UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI TRIESTE Facoltà di INGEGNERIA Programma del corso di IMPIANTI CHIMICI A.A. 2008-2009 Finalità del corso Il Corso introduce alla conoscenza degli impianti dell’industria di processo e delle apparecchiature (Unit Operation) più diffuse, fornendo gli elementi per la scelta ed il calcolo delle principali unità impiegate nelle operazioni di separazione di fase e per il loro esercizio. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di determinare correttamente le specifiche delle singole apparecchiature e di valutare gli effetti di una variazione dei parametri operativi sulle prestazioni del processo. I processi di separazione Impieghi e caratteristiche dei processi di separazione. Agente di separazione. Fattore di separazione in processi governati da equilibrio: sistemi liquido-vapore, liquido-liquido, liquido-solido. Fattore di separazione in processi governati da cinetica: diffusione gassosa, osmosi inversa. Elementi di scelta di un processo di separazione. Equilibrio liquido-vapore in singolo stadio La regola delle fasi e i gradi di libertà. Sistemi binari liquido-vapore. Flash isotermo e isobaro per miscele multicomponenti, punto di bolla e di rugiada. Flash adiabatico. Dimensionamento della camera di flash. Introduzione alle colonne di distillazione. Distillazione di miscele binarie Operazione continua multistadio Progetto termodinamico di unità di distillazione a stadi di equilibrio. Metodo di McCabe-Thiele. Riflusso minimo e numero minimo di stadi teorici. Condizioni termiche dell'alimentazione. Bilancio entalpico e bilancio economico (riflusso ottimo). Alimentazioni multiple. Prelievi laterali. Distillazione di sistemi binari parzialmente miscibili Separazione di fase. Distillazione di miscele parzialmente miscibili. Impianto per la separazione nei componenti puri. Distillazione discontinua Distillazione differenziale. Operazioni riflusso costante e a riflusso variabile. Operazione completamente discontinua. Cenni sull’esercizio di colonne discontinue per sistemi a molti componenti. Distillazione in corrente di vapore Sistemi a completa miscibilità in fase liquida. Purificazione da impurezze non volatili di sostanze a bassa tensione di vapore oppure termosensibili. Frazionamento per stripping con vapore. Distillazione di miscele multicomponenti Gradi di libertà del processo di separazione multistadio. Componenti chiave. Metodi di short-cut: FUG, WUG. Stadio di alimentazione. Metodi rigorosi di risoluzione: cenni sui metodi da stadio a stadio e di convergenza simultanea. Servizi termici delle colonne di distillazione Tipi di ribollitore. Collegamento colonna-ribollitore. Tipi di condensatore. Temperatura lato-vapore condensante. Elasticità del condensatore. Installazione del condensatore. Condensatori parziali. Esercizio e regolazione automatica delle colonne di distillazione Variabili operative. Effetto del riflusso sul frazionamento. La regolazione automatica della colonna. Ulteriori regolazioni. Scelta del punto per la termoregolazione. Separazione per assorbimento Equilibrio liquido-gas. Processo multistadio isotermo. Fattori di assorbimento e di stripping. Calcolo del numero di stadi di equilibrio. Colonne a piatti Caratteristiche fluidodinamiche dei piatti. Limiti di operabilità. Criteri per il dimensionamento. Particolari costruttivi. Efficienza del piatto ed efficienza media della colonna. Colonne a riempimento Il riempimento. Caratteristiche fluidodinamiche. Flooding. Determinazione dell’altezza e del diametro della colonna. Perdite di carico. Wetting rate. Confronto con le colonne a piatti. Particolari costruttivi. Estrazione liquido-liquido Rappresentazione di sistemi ternari ed equilibrio liquido-liquido. Scelta del solvente. Processo semplice di estrazione. Estrazione multipla a correnti incrociate. Estrazione multistadio in controcorrente. Estrazione continua in controcorrente con riflusso del solvente. Apparecchiature per l’estrazione liquido-liquido Mixer-settler. Colonna a piatti forati. Colonna a riempimento. Esercitazioni Vengono svolte esercitazioni di calcolo (anche con il supporto di software commerciali quali Aspen+) a illustrazione degli argomenti e dei problemi trattati nel corso. Testi consigliati: Perry R., Green D.: "Perry's Chemical Engineers' Handbook", McGraw Hill, 6th Ed. Seader J.D., Henley E.J.:”Separation Process Principles”, Wiley, 1998. Seider W.D., Seader J.D.,Lewin D.R.:”Process Design Principles”, Wilwy, 1999. Guarise G.:”Lezioni di Impianti Chimici”, CLEUP Editrice, 1996. Biardi G.:”Operazioni Unitarie di Impianti Chimici”, Città Studi Edizioni, 1997. "Manuali di AspenPlus™", AspenTech. Wankat P.C.:”Equilibrium Staged Separations”, Elsevier, 1988. NOTE Finalità del corso e collegamenti culturali Il Corso intende fornire gli elementi per il calcolo e la scelta dei principali apparati impiegati per le operazioni di separazione fondamentali nell’industria chimica (distillazione, assorbimento, estrazione liquido-liquido) e conoscenze per l’esercizio di tali unità di processo. Risulta in tal senso molto stretto il collegamento con i corsi di Principi di Ingegneria Chimica, Termodinamica dell'Ingegneria Chimica e Fenomeni di Trasporto. Il Corso inoltre si sviluppa parallelamente al corso di Progettazione di Apparecchiature dell'Industria Chimica insieme al quale fornisce una visione unitaria degli aspetti della progettazione nell’industria di processo. Il corso potrebbe essere così suddiviso: 1 modulo di 30 ore (distillazione) 1 modulo di 15 ore (assorbimento ed estrazione liquido-liquido) da tenersi in successione al modulo precedente 1 modulo di 15 ore per esercitazioni (da distribuirsi nel tempo in relazione agli argomenti trattati) Per la laurea specialistica, a mio giudizio è necessario un ulteriore modulo di 60 ore (comprensivo di lezioni ed esercitazioni) che affronta: problemi più squisitamente teorici: metodi rigorosi di risoluzione di problemi di distillazione discontinua e continua, modelli di non-equilibrio per la distillazione e l’assorbimento, analisi di particolari costruttivi, metodi per il calcolo dei coefficienti di trasporto e dell’area interfacciale, sequenze di unità di separazione, nuovi metodi di separazione applicati su scala industriale: separazione mediante membrane, separazione mediante adsorbimento.