B5716 - CHEMICAL REACTORS DESIGN AND BIOMEDICAL MATERIALS M

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso fornirà conoscenze sulla progettazione di reattori, nonchè sulle proprietà, sulle tecnologie e sulla selezione dei materiali.

Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

L’ allievo che accede a questo insegnamento conosce e sa utilizzare i bilanci di materia ed energia, la cinetica chimica e le nozioni principali di termodinamica dell'ingegneria chimica. Tali conoscenze sono acquisite, di norma, superando gli esami di Principi di ingegneria chimica L e Termodinamica dell'ingegneria chimica L. Inoltre è richiesta la conoscenza delle caratteristiche dei reattori chimici (batch, CSTR, PFR), e dell'applicazione ad essi dei bilanci di materia ed energia. Tali conoscenze sono acquisite superando gli esami di REATTORISTICA E OPERAZIONI UNITARIE M (per gli studenti del curriculum "Ingegneria di processo") oppure BIOREACTORS AND DOWNSTREAM PROCESSES M (per gli studenti del curriculum "Sustainable technologies and biotechnologies for energy and materials") oppure OPERAZIONI UNITARIE DELL'INDUSTRIA ALIMENTARE M (per gli studenti del curriculum "Ingegneria alimentare"). In alternativa, i corsi REATTORISTICA E OPERAZIONI UNITARIE M oppure BIOREACTORS AND DOWNSTREAM PROCESSES M oppure OPERAZIONI UNITARIE DELL'INDUSTRIA ALIMENTARE M possono essere seguiti in parallelo a questo corso.

Tutte le lezioni saranno tenute in Inglese. È quindi necessaria la comprensione della lingua inglese per seguire con profitto il corso e per poter utilizzare il materiale didattico fornito.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning.

Programma

Modulo 1:

Nell' ambito del corso, che si svolgerà in laboratorio informatico, verranno affrontati i principali problemi di progetto e verifica relativi alle diverse tipologie di reattore chimico (discontinuo, con flusso a pistone, continuo perfettamente miscelato), di reazione chimica (reversibile ed irreversibile, autocatalitica, sistemi di reazioni in serie ed in parallelo, reazioni biochimiche / fermentazioni) e di schema termico (reattore isotermo, adiabatico o con flusso di calore assegnato). Un particolare approfondimento verrà dedicato ai processi produttivi basati su reattori biochimici (fermentazioni).

Per ogni argomento, dopo un breve richiamo dei concetti già illustrati nei corsi di REATTORISTICA E OPERAZIONI UNITARIE M oppure BIOREACTORS AND DOWNSTREAM PROCESSES M oppure OPERAZIONI UNITARIE DELL'INDUSTRIA ALIMENTARE M, verranno proposte uno o più esercitazioni, consistenti in problemi di progetto o verifica, da risolvere con l'ausilio di specifici software.

Modulo 2:

• Struttura e proprietà fondamentali dei materiali usati in campo biomedico: biomateriali ceramici e biovetri, biomateriali metallici, biomateriali polimerici.
• Struttura, composizione e caratteristiche dei principali tessuti dell’ingegneria tissutale.
• Interazione tra biomateriali e tessuti viventi.
• Degradazione e riassorbimento dei biomateriali.
• Modifiche di superficie dei biomateriali.
• Applicazione dei biomateriali nella produzione di dispositivi biomedici: biomateriali per impianti dentali e ortopedici, biomateriali in oculistica e in ambito cardiovascolare, scaffolds per ingegneria tissutale, sistemi di delivery di farmaci, particelle magnetiche nelle applicazioni biomediche, suture, prototipazione rapida e dispositivi personalizzati.
• Processi specifici del campo biomedico: sterilizzazione, superfici antimicrobiche.

Testi/Bibliografia

Il materiale didattico fornito dai docenti sarà disponibile su Virtuale prima dell'inizio di ogni lezione.

Modulo 1:

O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, Third Edition, Wiley & Sons, New York, 1999.

H.S. Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, Fourth Edition, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2006.

Modulo 2:

M. C. Tanzi, S. Farè, G. Candiani. Foundations of biomaterials engineering. Academic Press Elsevier, 2019.

Biomaterials Science - An Introduction to Materials in Medicine. 4th Edition - May 23, 2020. Editors: William R Wagner, Shelly E. Sakiyama-Elbert, Guigen Zhang, Michael J. Yaszemski. Elsevier, 2020.

Biomedical materials. 1^st edition 2009 or 2^nd edition 2021. Editor: R. Narayan. Springer.

Metodi didattici

Modulo 1:

Per ogni argomento, dopo un breve richiamo dei concetti già illustrati nei corsi di REATTORISTICA E OPERAZIONI UNITARIE M oppure BIOREACTORS AND DOWNSTREAM PROCESSES M oppure OPERAZIONI UNITARIE DELL'INDUSTRIA ALIMENTARE M, verranno proposti uno o più problemi di progetto o verifica, da risolvere con l'ausilio di specifici software. Il corso si svolgerà in laboratorio informatico e sarà tenuto in lingua inglese.

Modulo 2:

Le lezioni consisteranno in lezioni frontali in lingua inglese.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Modulo 1:

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso la produzione di una relazione scritta, in cui gli studenti devono illustrare i problemi affrontati, le tecniche di risoluzione ed i risultati ottenuti. In particolare, per ogni esercitazione proposta, è richiesta una chiara presentazione della metodologia di risoluzione e dei risultati, ed una discussione dei risultati alla luce dei corrispondenti elementi teorici. La relazione deve inoltre contenere, per ogni esercitazione, un'approfondita discussione dei risultati alla luce dei corrispondenti elementi teorici.

Modulo 2:

Esame orale. La verifica dell’apprendimento avviene attraverso la produzione e la discussione di una presentazione orale da parte dello studente su uno degli argomenti trattati durante il corso. La presentazione dovrà contenere aggiornamenti e approfondimenti sull’argomento scelto utilizzando: ricerca bibliografica (lettura di articoli scientifici su Scopus, Google Scholar, Web of Science... e brevetti), siti web, report aziendali, comunicati stampa.

Lo studente dovrà implementare e approfondire la conoscenza dell’argomento scelto mediante la discussione di almeno un caso studio. Alla presentazione seguiranno alcune domande sull’argomento oggetto della presentazione.

Per ognuno dei 2 moduli, gli studenti riceveranno un voto; il voto finale sarà dato dalla media dei voti conseguiti nei 2 moduli.

Strumenti a supporto della didattica

Modulo 1:

Gli elementi di teoria relativi ad ogni esercitazione, insieme alla guida per la risoluzione dell'esercitazione stessa, saranno resi disponibili su Virtuale in anticipo rispetto all'esercitazione stessa.

Le esercitazioni verranno risolte dagli studenti tramite strumenti informatici.

Modulo 2:

Il materiale didattico relativo al secondo modulo del corso consisterà in lucidi in lingua inglese, che saranno resi disponibili su Virtuale.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Dario Frascari

Consulta il sito web di Micaela Degli Esposti