L’Ingegneria Chimica a Bologna e … non solo

L’Ingegneria Chimica a Bologna e … non solo

L’ingegneria chimica, fin dalla sua nascita a cavallo del XIX e XX secolo, si è caratterizzata come un settore

dell’ingegneria focalizzato sui processi industriali di trasformazione, quelli dell’industria chimica in primis,

superando la visione parcellizzata allora tipica delle tecnologie con una visione sistemistica che di queste

coglieva e sviluppava gli elementi comuni.

La presentazione segue il percorso dell’evoluzione di questo approccio attraverso le fasi delle “Operazioni

Unitarie” e dei “Fenomeni di trasporto” che le hanno consentito di raggiungere quel livello di flessibilità e di

efficacia che le consentono oggi di svolgere un ruolo di primo piano in tanti settori innovativi.

In questa visione del tutto generale viene inquadrato lo sviluppo dell’ingegneria chimica in Italia e in particolare

a Bologna

Francesco Santarelli

Già ordinario di Princìpi di Ingegneria Chimica

L'Ingegneria chimica a Bologna e...non solo

INGEGNERIA CHIMICA

CHIMICA INDUSTRIALE

Una vecchia definizione ancora sostanzialmente corretta per definire le due aree disciplinari:

..distinction [must] be made between the education of a chemical engineer and that of an

industrial chemist. The chemical engineer would study both chemical processes and unit

operations, while the industrial chemist traditionally learned specific procedures for producing

bulk quantities of feedstock chemicals(M.K. Whitaker, early 1900)


sostantivi

aggettivi

L’ingegneria chimica è quel settore dell’ingegneria che tratta i processi che a scala industriale

modificano le caratteristiche fisiche e /o chimiche della materia;

La chimica industriale studia i processi chimici (reattività) ai fini della sintesi, trasformazione

e industrializzazione


L’ingegneria chimica è riconosciuta come settore dell’ingegneria a livello internazionale:

negli USA A.I.Ch.E (American Institution of Chemical Engineers) è con ASCE, ASME, IEEE una delle quattro

principali società professionali dell’ingegneria

• in UK IChemE (Institution of Chemical Engineers) ha come oggetti e scopi della sua attività: To promote, foster

and develop the general advancement of the science of chemical engineering in all its branches as an end in

itself and as a means of furthering the scientific and economic development and application of processes in which

chemical and physical changes of materials are involved and to promote, assist, finance and support such

research, investigation and experimental work in chemical engineering as the Institution may consider likely to

conduce to those ends and to the benefits of the community at large.

• EFCE (European Federation of chemical Engineering) is a non-profit association, the object of which is to

promote co-operation in Europe between non-profit-making professional scientific and technical societies for the

general advancement of chemical engineering and as a means of furthering the development of chemical

engineering.

L’ingegnere chimico analizza, progetta, realizza gestisce processi nei quali si

realizza una modifica dello stato fisico e/o chimico della materia

La caratterizzazione dell’ingegneria chimica risiede nell’oggetto delle sue applicazioni nelle

quali reazioni chimiche e/o processi di scambio tra fasi si presentano secondo modalità

fenomenologicamente diverse e che vengono però affrontate riconducendo la specificità della

situazione a una visione del tutto generale

• Molti i possibili riferimenti ad applicazioni riconducibili all’ingegneria chimica in testi

di epoche anteriori (Bibbia: fermentazione, Biringuccio, Agricola)

• Sviluppo industria chimica nella seconda metà del XIX secolo con sensibile

aumento produzioni a seguito incremento domanda da altri settori produttivi

(Acido solforico, Carbonato di soda a sostegno specifiche produzioni quali vetrerie, industria

tessile, detergenza,…)

• Necessità di competenze specifiche superando empirismo e approcci qualitativi:

rilevante il passaggio di scala e la utilizzazione di processi continui superando le

produzioni discontinue


• Nascita e sviluppo dell’ingegneria chimica strettamente connessi all’evoluzione

della industria chimica, a sua volta strettamente collegata alla evoluzione del

settore produttivo. I prodotti dell’industria chimica sono indispensabili per

un’ampia serie di produzioni

Risposte diverse in vari paesi

Germania: chimica + ingegneria meccanica con focus sulle singole tecnologie

Mondo anglosassone (in particolare Stati Uniti):emerge una nuova figura

l’”ingegnere chimico” che con una visione sistemistica che di queste coglie e

sviluppa gli elementi comuni

George E. Davis

Figura poliedrica di tecnico e imprenditore maturò l’idea

di ingegneria Chimica negli anni ’80 del XIX secolo

“Chemical Engineer is a person possessing knowledge of chemistry,

physics and mechanics and who employed that knowledge for the

utilization of chemical reaction on the large scale”

Supera la visione tradizionale legata alle tecnologie per i singoli settori produttivi con particolare

attenzione al ruolo dell’ingegneria e al passaggio di scala.

Problemi ingegneristici organizzati intorno a “basic operations” comuni a molti di essi: “moto dei

fluidi, scambio di calore, estrazione, assorbimento, distillazione,..

1887 – Lezioni a Manchester Technical School (UMIST) pubblicate separatamente in

Chemical Trade Jl

1901 – prima edizione di Handbook of Chemical Engineering,

nel 1904 seconda edizione in due volumi

Significativa l’attenzione alla riduzione di emissioni inquinanti di HCl derivantagli dalla sua attività

di ispettore per l’attuazione dell’ “AlKali Act”

“The aim of all chemical procedures should be the utilisation of everything and the

avoidance of waste. It is often cheaper to prevent waste than to attempt to utilise a

waste product.”

Scarsa diffusione della sua visione in Europa ma diffusione negli Usa.


In USA erano già presenti in diverse università programmi definiti come “ingegneria

chimica” anche se con contenuti variabili e legati alla visione essenzialmente chimica.

-1888-90 attivazione a MIT del Course X «Chemical Engineering» (L.M. Norton)

-1908 fondazione A.I.Ch.E.

Essenziale il contributo del MIT alla nascita dell’ingegneria chimica

Diverse figure fondamentali

William Walker (1869–1934), Warren Lewis (1882–1975), e Arthur D. Little

furono le figure di punta che definirono l’ingegneria chimica come una

specifica professione con un proprio metodo di approccio ai problemi e alla

formazione

Attorno a William H.Walker operarono più giovani colleghi Warren K.Lewis e

Mc Adams: tutti con un periodo di formazione in Germania promossero un

approfondimento con attività sperimentale di tesi sui principi dei processi fisici

dell’ingegneria chimica e pubblicarono nel 1923 il testo Principles of

Chemical Engineering i cui contenuti entrano ancora nella preparazione di

base degli ingegneri chimici

Arthur D. Little consulente industriale, imprenditore,

amministratore a MIT nel 1915 usa per la prima volta il

termine “unit operations”


Successo dell’impostazione nell’industria chimica e successivamente

• nel settore petrolifero a seguito della eoluzione dei sistemi di raffinazione (anche in questo caso in

sintonia con il passaggio a sistemi continui e progressi nelle operazioni di cracking: cracking

termico continuo dopo WW1 e Fluid Cracking Catalitico negli anni ’30)

• Nell’emergere della petrolchimica

• Ruolo guida in rilevanti progetti strategici USA durante la seconda guerra mondiale ( progetto

Manhattan, produzione SBR)

• Consolidamento della reaction engineering in contiguità con

chimici industriali ma con specificità connesse alla scala (effetti

fluodinamici, di trasporto di energia , di massa)


• Aspetti processo: architettura di processo, ottimizzazione del

processo

• Automazione degli impianti: il controllo di processo

• Immediata attenzione alla utilizzazione di strumenti informatici

per la gestione di informazioni chimico-fisiche e adeguamento

degli strumenti di calcolo utilizzati

Importanza della disponibilità di dati specifici per le singole sostanze per poter effettuare la

trattazione quantitativa sulle base di impostazioni di carattere generale

L’approccio basato su una visione locale (microscopica a livello di mezzo

continuo) emerso negli anni ‘50 trova la sua «Bibbia» nel testo Transport

Phenomena proposto nel 1960 da Bird, Stewart, Lightfoot della Università del

Wisconsin

Si basa sul fatto che in tutti casi si ha trasporto di materia e/o di

energia e (in sistemi in fase fluida) di quantità di moto per i quali

possono essere in evidenza meccanismi simili ( trasporto molecolare, trasporto convettivo, trasporto turbolento)


• Leggi generali richiedono per la loro applicazione informazioni

sul comportamento di classi di materiali(equazioni costitutive).

• Il conseguente sviluppo delle «Scienze dell’ingegneria chimica»

ne consente la utilizzazione in nuovi ambiti applicativi anche

lontani dall’ originario riferimento alle applicazioni chimiche.

• Si determina una differenziazione, anche se con ampi livelli di

mutua interazione, tra l’attività legata alla professione e l’attività

di ricerca

Bird Stewart Lightfoot

Alla luce dell’evoluzione delle sue aree di intervento è condivisibile una recente definizione

dell’ingegneria chimica:

Chemical Engineering is the field of applied science that employs physical,

chemical and biochemical rate processes for the betterment of humanity(M.M. Denn, Chemical Engineering-an introduction, Cambridge 2012)

Mentre la finalizzazione è o dovrebbe essere comune a tutte le ingegnerie sono i processi

cinetici a costituire l’aspetto caratterizzante dell’ingegneria chimica.

La modellazione matematica dei fenomeni è lo strumento con il quale si trasformano in

forma quantitativa i processi fisici, chimici e biochimici considerati

Nella prima metà del 20° secolo l’ingegneria chimica era prevalentemente finalizzata a

produzioni su grande scala di prodotti chimici.

La capacità di trattare situazioni nelle quali intervengono processi cinetici ha consentito agli

ingegneri chimici di operare in un’ampia varietà di contesti, mantenendo la caratteristica di una

visione di carattere generale dei problemi:

• Settori «tradizionali»: Processi di separazione, Intensificazione dei processi, Sicurezza e

Tutela Ambientale, Ottimizzazione energetica, Dinamica e controllo di apparati e Processi,

Ingegneria dei polimeri, Industria agroalimentare, ……

• Settori «innovativi»: Biotecnologie, Nanotecnologie, Ingegneria Biomedica, Materiali

innovativi, Microfluidica,…


Malgrado la forte differenziazione che è talvolta presente fra gli ingegneri chimici di

oggi le radici culturali rimangono comuni……. (G. Marrucci-L’Ingegneria Chimica in Italia- 2011)

L’industria chimica in Italia

La «grande» («grandi volumi di produzione») industria chimica è stata caratterizzata da un percorso tormentato nel

quali fasi di crescita e di crisi sono state fortemente condizionate dall’intervento diretto o indiretto del potere politico.

Attualmente frazionamento societario all’interno di gruppi in prevalenza internazionali.


Dall’inizio del secolo alla seconda guerra mondiale

• produzione crescente di prodotti prevalentemente inorganici (fertilizzanti, coloranti, soda, acido solforico,………).

• Tra gli elementi innovativi il processo Fauser- Montecatini (1922) per la produzione di ammoniaca

• Ruolo dominante gruppo Montecatini

Da metà anni ’50

• sviluppo segnato da crescita e trasformazione con passaggio a petrolchimica, aumento potenzialità impianti,

passaggio a processi continui, automazione degli impianti

• Sintesi del polipropilene isotattico (1954- Natta)

• Nuovi attori: ANIC, Edison, Montecatini Edison (1966) (successivamente Montedison dal 1971)

Anni ’80 -’90

Scalata di Montedison da parte di Raul Gardini (1986) e fusione Montedison-ANIC in Enimont (1989) e fallimento

dell’operazione e nascita EniChem, suicidio di Gardini, smagrimento di EniChem con cessione di alcune aree di

attività (fertilizzanti, detergenza, chimica secondaria)

Cessione a Shell della quota Montedison nella joint venture Montell operante nel settore olefine

Attualmente

Presenza di imprese di medie dimensioni ma con solido posizionamento internazionale e con impegno per «Green

Chemistry»: Mapei, Novamont, Versalis , Mossi Ghisolfi, Bio-On, «BASF» (Pontecchio)


Ingegneria e Ingegneria Chimica in Italia

• Regie Scuole di ingegneria organizzate su base locale, autonome da università, attivate a Torino (1860), Milano

(1863) Napoli, Palermo, Roma, Padova, Bologna, Genova, Pisa (1863 - 1913)

• 1923 Legge Gentile uniformizza le situazioni

• 1935 legge R.D.L. 20-06-1935, n. 1071 Modifiche ed aggiornamenti al testo unico delle leggi sulla istruzione

superiore trasforma le Scuole in Facoltà di Ingegneria basate su

Biennio comune a facoltà di Scienze…

Triennio Ing. Civile (sottosezioni: edile, trasporti idraulica, mineraria)

Ing. Industriale (sottosezioni: aeronautica, chimica, elettrotecnica, meccanica, navale)

• 1960 riforma Capocaccia con attivazioni di Corsi di laurea autonomi

Ingegneria Chimica:

Sottosezioni di Ingegneria Chimica del Corso di Laurea – o sezione- in Ingegneria Industriale attivate

1901 Politecnico di Milano

1902 Scuola di Ingegneria di Napoli (sezione elettrochimica)

1908 Politecnico Torino

Salvo rare eccezioni formazione prevalentemente da Chimici (applicati e/o industriali)

Con la riforma del 1960 e l’attivazione del corso di laurea autonomo all’interno delle Facoltà si avvia il superamento

della tutela da parte dei Chimici «in qualche caso illuminata, più spesso retriva e strumentale» e una

caratterizzazione della formazione con contenuti tipici della cultura di ingegneria chimica.


Professori di Impianti Chimici e di Chimica

Industriale che hanno contribuito alla

formulazione del DPR del 1960

Giulio Natta – Milano

Rolando Rigamonti – Torino

Giovanni B. Bonino – Genova

Ippolito Sorgato – Padova

Mario Baccaredda – Pisa

Luigi Manfredini – Bologna

Eugenio Mariani – Roma

Giovanni Malquori - Napoli

Significativa modifica del curriculum in Ingegneria

Chimica in molte sedi sulla base di esperienze

internazionali realizzate a seguito di periodo di

formazione all’estero, già negli anni’50, di alcuni

pionieri e di iniziative di sprovincializzazione quali la

scuola estiva sui Fenomeni di Trasporto organizzata a

Varese dall’Accademia dei Lincei

I «primissimi» professori

Bologna: Franco P. Foraboschi, Ugo Lelli

Genova: Carlo Trevissoi, Giuseppe Ferraiolo

Napoli: Leopoldo Massimilla, Gianni Astarita

Milano: Mario Dente, Italo Pasquon, Sergio Carrà

Padova: Alberto Paratella, Gian Berto Guarise

Palermo: Raffaele Ercoli

Pisa: Gianfranco Nencetti

Roma: Alessandro Giona, Enzo Sebastiani

Torino: Agostino Gianetto,Ugo Fasoli

Da G. Russo,»L’ingegneria Chimica in Italia»«La didattica

dell’ingegneria Chimica» Giornata di studio, Bologna, 4 luglio 2013

Alcuni esempi di innovazione nella didattica

Introduzione di nuovi insegnamenti

Princìpi di Ingegneria Chimica..ha lo scopo di fornire agli

allievi i mezzi per lo studio quantitativo dei fenomeni per lo più fisici,

sia su scala macroscopica che microscopica che avvengono nelle

apparecchiature chimiche

Teoria e Sviluppo dei Processi Chimici: …tratta della

programmazioine della ricerca e soprattutto della ricerca su scala

pilota, della teoria dei modelli dell’utilizzazione dei dati forniti

dall’impianto pilota per la progettazione dell’impianto industriale e

della ricerca delle condizioni optimum di funzionamento degli

impianti industrialiNuova finalizzazione di insegnamenti esistenti

Chimica Industriale: superamento della visione puramente

descrittiva dei processi dell’industria chimica e [gli insegnamenti]

assumono pertanto un carattere altamente formativo più che

informativo

da L. Massimilla «L’evoluzione dell’insegnamento dell’Ingegneria Chimica a livello

universitario» relazione al II convegno dei Chimici d’Italia- Milano –ottobre 1962

come citato da G.Russo-Bologna 2013

La riforma del 1960

GRICU: comunità Ingegneri Chimici Universitari


L’ingegneria chimica a Bologna nasce per rispondere alle necessità della crescita dell’industria chimica

italiana alla fine degli anni ‘30

“…….in ordine alle esigenze autarchiche sono state istituire due nuove sezioni di

Ingegneria, quella Chimica nel 1939-40 e quella mineraria nel 1940-41…”

(da relazione annuale del Rettore prof. A. Ghigi in annuario dell’anno accademico 1941-41-XX, VI dell’Impero)

Il Consiglio di Facoltà di Ingegneria nella seduta del 28.11.1940 riconosceva:

“..necessario provvedere in modo adeguato all’insegnamento di Impianti industriali

Chimici materia obbligatoria per la sezione di Ingegneria Chimica e di molto interesse

per la Sezione Mineraria e per la Sezione Industriale;.

destinando alla disciplina un posto di professore di ruolo e chiamando a coprirlo

l’ing. Luigi Manfredini al quale veniva anche affidata la direzione dell’Istituto distinto

da quello di Chimica Applicata (l’Istituto Impianti Industriali Chimici non è

semplicemente monocattedra, ma «ad personam»)

Bologna unica sede fino alla riforma del 1960 ad avere l’ingegneria chimica come

sezione indipendente anziché come sottosezione dell’Ingegneria Industriale

Il prof. Manfredini è l’unico ordinario di Impianti Chimici fino alla metà degli anni ’50.

Primo laureato in Ingegneria Chimica Oddo Pierfederici che nell’a.a. 1941-42 discusse la

tesi “fabbricazione di prodotti azotati da ligniti nazionali”


Organizzazione Didattica

Dal 1960 Corso di laurea in Ingegneria Chimica

Dal 2001/02 attivazione percorso su due livelli

Laurea ing. Chimica (L) dal 2008/09 Ingegneria Chimica e Biochimica

Laurea ing. Chimica e di processo (LS e poi LM)

Attivazione del dottorato in Ingegneria Chimica in consorzio con altre sedi per oltre un decennio,

successivamente su base locale e attualmente all’interno del dottorato del Dipartimento di afferenza

Partecipazione attiva in fase sia di promozione sia di gestione di

percorsi formativi Internazionali e con rilascio del titolo congiunto con sedi straniere

percorsi formativi «post lauream» in collaborazione con società di ingegneria industriale

Collaborazione didattica con altri corsi di studio

attivazione del primo insegnamento di Facoltà su temi di protezione ambientale

Manifesto studi

Programma sempre da annuario 1941-42: operazioni unitarie servizi di fabbrica, criteri economici di progettazione e gestione

degli impianti, criteri di organizzazione del lavoro, protezione del lavoro e igiene

Fino ai primi anni ’60 prevalente formazione erogata da Chimici Applicati e

Organici.

Con i nuovi ordinamenti post 1960 introduzione insegnamento di PIC

1968 - Cattedre PIC e Impianti Chimici

1969 - spostamento baricentro formazione su impostazione Ing. Chimica e

continuo aggiornamento dei piani di studio


Organizzazione

1941- Istituto Impianti Industriali Chimici

1960 - Istituto Impianti Chimici

1988 - Dipartimento Ingegneria Chimica e di Processo DICP

1995 - Dipartimento di Ingegneria chimica, Mineraria e delle tecnologie ambientali – DICMA

(dal 2008 nella nuove sede di via Terracini)

2012 - Dipartimento Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali - DICAM

Principali settori di ricerca sviluppati nell’ambito della Ingegneria Chimica a Bologna

(Settori con ampi collegamenti e riconoscimenti a livello internazionale)

Diffusione in polimeri

Processi di separazione (in particolare a membrana)

Miscelazione e fluidodinamica multifase

Fotocatalisi e processi di intensificazione collegati

Analisi di rischio di incidenti rilevanti

Sicurezza negli impianti industriali

Analisi di sostenibilità in fase progettuale

Bonifica di terreni inquinati

…..


Personaggi dell’ing. Chimica Bolognese:

I precursori: prof. L. Manfredini; (prof. G.B. Bonino)

Prima generazione: Prof. F.P. Foraboschi; Prof. U. Lelli, prof. Carlo Trevissoi, prof.A.Gatta

Hanno operato nell’ambito dell’ing. Chimica nella fase iniziale del loro percorso accademico sviluppatosi poi nel

settore della Fisica Tecnica diversi colleghi: Cocchi, Di Federico, Salvigni, Vaccari.

Seconda generazione: Magelli, Gostoli, Santarelli, Sarti, Spadoni, Stramigioli, Pasquali

Nuova generazione: Cozzani, Doghieri, Paglianti, Montante, Camera Roda, Bandini, De Angelis,

Giacinti, Salzano, Tugnoli, Nocentini, Boi, Antonioni, Bonvicini, Minelli, Frascari, Casson Moreno

Futura generazione: allievi in formazione nei corsi di dottorato e nei corsi di studio

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