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TERMODINAMICA DELL'INGEGNERIA CHIMICA

Roberto PANTANI TERMODINAMICA DELL'INGEGNERIA CHIMICA

0612200009
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA
INGEGNERIA CHIMICA
2016/2017



OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2012
PRIMO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
12120LEZIONE
ROBERTO PANTANI T Curriculum
FRANCESCO MARRA Curriculum
Obiettivi
Conoscenza e comprensione
Conoscenza, comprensione e determinazione quantitativa di: principali variabili termodinamiche di sostanze pure (pressione, volume, temperatura, energia interna, entalpia, entropia, energia libera), bilanci di materia e di energia in presenza ed in assenza di reazione chimica, macchina di Carnot, ciclo frigorifero, composizioni di fasi all’equilibrio fisico per sistemi ideali e reali (con coefficienti di attività da letteratura), proprietà termodinamiche delle soluzioni, composizioni di sistemi con reazioni chimiche in fase gas all’equilibrio termodinamico.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate - analisi ingegneristica
Capacità di risolvere problemi ingegneristici che coinvolgano le trasformazioni di gas reali ed ideali, gli equilibri chimici e fisici.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate - progettazione ingegneristica
Progettazione elementare di macchine termiche e individuazione delle condizioni più favorevoli per una reazione chimica.

Autonomia di giudizio – pratica ingegneristica
Capacità di utilizzo di una calcolatrice scientifica programmabile. Utilizzo di tabelle e diagrammi termodinamici.

Capacità trasversali - abilità comunicative
Acquisizione del linguaggio tipico dell’ingegneria chimica.

Capacità trasversali - capacità di apprendere
L'allievo saprà applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, ed approfondire gli argomenti trattati in situazioni diverse da quelle proposte.
Prerequisiti
PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI SONO RICHIESTE CONOSCENZE CHIMICHE, FISICHE E MATEMATICHE DI BASE.
Contenuti
1) INTRODUZIONE, UNITÀ DI MISURA E TERMINOLOGIA FONDAMENTALE.
IL SISTEMA INTERNAZIONALE, IL SISTEMA ANGLOSASSONE, UNITÀ DI USO COMUNE. IL CONCETTO DI MOLE. LE PRINCIPALI UNITÀ DI CONCENTRAZIONE: FRAZIONI MOLARI, FRAZIONI MASSICHE E VOLUMETRICHE, PARTI PER MILIONE, PRESSIONI PARZIALI

2)IL CONCETTO GENERALE DI BILANCIO E IL BILANCIO DI MATERIA.
BILANCIO DI MASSA SU SISTEMI CHIUSI E APERTI IN ASSENZA DI REAZIONI CHIMICHE, IL TERMINE DI ACCUMULO. IL BILANCIO DI MASSA SU SISTEMI INDUSTRIALI: SEPARATORI E MISCELATORI. SISTEMI CON RICICLO. LA REAZIONE CHIMICA, NUMERI STECHIOMETRICI, GRADO DI AVANZAMENTO, REAGENTE LIMITANTE. RESA DI UNA REAZIONE. BILANCIO SU SISTEMI REAGENTI: BILANCIO IN MOLI E TERMINE DI GENERAZIONE.

3) BILANCIO DI ENERGIA: IL I PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA.
IL BILANCIO DI ENERGIA SU SISTEMI APERTI E CHIUSI. GRANDEZZE DI STATO.
L'ENERGIA INTERNA E IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA. L'ENTALPIA. IL CALORE SPECIFICO A PRESSIONE E A VOLUME COSTANTE.

4) PROPRIETÀ VOLUMETRICHE DELLE SOSTANZE PURE.
TRANSIZIONI SOLIDO-LIQUIDO E LIQUIDO-GAS. PIANI P-V E T-V. EQUAZIONE DEI GAS IDEALI, EQUAZIONI CUBICHE. SOLUZIONI DI EQUAZIONI PER TENTATIVI. PRINCIPIO DEGLI STATI CORRISPONDENTI, FATTORE DI COMPRESSIBILITÀ E FATTORE ACENTRICO.

5) EFFETTI TERMICI LEGATI ALLE TRASFORMAZIONI.
CALORE SENSIBILE E CALORE LATENTE, CP MEDIO ENTALPICO, CALCOLO DELLE TENSIONI DI VAPORE E DEI CALORI LATENTI IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA. BILANCIO DI ENERGIA PER SISTEMI REAGENTI. CALORI STANDARD DI FORMAZIONE. TABELLE E GRAFICI DI PROPRIETÀ FISICHE. INTERPOLAZIONI. CALCOLI TERMODINAMICI SU REAZIONI DI INTERESSE INDUSTRIALE.

6) II PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA.
ENTROPIA. ENUNCIATI DEL II PRINCIPIO. LAVORO PERSO. ENERGIA LIBERA DI GIBBS. MACCHINE TERMICHE. MACCHINA E CICLO DI CARNOT. MACCHINE FRIGORIFERE.

7) PROPRIETÀ TERMODINAMICHE DEI FLUIDI.
RELAZIONI FONDAMENTALI DELLE PROPRIETÀ TERMODINAMICHE DI SOSTANZE PURE: RELAZIONI DI MAXWELL. PROPRIETÀ RESIDUE. SISTEMI MULTIFASICI E DIAGRAMMI TERMODIMANICI. EQUAZIONI DI CLAPEYRON E DI CLAUSIUS-CLAPEYRON.

8) TERMODINAMICA DELLE MISCELE.
PROPRIETÀ PARZIALI MOLARI; IL POTENZIALE CHIMICO; TEOREMA DI GIBBS; MISCELE DI GAS IDEALI E MISCELE IDEALI. PROPRIETÀ DI ECCESSO.

9) EQUILIBRIO FISICO PER SISTEMI MULTICOMPONENTI.
MISCELE IDEALI E LEGGE DI RAOULT. DEVIAZIONI DALL'IDEALITÀ E LEGGE DI HENRY. LEGGE DI RAOULT GENERALIZZATA. CALCOLI PER SISTEMI IDEALI E REALI. COEFFICIENTE DI ATTIVITÀ. EQUAZIONI DI MARGULES, VAN LAAR E WILSON. FONDAMENTI DEI PROCESSI DI SEPARAZIONE BASATI SULL’EQUILIBRIO FISICO. CALCOLI SU UN SEPARATORE “FLASH” PER SISTEMI BINARI. AZEOTROPI. TERMODINAMICA DELLA MISCELAZIONE. DIAGRAMMI ENTALPIA-COMPOSIZIONE, REGOLA DELLA LEVA. MISCIBILITÀ E IMMISCIBILITÀ, LACUNE DI MISCIBILITÀ. CALCOLI DI PROPRIETÀ DI SOLUZIONI REALI E DI PUNTI DI AZEOTROPO. DIAGRAMMI TERNARI.

10) PROPRIETÀ COLLIGATIVE.
INNALZAMENTO EBULLIOSCOPICO. ABBASSAMENTO CRIOSCOPICO. PRESSIONE OSMOTICA. LA LEGGE DI VAN’T HOFF. DETERMINAZIONE DI PESI MOLECOLARI ATTRAVERSO MISURE DI PRESSIONE OSMOTICA.

11) EQUILIBRIO CHIMICO.
CRITERIO GENERALE DI EQUILIBRIO TERMODINAMICO. EQUILIBRIO NELLE REAZIONI CHIMICHE. ENERGIA LIBERA STANDARD DI FORMAZIONE E VARIAZIONE DI ENERGIA LIBERA STANDARD DI REAZIONE. LA COSTANTE DI EQUILIBRIO, EFFETTO DELLA TEMPERATURA SULLA COSTANTE DI EQUILIBRIO. CALCOLI DI COSTANTI DI EQUILIBRIO. LA COMPOSIZIONE DI EQUILIBRIO. GRADO DI AVANZAMENTO E VELOCITÀ DEL GRADO DI AVANZAMENTO DI UNA REAZIONE. CALCOLO DI COMPOSIZIONI DI EQUILIBRIO PER SISTEMI GASSOSI E PER SISTEMI LIQUIDI SUSCETTIBILI DI REAZIONI CHIMICHE.
Metodi Didattici
L’INSEGNAMENTO CONTEMPLA LEZIONI TEORICHE ED ESERCITAZIONI IN AULA. NELLE ESERCITAZIONI IN AULA VENGONO PRESENTATI SEMPLICI PROBLEMI SIA DI TIPO CALCOLATIVO CHE ANALITICO. LE DISPENSE DEL CORSO E ALCUNE ESERCITAZIONI SVOLTE SARANNO DISPONIBILI SUL SITO INTERNET WWW.POLYMERTECHNOLOGY.IT
Verifica dell'apprendimento
LA VALUTAZIONE DEL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI AVVERRÀ MEDIANTE UNA PROVA SCRITTA E COLLOQUIO ORALE.
È CONDIZIONE ESSENZIALE PER IL RAGGIUNGIMENTO DELLA SUFFICIENZA LA CORRETTA FORMULAZIONE DEI BILANCI DI MASSA IN PRESENZA ED IN ASSENZA DI REAZIONI CHIMICHE, LA CAPACITÀ DI LEGGERE ED INTERPRETARE I PRINCIPALI DIAGRAMMI TERMODINAMICI, L’APPLICAZIONE CORRETTA DELLE RELAZIONI DI EQUILIBRIO FISICO NEL CASO IDEALE, L'IMPOSTAZIONE DEL CALCOLO DI EQUILIBRIO CHIMICO PER REAZIONI GASSOSE.
LO STUDENTE RAGGIUNGE IL LIVELLO DI ECCELLENZA SE SI RIVELA IN GRADO DI AFFRONTARE CON CONSAPEVOLEZZA PROBLEMI INCONSUETI O NON ESPRESSAMENTE TRATTATI A LEZIONE.
LA VOTAZIONE DIPENDERÀ DAL GRADO DI MATURITÀ ACQUISITO SUI CONTENUTI E GLI STRUMENTI METODOLOGICI ESPOSTI DEL CORSO, TENENDO CONTO ANCHE DELLA QUALITÀ DELL'ESPOSIZIONE SCRITTA E ORALE E DELL'AUTONOMIA DI GIUDIZIO DIMOSTRATA.
Testi
FONDAMENTI DI TERMODINAMICA DELL’INGEGNERIA CHIMICA, ROTA R., CASA EDITRICE PITAGORA (2004)

INTRODUCTION TO CHEM. ENG. THERMODYNAMICS - JM SMITH, HC VAN NESS, MCGRAW-HILL (2005)

PERRY'S CHEMICAL ENGINEERING HANDBOOK
Altre Informazioni
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