29903 - OPERAZIONI UNITARIE NELL'INDUSTRIA DI PROCESSO T

Conoscenze e abilità da conseguire

Acquisire le metodologie e le conoscenze teoriche necessarie l'analisi delle principali operazioni unitarie di tipo fisico utilizzate nell'industria di processo. Fornire elementi di conoscenza in merito alle principali tipologie di apparecchiature utilizzate, ai principi di funzionamento ed ai criteri di scelta delle stesse.

Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

L’allievo che accede a questo insegnamento ha acquisito una solida conoscenza della termodinamica, della fluidodinamica e dei fenomeni di trasporto. Tali nozioni si acquisiscono in generale superando gli esami di Termodinamica dell'Ingegneria Chimica, di Fluidodinamica e di Principi dell'Ingegneria Chimica e Biochimica.

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

Contenuti dell'Insegnamento

1) Introduzione alle operazioni unitarie. Il concetto di operazione unitaria. Relazione tra studio dell'operazione unitaria e progettazione della relativa apparecchiatura di processo. Impostazione generale dei criteri di analisi delle diverse operazioni unitarie. Equazioni di bilancio e di flusso, relazioni di equilibrio. Apparecchiature discontinue e a stadi: il concetto di stadio di equilibrio. Apparecchiature continue: il concetto di unità di trasferimento.

2) Scambio termico in assenza di cambiamento di fase. Richiami sulla trasmissione del calore. Equazioni di bilancio. Equazioni di flusso e forza motrice. L'utilizzo della media logaritmica di temperatura per il calcolo della forza motrice. Il calcolo dei coefficienti di scambio termico e la dipendenza dalla geometria dell'apparecchiatura. Descrizione dei principali tipi di scambiatori di calore e criteri di scelta. Impostazione delle equazioni di bilancio e di flusso per scambiatori di calore liquido/liquido in assenza di cambiamento di fase: scambiatori a doppio tubo, a fascio tubiero, a serpentino o semitubo. Standard costruttivi degli scambiatori a fascio tubiero (norme TEMA). Calcoli di verifica su scambiatori.

3) Scambio termico in presenza di cambiamento di fase. Richiami sul fenomeno della condensazione. Equazioni di bilancio. Equazioni di flusso e forza motrice. Coefficiente di scambio termico: la teoria di Nusselt. Descrizione delle principali apparecchiature per la condensazione. Impostazione delle equazioni di bilancio e di flusso per condensatori di vapori puri. Calcoli di verifica su condensatori. di vapori puri. Richiami sul fenomeno dell'evaporazione. Descrizione dei principali tipi di evaporatori e criteri di scelta.

4) Distillazione. Richiami sugli equilibri liquido-vapore in sistemi multicomponente. Flash adiabatico. Distillazione differenziale. Rettifica. Distillazione continua. Calcolo del numero di stadi teorici per sistemi binari. Colonne complete, di arricchimento puro, di esaurimento puro. Prelievi intermedi ed alimentazioni multiple. Cenni sul calcolo di colonne di distillazione per la separazione di miscele a più componenti. Distillazione discontinua. Calcolo del numero di stadi teorici, funzionamento di colonne di distillazione in discontinuo. Cenni sulla distillazione in corrente di vapore, azeotropica ed estrattiva.

5) Assorbimento e stripping. Richiami sul trasferimento di materia interfase gas/liquido. Equazioni di bilancio. Equazioni di flusso e forza motrice. Coefficiente di scambio di materia e dipendenza dalla geometria dell'apparecchiatura. Descrizione dei principali tipi di apparecchiature e criteri di scelta. Calcolo del numero di stadi teorici in colonne a piatti. Calcolo del numero di unità di trasferimento in colonne a riempimento.

6) Estrazione liquido-liquido. Richiami sugli equilibri liquido-liquido. Equazioni di bilancio. Equazioni di flusso e forza motrice. Coefficiente di scambio di materia. Descrizione dei principali tipi di apparecchiature e criteri di scelta. Calcolo del numero di stadi teorici.

7) Lisciviazione. Richiami sugli equilibri liquido-solido. Equazioni di bilancio. Equazioni di flusso e forza motrice. Coefficiente di scambio di materia. Descrizione dei principali tipi di apparecchiature e criteri di scelta. Calcolo del numero di stadi teorici.

Testi/Bibliografia

R.H. Perry, D.W. Green: "Perry'S Chemical Engineer' Handobook", Mc Gaw-Hill

D. Kern: "Process heat transfer", Mc Graw - Hill

R.E. Treybal: "Mass transfer operations", Mc Graw - Hill

J.M. Coulson, J.F. Richardson: "Chemical Engineering", Pergamon Press (vols. 1, 2 and 6)

Metodi didattici

Lezioni ed esercitazioni numeriche in aula

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

[Finchè perdurerà l'emergenza COVID l'impossibilità di svolgere le prove di esame in presenza, le regole relative allo svolgimento della prova scritta e alla composizione del voto finale sono modificate. Si prega di consultare il sito IOL dell'insegnamento per il dettaglio su modalità e contenuti delle prove a distanza e sulla composizione del voto finale]  

E' prevista una prova scritta ed un colloquio orale. La prova scritta può essere sostituita da due verifiche svolte durante il periodo di lezione.

La prova scritta permette di accedere all'orale se superata con voto uguale o superiore a 16/30. L'orale può essere sostenuto per un massimo di due volte. In caso di esito negativo è necessario sostenere nuovamente la prova scritta. Il voto positivo conseguito alla conclusione della prova orale può essere rifiutato una sola volta. Al secondo esito positivo dell'esame complessivo il candidato è tenuto ad accettare il voto conseguito.

La prova scritta ha una validità di sei mesi, entro i quali è necessario sostenere con esito positivo l'orale. Le verifiche intermedie non hanno limite di validità.

Il superamento dell’esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell’insegnamento, ed in particolare relativamente ai fondamenti teorici delle operazioni unitarie analizzate, ai metodi di calcolo e verifica delle operazioni unitarie ed ai principi di funzionamento delle apparecchiature utilizzate. Un punteggio più elevato sarà attribuito agli studenti che dimostreranno di aver compreso ed essere capaci di utilizzare tutti i contenuti dell’insegnamento illustrandoli con capacità di linguaggio e mostrando capacità di approfondimento teorico dei concetti appresi, anche collegandoli agli aspetti trattati in corsi propedeutici. Il mancato superamento dell’esame potrà essere dovuto all’insufficiente conoscenza dei concetti chiave presenti nelle relazioni ed alla mancata padronanza del linguaggio tecnico.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Valerio Cozzani

Consulta il sito web di Valeria Casson Moreno