40785 - COMPLEMENTI DI IMPIANTI CHIMICI

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso comprende approfondimenti riguardanti la reattoristica chimica ed i processi di separazione. Circa il primo aspetto, al termine del corso, lo studente ha acquisito competenze per la trattazione di base di problemi di ingegneria delle reazioni chimiche, finalizzate alla comprensione ed alla previsione della prestazione dei reattori chimici. Circa il secondo aspetto, al termine del corso lo studente ha maturato strumenti per la progettazione e verifica di apparecchiature utilizzate nelle principali operazioni di separazione. Inoltre, lo studente è stato guidato nell’analisi di un processo di produzione, scegliendo la strumentazione necessaria per il controllo dell'impianto.

Contenuti

Prerequisiti:

Conoscenze di base del calcolo differenziale e integrale per funzioni di una variabile reale. (Attività formativa: Matematica con esercitazioni).

Conoscenze di termodinamica applicabili a sistemi di interesse chimico in condizioni di equilibrio. Equilibri di fase in sistemi monocomponente. (Attività formativa: Chimica Fisica).

Bilanci di materia e di energia a applicati ad apparati ed impianti. Fondamenti di moto dei fluidi e analisi dei fenomeni di trasporto. Elementi di base dell’impiantistica chimica. Applicazione di modelli fluidodinamici semplificati a processi di separazione e di reattoristica chimica (Attività formativa: Impianti chimici)

Premessa

L'insegnamento ha per oggetto lo studio delle apparecchiature utilizzate per i principali processi di separazione e dei reattori chimici monofase e multifase ed è articolato in due moduli.

Modulo 1 (5 CFU) – Apparecchiature per l’industria chimica con esercitazioni, Prof. Alessandro Paglianti

Introduzione e analisi dei processi chimici. I diagrammi a Blocchi, Flowsheet e diagrammi di processo e strumentazione (P&I). Strumentazione e Misure di Processo: Misuratori di portata, pressione, temperatura, livello e loro utilizzazione. Valvole di sicurezza (PSV) e dischi di rottura. Serbatoi e movimentazione di fluidi: Serbatoi di processo e di stoccaggio; pompe centrifughe e volumetriche, Curve caratteristiche, NPSH. Fluidi di servizio. I fluidi caldi: acqua, acqua surriscaldata calda, vapore, oli diatermici. I fluidi freddi acqua di torre, fluidi frigoriferi. Concentrazione: operazione in singolo ed in multiplo effetto, esempi di P&I. Evaporatori a circolazione naturale e forzata. Ricompressione del vapore: compressione meccanica e termocompressione. Distillazione: Distillazione flash, distillazione in processo continuo con riflusso: bilanci di materia, valutazione del numero di piatti ideali, bilanci di entalpia. Operazione con impianti operanti in multiplo effetto e con ricompressione del vapore. Assorbimento: Progettazione di colonne a riempimento: correlazioni per la progettazione fluidodinamica e per il trasferimento di materia. Assorbimento con reazione chimica.

Modulo 2 (5 CFU) - Reattori chimici con esercitazioni, Prof.ssa Giuseppina Montante

Caratteristiche geometriche e principi di funzionamento dei reattori impiegati nell’industria chimica. Fluidodinamica in reattori monofase con fluidi Newtoniani e non-Newtoniani. Fluidodinamica in reattori multifase. Scambio di materia e di calore nei reattori chimici. Interazione tra fluidodinamica, trasporto di materia e di calore e cinetica chimica. Effetti sulle prestazioni dei reattori.

Criteri di progetto e metodi per il passaggio di scala.

Modellazione e simulazione di reattori chimici basata su metodi di Fluidodinamica Computazionale (CFD).

Testi/Bibliografia

W.L. McCabe, J.C. Smith, P. Harriott, Unit Operations of Chemical Engineering, 5^ ed., McGraw-Hill, 1993.

E. Treybal, Mass-Transfer Operations, 3^ ed., McGraw-Hill, 1981.

R.H. Perry Chemical Engineers' Handbook, 7^ ed., McGraw-Hill, 1998.

UNICHIM, Impianti Chimici- Simboli e sigle per schemi e disegni, ed. 1986.

Edward L. Paul, Victor A. Atiemo-Obeng, Suzanne M. Kresta, Handbook of Industrial Mixing: Science and Practice, John Wiley & Sons, 2004.

H.K. Versteeg and W. Malalasekera, An introduction to computational fluid dynamics : the finite volume method, Pearson, 2007.

[Si tratta di testi di riferimento consigliati, utili per approfondimenti di varie parti del programma; non sono adottati ufficialmente, né seguiti in modo dettagliato.].

Metodi didattici

Lezioni in aula ed esercitazioni in aula e in aula informatica, per l'uso di codici di fluidodinamica computazionale.

Gli argomenti vengono presentati e discussi utilizzando la lavagna e il supporto di presentazioni e videoproiettore.

La frequenza delle lezioni è fortemente consigliata al fine di rendere più efficace e veloce il processo di apprendimento, non è obbligatoria e non costituisce elemento di valutazione.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova finale orale articolata in due parti corrispondenti ai due Moduli del corso, da sostenere dopo il termine delle lezioni. La prova orale, di tipo non strutturato, ha per oggetto l’impostazione e la discussione di problemi volti ad applicare gli strumenti acquisiti per l’analisi del funzionamento dei reattori e degli apparati utilizzati nei processi di separazione. Inoltre, allo studente è richiesto di verificare particolari ipotesi e interpretare i risultati ottenuti.

La prova finale mira a verificare il raggiungimento dei seguenti obiettivi didattici:

• capacità di impiegare gli strumenti di analisi e di calcolo, oggetto delle lezioni e delle esercitazioni, per comprendere il funzionamento dei reattori chimici e delle apparecchiature;
• capacità di impiegare i risultati ottenuti al fine di prevedere e migliorare il funzionamento di reattori chimici, impianti e apparecchiature di processo e di analizzare criticamente particolari condizioni di progetto e/o di verifica.

Il voto finale, espresso in trentesimi, è dato dalla media aritmetica dei voti ottenuti nelle prove relative ai due moduli.

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione tramite “AlmaEsami”, nel rispetto inderogabile delle scadenze previste.

Strumenti a supporto della didattica

Il materiale utilizzato a supporto delle lezioni alla lavagna, quali presentazioni e videoproiezione; è messo a disposizione degli studenti in formato elettronico su Virtuale.

I libri di testo sono disponibili presso la Biblioteca del Dipartimento di Chimica Industriale "Toso Montanari". Alcuni aspetti possono essere approfonditi utilizzando le Banche Dati di Ateneo accessibili anche attraverso la rete wireless.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandro Paglianti

Consulta il sito web di Giuseppina Montante