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TERMODINAMICA DELL'INGEGNERIA CHIMICA

Francesco MARRA TERMODINAMICA DELL'INGEGNERIA CHIMICA

0612200009
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA
INGEGNERIA CHIMICA
2020/2021



OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2016
PRIMO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
12120LEZIONE
FRANCESCO MARRA T 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 E DI FOGLI DI CALCOLO ELETTRONICI PER I CALCOLI DELLA TERMODINAMICA DELL’INGEGNERIA CHIMICA. UTILIZZO DI TABELLE E DIAGRAMMI TERMODINAMICI.

CAPACITÀ TRASVERSALI - CAPACITÀ DI APPRENDERE
ACQUISIZIONE DEL LINGUAGGIO TIPICO DELL’INGEGNERIA CHIMICA.


CAPACITÀ TRASVERSALI - CAPACITÀ DI INDAGINE
L'ALLIEVO IMPARERÀ AD UTILIZZARE IL MANUALE DELL’INGEGNERE CHIMICO E LE TABELLE DELLE PROPRIETÀ TERMODINAMICHE. 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.

CAPACITÀ TRASVERSALI - ABILITÀ COMUNICATIVE
L'ALLIEVO IMPARERÀ AD UTILIZZARE LA CORRETTA TERMINOLOGIA RIFERITA AI SISTEMI TERMODINAMICI: DURANTE ALCUNE LEZIONI BASATE SU ACTIVE LEARNING, IMPARERÀ A PRESENTARE AI PROPRI COLLEGHI IN MANIERA APPROPRIATA, CHIARA E CONCISA PROBLEMI RIFERITI A SISTEMI TERMODINAMICI
Prerequisiti
Sono propedeutici gli insegnamenti di
Chimica
Fisica
Matematica II
Contenuti
1) INTRODUZIONE, UNITÀ DI MISURA E TERMINOLOGIA FONDAMENTALE (2H TEO; 1H ES).
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 (6H TEO; 6H ES)
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 PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA (6H TEO; 6H ES)
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 (6H TEO; 4H ES)
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 (6H TEO; 6H ES).
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) IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA (8H TEO; 6H ES).
ENTROPIA. ENUNCIATI DEL SECONDO PRINCIPIO. LAVORO PERSO. ENERGIA LIBERA DI GIBBS. MACCHINE TERMICHE. MACCHINA E CICLO DI CARNOT. MACCHINE FRIGORIFERE.

7) PROPRIETÀ TERMODINAMICHE DEI FLUIDI (4H TEO; 3H ES.).
RELAZIONI FONDAMENTALI DELLE PROPRIETÀ TERMODINAMICHE DI SOSTANZE PURE: RELAZIONI DI MAXWELL. PROPRIETÀ RESIDUE. SISTEMI MULTIFASICI E DIAGRAMMI TERMODINAMICI. EQUAZIONI DI CLAPEYRON E DI CLAUSIUS-CLAPEYRON.

8) TERMODINAMICA DELLE MISCELE (4H TEO; 2H ES).
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 (10H TEO; 12H ES).
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.

10) EQUILIBRIO CHIMICO (10H TEO; 12H ES).
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. EQUILIBRI DI SISTEMI ADIABATICI. CALCOLI DI COSTANTI DI EQUILIBRIO. LA COMPOSIZIONE DI EQUILIBRIO. CALCOLO DI COMPOSIZIONI DI EQUILIBRIO PER SISTEMI GASSOSI E PER SISTEMI LIQUIDI SUSCETTIBILI DI REAZIONI CHIMICHE. CENNI SU REAZIONI ETEROGENEE.
Metodi Didattici
L’INSEGNAMENTO PREVEDE 120 ORE DI DIDATTICA TRA LEZIONI ED ESERCITAZIONI IN AULA (12 CFU). IN PARTICOLARE SONO PREVISTE 60 ORE DI LEZIONE E 60 ORE DI ESERCITAZIONI. LE ESERCITAZIONI SONO SVOLTE IN MANIERA COOPERATIVA, GUIDATE DAL DOCENTE, CON L'AUSILIO DI MANUALI PER IL REPERIMENTO DI DATI E CALCOLATORI SCIENTIFICI PER LE ANALISI NUMERICHE.
L’INSEGNAMENTO È EROGATO IN PRESENZA.
LA FREQUENZA DEL CORSO È FORTEMENTE CONSIGLIATA.
Verifica dell'apprendimento
La valutazione del raggiungimento degli obiettivi prefissati avverrà mediante una prova scritta e un colloquio orale.
La prova scritta consiste tipicamente in due quesiti da svolgere in tre ore.
Per accedere alla prova orale, lo studente deve dimostrare di saper impostare i bilanci di materia e di energia, di saper reperire correttamente i dati sui manuali, di saper impostare le procedure di calcolo per il raggiungimento dei risultati. Una lista delle prove scritte è reperibile all’indirizzo web http://www.polymertechnology.it/bacheca/termodinamica
Il colloquio orale dura tipicamente 30min. Allo studente viene richiesto di affrontare almeno due problemi che coinvolgono aspetti termodinamici e gli vengono poste domande volte a mettere in evidenza la sua capacità di ragionamento sugli aspetti di interesse del corso.
La votazione finale è espressa in 30esimi ed è una media fra i risultati conseguiti nelle due prove. Essa 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.
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.
Testi
INTRODUCTION TO CHEMICAL ENGINNERING THERMODYNAMICS - JM SMITH, HC VAN NESS, MCGRAW HILL

PERRY'S CHEMICAL ENGINEERING HANDBOOK. R.H. PERRY, D. GREEN. MCGRAW HILL

Altre Informazioni
HTTPS://DOCENTI.UNISA.IT/004308/RISORSE
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2022-05-23]