, bioreattori modello e sistemi per applicazioni farmaceutiche e biomedicali. Negli ultimi anni, il gruppo ha inoltre rafforzato l’utilizzo di sensing fusion – ovvero l’acquisizione e l’elaborazione integrata di segnali sperimentali multipli – e di tecniche di Intelligenza Artificiale per il monitoraggio avanzato e il controllo dei processi.

La componente modellistica comprende la definizione di approcci computazionali a parametri concentrati e distribuiti, finalizzati a rappresentare i processi su scale diverse. L’analisi fluidodinamica di apparecchiature è condotta mediante codici di Computational Fluid Dynamics (CFD), sia commerciali (ANSYS Fluent) sia open source (OpenFOAM), ed è mirata alla simulazione di sistemi multifase che operano in regimi dal laminare al turbolento, con attenzione sia agli aspetti numerici sia allo sviluppo e alla validazione di modelli fisici. Le attività includono la verifica e l’eventuale raffinamento di modelli di mesoscala, nonché la costruzione di modelli ridotti destinati all’ottimizzazione e al controllo dei processi. Tecniche specifiche di analisi e modellazione, come analisi in frequenza e Population Balance Modelling, vengono applicate sia a dataset numerici sia a dati sperimentali. A queste competenze si affiancano approcci di modellazione molecolare e matematica avanzata, che comprendono la dinamica molecolare, il calcolo dell’interfacial free energy, l’impiego di machine learning e di algoritmi evolutivi per rappresentare in modo semplificato processi complessi. L’integrazione di tali metodologie consente di descrivere e comprendere in profondità i fenomeni fondamentali che governano i sistemi multifase, fornendo basi teoriche solide per la progettazione e lo scale-up industriale.

Il gruppo vanta una consolidata esperienza di ricerca applicata e collabora con numerose realtà industriali, dalle multinazionali alle start-up, oltre che con istituzioni accademiche nazionali e internazionali, come testimoniato dalle pubblicazioni e dai progetti sviluppati negli anni.

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

Federico Alberini

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

Nicodemo Di Pasquale

Sviluppo di modelli multi-scala (micro scala – macro scala) per simulazioni di processi chimici.

Francesco Maluta

Simulazione numerica di apparecchiature e processi tramite codici di calcolo commerciali e Open Source.

Alessandro Paglianti

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

Collaborazioni nazionali e internazionali

Università di Napoli Federico II - Dipartimento di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale – Prof. Gaetano D’Avino, Prof. Nino Grizzuti, Prof.ssa Rossana Pasquino

Università di Udine, Italia – Dipartimento di Ingegneria e Architettura – Prof. Cristian Marchioli

Politecnico di Torino, Italia - Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia – Prof. Daniele Marchisio, Prof. Antonio Buffo, Prof. Gianluca Boccardo, Prof. Marco Vanni

INSA Toulouse, Toulouse, France – Toulouse Biotechnology Institute – Prof. 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.

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

The University of Manchester, Manchester, UK - School of Chemistry, Paola Carbone

The University of Leicester, UK, School of Computing and Mathematical Sciences - Ruslan Davidchack, Leicester