• 093596 - IMPIANTI CHIMICI

Questo insegnamento è mirato ad approfondire le diverse tematiche relative alle operazioni unitarie dell’ingegneria chimica ed al loro impiego nei processi rilevanti alle trasformazioni ed all’impiego delle risorse energetiche.

Nella prima parte del corso verranno trattati argomenti di tipo fondamentale e saranno forniti gli elementi per la scelta ed il calcolo delle principali unità impiegate nelle operazioni di separazione e purificazione.

A seguito del superamento dell'esame:

- Lo studente conosce i principi fondamentali delle operazioni unitarie, ed è in grado di identificare le differenti proprietà termodinamiche e fenomeni di trasporto di materia alla base della separazione delle materie prime.

- Lo studente è in grado di individuare limiti e potenzialità di ciascuna operazione unitaria analizzata, in funzione delle differenti materie prime considerate.

- Lo studente è in grado di dimensionare apparecchiature di i) assorbimento/stripping, ii) distillazione, iii) adsorbimento ed iv) estrazione con solvente in funzione dei criteri termodinamici, fluidodinamici ed economici appresi. Allo scopo, lo studente è in grado di utilizzare fogli di calcolo elettronici per il dimensionamento delle apparecchiature indicate, anche mediante l'implementazione di procedure iterative, apprese nel corso delle esercitazioni dell'insegnamento

- In autonomia, lo studente è in grado di analizzare operazioni unitarie di media complessità, e di operare scelte progettuali in funzione del problema in considerazione e delle specifiche fornite.

Termodinamica delle miscele non ideali ed equilibrio liquido-liquido. Richiami relativi all’equilibrio di fase. Miscele non ideali. Modelli di soluzioni non ideali. Azeotropi omogenei ed eterogenei. Metodi per il calcolo dei coefficienti di attività. Equilibrio liquido-liquido.

Bilanci materiali e fenomeni di trasporto nelle operazioni unitarie. Ruolo dei fenomeni di trasporto di materia nell'influenzare le prestazioni delle apparecchiature per le operazioni unitarie. Caratteristiche fluidodinamiche dei piatti. Efficienza del piatto e della colonna. Correlazioni empiriche per il calcolo dell’efficienza. Riempimenti strutturati e casuali. Punti di loading e flooding. Modelli per il calcolo del coefficiente di trasporto di materia. Determinazione dell'altezza e del diametro della colonna. Perdite di carico. Trasporto di materia all'interno di solidi porosi. Diffusione interna ed esterna. Esempi relativi ai processi di adsorbimento.

Operazioni unitarie: Principi ed applicazioni principali dell’operazione, modalità operative, elementi di progettazione e cenni su problemi di verifica relativi alle seguenti operazioni unitarie:

1. Distillazione. Concetto di stadio di equilibrio ed introduzione alle colonne di distillazione: colonne spray, a piatti e a riempimento. Servizi termici delle colonne di distillazione. Progetto termodinamico di unità di distillazione: metodo di McCabe-Thiele. Bilancio entalpico e bilancio economico (riflusso ottimo). Ruolo delle condizioni operative sull’operazione.

2. Separazione per assorbimento e strippaggio. Processo multistadio isotermo. Calcolo della portata minima di solvente. Calcolo del numero di stadi di equilibrio.

3. Adsorbimento. Adsorbimento fisico e chimico. Isoterme di adsorbimento. Caratteristiche del materiale adsorbente e sua rigenerazione per via termica e tecnologia PSA. Bilanci di materia, capacità di adsorbimento, descrizione delle apparecchiature utilizzate.

4. Estrazione con solvente. Scelta del solvente. Processo semplice di estrazione, estrazione a stadi multipli.

Materiale fornito dal Docente sarà il riferimento primario. Viene peraltro consigliata la consultazione di testi specifici (si veda bibliografia)

Precedenze consigliate: Fondamenti di processi chimici.

L’esame consiste in una prova scritta di verifica dell’apprendimento dei concetti relativi al funzionamento e al dimensionamento delle apparecchiature, che potra¿ essere sostenuto nel periodo di valutazione finale al termine del semestre o in qualsiasi altro appello disponibile.

Nell'ambito della prova scritta, lo studente dovrà risolvere 1 o 2 problemi tipo nell'ambito delle operazioni unitarie. Sarà perciò accertata la capacità di:

- Impostare bilanci di massa ed energia, oltre che di relazioni di equilibrio

- Operare criticamente, in funzione delle specifiche del problema, opportune scelte progettuali, fornendo risposte quantitative ai quesiti dei problemi.

Lo studente potrà consultare testi e appunti, e utilizzare computer portatili e relativi software.

La valutazione finale sarà unica per i due moduli del corso integrato e sarà data dalla media pesata (sul numero di CFU) delle due parti. Per entrambe, è necessaria una soglia minima di 18/30.