79591 - FONDAMENTI E APPLICAZIONI DELL'INGEGNERIA DI PROCESSO T

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Energia pulita e accessibile Industria, innovazione e infrastrutture Città e comunità sostenibili Consumo e produzione responsabili

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Acquisizione di conoscenze per l'analisi quantitativa di operazioni e di sistemi dell'industria di processo, finalizzati in particolare alla gestione di risorse energetiche, alla conversione termochimica di combustibili ed al controllo delle emissioni.

Programma/Contenuti

L'insegnamento costituisce un'introduzione all'analisi quantitativa delle operazioni dell'industria di processo, eseguita attraverso bilanci di materia ed energia per singole apparecchiature e per sistemi complessi. La trattazione viene riferita ad impianti tipici del settore energetico, con particolare attenzione all’analisi dei processi di combustione finalizzati alla produzione di energia, dei processi di separazione termici e dei processi di raffreddamento/ condizionamento.

Propedeuticità consigliate

L’allievo che accede a questo insegnamento conosce i fondamenti della Chimica generale e della Termodinamica acquisibili rispettivamente nei corsi di Fondamenti di Chimica T e di Termodinamica applicata T.

Tutte le lezioni saranno tenute in Italiano. È quindi necessaria la comprensione della lingua italiana per seguire con profitto il corso e per poter utilizzare il materiale didattico fornito.

Argomenti principali.

  1. Rappresentazione schematica degli impianti di processo: diagrammi a fiume e schemi di processo. L'impianto come sistema di scatole nere. I sottosistemi costituenti un impianto di processo: apparati continui, semicontinui e discontinui. Funzionamento in condizioni stazionarie e transitorie.
  2. Stato delle correnti materiali ed energetiche: variabili di composizione e variabili di flusso, definizioni, proprietà, relazioni ed unita' di misura. Grandezze estensive, intensive e molari parziali. Proprietà di una miscela ideale; applicazione del teorema di Eulero.
  3. L'equazione di bilancio integrale di una proprietà estensiva: termini di accumulo, generativi e di flusso.
  4. Bilanci di materia per singoli apparati, in presenza ed in assenza di trasformazione della materia, in condizioni di regime stazionario e transitorio. Reagente limitante ed in eccesso, conversione, selettività e resa. Concetto di base di bilancio. Esempi relativi ad apparati dell'industria e del settore energetico.
  5. L'equazione di bilancio integrale di energia: forma generale (richiami).Applicazione alla soluzione di problemi tipici dell'ingegneria di processo: forme semplificate.
  6. Bilanci di energia per singoli apparati, in presenza ed in assenza di trasformazione della materia. Richiami sul calcolo di variazioni di entalpia per sostanze pure: uso di tabelle e diagrammi termodinamici, di calori molari del gas ideale, di calori latenti. Criteri di scelta dello stato di riferimento più opportuno in relazione alla disponibilità dei dati. Richiami ed integrazioni di termochimica: stato standard, entalpia di reazione, entalpia di reazione standard, entalpia di formazione standard, entalpia di combustione. Reperibilità dei dati. Applicazioni a miscele ideali e a miscele di gas ideali. Calcolo della potenza meccanica in macchine motrici ed operatrici e delle condizioni della corrente in uscita: applicazione del rendimento rispetto alla trasformazione isoentropica.
  7. Combustibili: aspetti generali e problematiche associate alle reazioni di combustione. Combustibili solidi, liquidi e gassosi. Analisi immediata ed elementare. Criteri di classificazione dei greggi. Biomasse. Combustibili derivati dai rifiuti. Biogas. Biodiesel. Applicazioni di bilanci di materia ed energia a sistemi con reazioni di combustione: calcolo della composizione dei fumi secchi ed umidi al variare della composizione del combustibile e dell'eccesso d'aria. Potere calorifico inferiore e superiore. Calcolo della temperatura teorica di fiamma.
  8. Bilancio di materia ed energia per un impianto in condizioni stazionarie. Problematiche e metodologia di soluzione del problema generale. Analisi delle correnti principali (alimentazione fresca, combinata, spurgo e ricircolo) e delle apparecchiature principali. Esempi di applicazioni ad impianti tipici del settore energetico: pretrattamenti dei combustibili, caldaie per la produzione di vapore con recupero energetico dei fumi, cicli di potenza, cicli di raffreddamento a compressione di vapore, liquefazione di gas, trattamento dei fumi di combustione.
  9. Sistemi gas-liquido contenenti un solo composto condensabile: temperatura di rugiada, umidità assoluta e relativa. Legge di Raoult. Calcolo delle condizioni di rugiada e dell'umidità relativa mediante l'uso di dati di tensione di vapore. Richiami sul diagramma psicrometrico e suo utilizzo per la soluzione di bilanci di materia ed energia.

Testi/Bibliografia

R.M.Felder, R.W.Rousseau, Elementary Principles of Chemical Processes, J.Wiley & Sons, New York, 3a edizione, 2000.

F.P.Foraboschi, Principi di Ingegneria Chimica, UTET, Torino ( cap.I)

·O.A. Hougen, K.M. Watson, R.A.Ragatz, Principi dei processi chimici, vol.1, Casa Editrice Ambrosiana, 1967.

Appunti del docente disponibili sul sito web di UNIBO dedicato

Metodi didattici

Lezioni ed esercitazioni in aula.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova di esame consta in una prova scritta in cui viene richiesta la soluzione numerica di problemi di bilancio di materia ed energia su singole apparecchiature e su sistemi complessi. Non è consentita la consultazione di libri né appunti, né l’uso di personal computer e/o tablet. All’appello verrà richiesto il deposito degli apparecchi di telefonia mobile.

Punteggio massimo: 34/30; punteggio minimo per il superamento della prova: 18/30.

Verbalizzazione: il voto finale è dato dal punteggio ottenuto nella prova scritta.

Obblighi e facilitazioni

E’ consentito ripetere la prova scritta risultata negativa senza limiti di accesso agli appelli.

E’ consentito ripetere una prova scritta valutata positivamente. La consegna dell’elaborato annulla il risultato precedente; è possibile esercitare la rinuncia alla consegna.

E’ consentito ripetere una prova scritta valutata positivamente e fino al massimo di una volta, in caso di consegna dell’elaborato.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Serena Bandini