Programma del corso di PROCESSI E IMPIANTI I (Laurea Triennale in Chimica Industriale, ord. 270) Prof. Marco Petrangeli Papini 1. INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLE OPERAZIONI UNITARIE E AI FENOMENI DI TRASPORTO (3 CFU) •
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Classificazione delle operazioni Unitarie: Operazioni Unitarie basate su proprietà termodinamiche, fisico/meccaniche e cinetiche. Fenomeni di trasporto: Trasporto molecolare: equazione generalizzata di trasporto molecolare in condizioni stazionarie, applicazione del trasporto molecolare in condizioni stazionarie, trasporto molecolare in condizioni non stazionarie. Trasporto turbolento: Esperimento di Reynolds, distribuzione della velocità in flusso turbolento, modello della diffusività turbolenta, analisi del rapporto di meccanismo, fattore di attrito e numero di Reynolds, strato limite e resistenza del mezzo, moto di fluidi attraverso solidi granulari, trasporto di materia e di calore. Trasferimento tra più fasi: trasferimento di calore, trasferimento di materia. Esercitazioni di laboratorio sulla caratterizzazione delle proprietà di trasporto: Osservazione sperimentale dei regimi di moto laminare e turbolento a mezzo di tracciante; perdita di carico nel moto di fluidi in tubazioni rettilineee: calcolo del Numero di Reynolds e verifica sperimentale della correlazione fra fattore di attrito e Numero di Reynolds in regime laminare e turbolento, determinazione del coefficiente di diffusione molecolare Df , determinazione del kLa. 2. OPERAZIONI UNITARIE BASATE SU PROPRIETA’ TERMODINAMICHE (3 CFU) •
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Scambio Termico: Caratteristiche costruttive e di funzionamento degli scambiatori di calore. Dimensionamento termico degli scambiatori: bilancio di energia, differenza di temperatura media logaritmica, confronto tra equicorrente e controcorrente, progetto degli scambiatori a fascio tubiero. Esercitazioni di laboratorio per la determinazione del coefficiente globale di trasferimento per diverse configurazioni impiantistiche (fascio tubiero e scambiatore a piastre) in funzione del regime fluidodinamico. Assorbimento: Caratteristiche costruttive e di funzionamento delle colonne di assorbimento. Calcolo del diametro di una colonna di assorbimento a riempimento. Calcolo dell’altezza del riempimento in una colonna di assorbimento: metodo dell’unità di trasferimento, calcolo del numero di unità di trasferimento, calcolo dell’altezza dell’unità di trasferimento, calcolo del rapporto ottimale L/V. Esercitazioni di laboratorio per la determinazione sperimentale dell’altezza dell’unità di trasferimento Distillazione: Caratteristiche costruttive e di funzionamento delle colonne di distillazione a piatti. Equilibri liquido‐vapore. Calcolo del diametro di una colonna di distillazione a piatti: calcolo della spaziatura tra i piatti, calcolo del diametro. Calcolo del numero di piatti in una colonna di distillazione: curve di lavoro, calcolo del numero di piatti teorici, metodo grafico semplificato di McCabe‐Thiele, metodo di Fenske, metodo grafico di Ponchon‐Savarit, calcolo del rendimento di una colonna di distillazione a piatti. Distillazione in corrente di vapore. Applicazioni numeriche. Estrazione con solvente: Estrazione con solvente liquido‐liquido: caratteristiche costruttive e di funzionamento degli estrattori liquido‐liquido, equilibri liquido‐liquido, sistemi a due componenti, sistemi a tre componenti, calcolo del numero degli stadi teorici di estrazione, stadi multipli con correnti incrociate, stadi multipli in controcorrente senza riflusso, stadi multipli in controcorrente con riflusso, criteri progettuali. Estrazione con solvente liquido‐solido (cenni). Applicazioni numeriche. 3. OPERAZIONI UNITARIE BASATE SU PROPRIETA’ FISICHE E MECCANICHE. (2.5 CFU) •
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Definizioni, moto libero ed ostacolato di particelle attraverso i fluidi, velocita’ finale di caduta libera, equazione di Stokes, moto di fluidi attraverso letti di particelle, equazione di Carman‐Kozeny. Descrizione dei principi di funzionamento e dei criteri progettuali per le operazioni di Sedimentazione, Centrifugazione, Classificazione, Filtrazione, Agitazione e Movimentazione dei Fluidi.. Esercitazioni di laboratorio: determinazione della curva di sedimentazione in prove batch e calcolo delle costanti caratteristiche, calcolo dell'area del sedimentatore per chiarificazione e ispessimento; determinazione della resistenza specifica alla filtrazione e calcolo dell’area di filtrazione. Applicazioni del bilancio di energia al trasporto di quantita’ di moto: misure di portata mediante organi di strozzamento, tubo di Pitot e rotametro, calcolo della prevalenza di una pompa, curva caratteristica di una pompa centrifuga. 4. OPERAZIONI UNITARIE BASATE SU PROPRIETA’ CINETICHE. (0.5 CFU) •
Tipologie di membrane e di apparecchiature a membrana. Separazione di liquidi : Microfiltrazione, Ultrafiltrazione, Osmosi Inversa, Dialisi, Elettrodialisi
