Corso di laurea triennale in ingegneria industriale
FENOMENI DI TRASPORTO
R. Lapasin
Dipartimento di Ingegneria e Architettura
Università di Trieste
Obiettivi formativi
Illustrare i fondamenti del trasporto
di materia, energia e quantità di moto
all'interno di una fase (una regione) e/o
tra due fasi (tra due regioni) contigue,
trasporto di materia, energia e quantità di moto
da alta concentrazione a bassa concentrazione
di materia, energia e quantità di moto
Obiettivi formativi
Illustrare i fondamenti del trasporto
di materia, energia e quantità di moto
all'interno di una fase (una regione) e/o
tra due fasi (tra due regioni) contigue,
Obiettivi formativi
Illustrare i fondamenti del trasporto
di materia, energia e quantità di moto
all'interno di una fase (una regione) e/o
tra due fasi (tra due regioni) contigue,
Obiettivi formativi
Illustrare i fondamenti del trasporto
di materia, energia e quantità di moto
all'interno di una fase (una regione) e/o
tra due fasi (tra due regioni) contigue,
fornire gli elementi necessari
per l'analisi e la risoluzione di problemi semplici,
riducibili a forma monodimensionale,
r
Dz
z
Tw
dissipazione di calore
da un’aletta
di raffreddamento
2R
L
Ta
flusso
diffusione di materia
attraverso una membrana
Lx
y
x
z
Ly
Obiettivi formativi
Illustrare i fondamenti del trasporto
di materia, energia e quantità di moto
all'interno di una fase (una regione) e/o
tra due fasi (tra due regioni) contigue,
fornire gli elementi necessari
per l'analisi e la risoluzione di problemi semplici,
riducibili a forma monodimensionale,
attraverso la definizione e derivazione
delle grandezze e delle relazioni utili,
dT
qr k
dr
calore
J Ar D A m
dc A
dr
dv z
rz
dr
materia
quantità di moto
Obiettivi formativi
Illustrare i fondamenti del trasporto
di materia, energia e quantità di moto
all'interno di una fase (una regione) e/o
tra due fasi (tra due regioni) contigue,
fornire gli elementi necessari
per l'analisi e la risoluzione di problemi semplici,
riducibili a forma monodimensionale,
attraverso la definizione e derivazione
delle grandezze e delle relazioni utili,
e l'esercizio di calcolo di bilanci macroscopici
2
P2
20 m
P1
80 m
1
10 m
PROGRAMMA
TRASPORTO MOLECOLARE
Natura, meccanismi e forze motrici
Flussi, equazioni costitutive, bilanci
Trasporto di energia in stato stazionario
Trasporto di energia in stato non stazionario
Flussi diffusivi di materia
Trasporto di quantità di moto
Proprietà di trasporto per stati fisici e sistemi diversi
Proprietà non lineari: fluidi non-Newtoniani.
Analisi dimensionale, bilanci in forma adimensionale
TRASPORTO CONVETTIVO
Trasporto convettivo in flusso laminare
Flussi interni ed esterni, strato limite. Moti potenziali
Convezione forzata e convezione naturale
Trasporto turbolento, approcci semi-empirici.
Coefficienti di trasferimento e numeri caratteristici
CALCOLI MACROSCOPICI
Trasporto di quantità di moto ,di energia, di materia
Coefficienti di trasferimento
MODALITA’ D’ESAME
esame finale: prova scritta + una prova orale
Sono previste due prove scritte di accertamento
in corrispondenza alla metà del corso
e al termine dello stesso.
La prova scritta finale può essere omessa
in presenza di due prove effettuate con esito positivo
La prova orale può essere omessa
in presenza di due prove effettuate con esito positivo
MATERIALE DIDATTICO
W.J. Thomson
Introduction to transport phenomena
Prentice Hall PTR, 2000
(testo di riferimento)
R.B. Bird, W.E. Armstrong, E.N. Lightfoot
Transport phenomena
John Wiley & Sons, 2nd ed. 2002
(testo di approfondimento)
Dispense (copie della presentazione PPT)
FENOMENI DI TRASPORTO: NATURA E RUOLO
approcci ingegneristici e discipline dell’ingegneria chimica:
evoluzione storica e linee guida
rielaborazione e riordino delle conoscenze fisiche,
chimiche, … in un quadro razionale funzionale
alla descrizione dei processi
alla progettazione/gestione dei processi
alla comprensione dei meccanismi basilari
criteri e principi unificanti per la razionalizzazione
su scala macroscopica:
concetto di operazioni unitarie (1925)
Unit operations
1. Fluid flow processes
fluids transportation, filtration, solids fluidization
2. Heat transfer processes
evaporation, condensation, heat exchange
3. Mass transfer processes
gas absorption, distillation, extraction, adsorption, drying
4. Thermodynamic processes
gas liquefaction, refrigeration.
5. Mechanical processes
solids transportation, crushing, pulverization, sieving
FENOMENI DI TRASPORTO: NATURA E RUOLO
approcci ingegneristici e discipline dell’ingegneria chimica:
evoluzione storica e linee guida
rielaborazione e riordino delle conoscenze fisiche,
chimiche, … in un quadro razionale funzionale
alla descrizione dei processi
alla progettazione/gestione dei processi
alla comprensione dei meccanismi basilari
criteri e principi unificanti per la razionalizzazione
su scala macroscopica:
concetto di operazioni unitarie (1925)
su scala microscopica/molecolare:
meccanismi e leggi dei fenomeni di trasporto (1960)
esempio di differenti criteri di lettura/analisi di un processo:
processo di produzione di p-xilene
scomposizione in differenti operazioni unitarie
(reazioni, separazioni, …)
analisi degli aspetti fluidodinamici e
dei processi di trasferimento di calore e di materia
FENOMENI DI TRASPORTO: NATURA E RUOLO
p-xilene
acido tereftalico
HOOC-C6H4-COOH
dimetil tereftalato CH3HOOC-C6H4-COOCH3
fibre di poliestere (Dacron)
polietilen tereftalato (PET)
FENOMENI DI TRASPORTO: NATURA E RUOLO
xilene: isomeri
orto-xilene
Tm
Tb
meta-xilene
para-xilene
o-xilene
m-xilene
p-xilene
-25°C
144°C
-48°C
139°C
13°C
138°C
produzione di xileni
dal processo di ‘reforming’ della frazione (250°-450°F)
della distillazione del greggio
FENOMENI DI TRASPORTO: NATURA E RUOLO
xilene: isomeri
orto-xilene
Tm
Tb
meta-xilene
para-xilene
o-xilene
m-xilene
p-xilene
-25°C
144°C
-48°C
139°C
13°C
138°C
produzione di xileni
dal processo di ‘reforming’ della frazione (250°-450°F)
della distillazione del greggio
processo di ciclizzazione
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
processo di aromatizzazione
H2C
H2C
H2
C
C
H2
CH2
CH2
+ H2
+ 3H2
FENOMENI DI TRASPORTO: NATURA E RUOLO
processo di produzione di paraxilene
Criteri di analisi
1) Il processo di produzione di paraxilene nel suo insieme
2) Le operazioni unitarie che lo compongono
3) I processi di trasporto (di materia, energia, e
quantità di moto) su scala locale
FENOMENI DI TRASPORTO: NATURA E RUOLO
FENOMENI DI TRASPORTO: NATURA E RUOLO
processo di produzione di paraxilene
processi di trasporto su scala locale (diffusivi):
di materia:
dei reagenti e prodotti fuori e dentro le particelle catalitiche
dei componenti delle miscele tra le fasi (L/V, L/L, L/S)
di energia (calore):
negli scambiatori
dentro Ie unità di separazione e i tubi
tra unità di processo e ambiente
tra tubi e ambiente
di quantità di moto:
negli scambiatori
dentro Ie unità di separazione e i tubi
tra unità di processo e ambiente
tra tubi e ambiente
