Introduzione - UniNa STiDuE

PRINCIPI DI INGEGNERIA CHIMICA – anno 2003-2004
Docente: Prof. Maurizio Fermeglia ([email protected])
Introduzione
Introduzione. Panoramica sui contenuti del corso. Presentazione degli strumenti di lavoro e delle problematiche dell’ingegnere
chimico. Introduzione ai calcoli specifici dell’ingegneria chimica. Unità di misura e dimensioni, fattori di conversione. Consistenza
dimensionale. Moli ed unità di misura della concentrazione. Densità e peso specifico. Basi di calcolo. Temperatura. Pressione. Esempi
di calcolo e scelte della base per il calcolo.
Fonti di dati termofisici e di informazioni bibliografiche: banche dati, riviste, motori di ricerca in internet.
Bilanci di Materia
Tecniche generali per la soluzione di problemi ingegneristici. L’equazione chimica e la stechiometria: reagente limitante, reagente in
eccesso, conversione, selettività e resa. Reazioni singole e parallele. Generalità sui bilanci di materia. Esempi: reattore a letto
fluidizzato, combustione. Impostazione dei bilanci in termini di speci chimiche oppure atomiche. Analisi di un bilancio di materia:
calcolo delle equazioni indipendenti e calcolo del grado di libertà di un processo chimico. Esempi: colonna di distillazione,
fermentatore. Bilanci di materia sequenziali. Problemi di combustione e definizione di stack gas, gas secco ed aria teorica di
combustione. Esempi di bilanci di materia per cristallizzazione, combustione, essicamento. Bilanci di materia che coinvolgono sistemi
di equazioni simultanee: miscelazione, distillazione cristallizzazione e combustione.
Descrizione del foglio elettronico MS Excel: riferimenti assoluti, relativi, nomi di celle, funzioni scalari e matriciali, formattazione,
creazione di grafici. Utilizzo del foglio elettronico MS Excel: operazioni su matrici, soluzioni di sistemi lineari, soluzione di equazioni
non lineari, metodo di Newton, stima di parametri ed interpolazione di dati sperimentali. Impostazione di bilanci di materia con il
foglio elettronico.
Bilanci di materia in sottosistemi e sistemi complessi: calcolo delle equazioni indipendenti. Applicazione a processi di combustione.
Bilanci di materia per sottosistemi reagenti e non reagenti. Ricircolo. Ricircolo in processi con reazione chimica. Spurgo e bypass.
Gas Liquidi e Vapori.
La legge dei gas ideali e sue applicazioni. Densità dei gas e volume specifico, miscele di gas ideali. Bilanci di materia in operazioni
che coinvolgono gas e vapori: esempi di combustione e di reazione di gas di sintesi. Gas reali e concetto di equazione di stato.
Equazione di van der Waals per composti puri e per miscele. Equazioni cubiche. Teoria degli stati corrispondenti. Definizione di
parameteri ridotti. Uso dei diagrami generalizzati per il calcolo della compressibilità. Liquidi e tensione di vapore. Equazione di
Clausius Clapeyron. Equazione di Antoine. Definizione di fattore acentrico. Densità di liquidi. Saturazione ed equilibrio.
Bilanci di energia.
Definizioni e tipi di energia in gioco. Calore e lavoro. Energia interna. Entalpia. Concetto di funzione di stato. Calore specifico:
definizione a pressione costante ed a volume costante. Calore specifico per un gas ideale. Modelli per il calcolo del calore specifico.
Metodi di stima del calore specifico per solidi, per liquidi e per gas e vapori. Calcolo di variazioni entalpiche senza cambiamento di
fase. Uso di tabelle. Uso delle steam table e dei diagrammi. Calcoli di variazione di entalpia per cambiamenti di fase. Calore di
fusione. Calore di vaporizzazione: metodo di Clausius Clapeyron, di Chen, di Vetere, di Watson, di Riedl. Descrizione del processo di
cracking con vapore. Bilancio di energia in termini generali. Bilancio di energia per sistemi chiusi. Esempi: miscelazione di composti
puri in fase diversa, trasferimento di calore da bombola da cui esce un gas. Bilancio di energia per sistemi aperti senza reazione
chimica. Esempi: compressore, pompe, riscaldatori a vapore. Processi reversibili ed irreversibili. Bilanci di energia in presenza di
reazioni chimiche. Calore standard di formazione e calore di reazione. Fonti di dati di entalpia di formazione. Calcolo dei calori di
formazione dalle entalpie di formazione. Potere calorifico superiore ed inferiore. Formula di Dulong. Metodi di calcolo del potere
calorifico per il carbone e calcolo del calore di reazione da dati di calore di combustione. Bilanci di energia nel caso in cui i prodotti
ed i reagenti si trovano a temperatura diversa da 25 C. Calcolo del calore di reazione a temperature diverse da 25 C. Calori di reazione
a P e V costante. Reazioni incomplete. Temperatura di reazione adiabatica. Esempio di calcolo della temperatura di reazione. Calori di
soluzione e di miscelazione. Calore standard cumulativo. Calcolo del calore da sottrarre per diluizione di acidi. Diagrammi entalpia concentrazione (cenni). Diagrammi psicrometrici: definizioni di umidità, calore umido, volume umido e temperature. Temperature di
bulbo secco e di bulbo umido, temperatura di saturazione adiabatica.
Materiale didattico
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Testo utilizzato : David Himmelblau, Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, Prentice Hall, 6th ed, 1996
Altro materiale: Slides PPT disponibili in LAN presso il DICAMP