Colussi.Impianti Chimici-08

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:
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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.