Ingegneria Chimica

STEFANO CERBELLI
MARIA ANNA MURMURA

Il corso si fonda sulle conoscenze di base acquisite nei corsi di Chimica e Fisica I e si propone
di fornire agli studenti gli strumenti concettuali necessari per
affrontare la modellizzazione degli equilibri di fase e degli equilibri chimici.Lo studente deve saper analizzare sistemi semplici ( a pressioni
moderate) sulla base delle condizioni di equilibrio fisico e chimico
ottenute a partire dalla seconda legge della termodinamica. i; in
particolare deve saper sviluppare un'analisi degli ordini di grandezza
per individuare i termini significativi nelle equazioni di equilibrio.

L'obiettivo del corso è quello di fornire le conoscenze di base per affrontare lo studio di equilibri chimici nonché di equilibri di fase per componenti puri e miscele binarie,
in condizioni di debole deviazione dell'idealità.

Il corso si fonda sulle conoscenze acquisita a Chimica e Fisica I

Bilanci macroscopici di Materia per sistemi non reagenti
Equazione di bilancio globale, Equazioni di bilancio parziale, Sistemi stazionari: calcolo del numero di gradi di libertà. Bilanci di materia per semplici sistemi non stazionari
Bilanci macroscopici di energia
Definizione della energia interna e della entalpia. I principio della termodinamica applicato a sistemi chiusi. Definizione del calore specifico a pressione costante, a volume costante e del calore standard di formazione. Definizione del calore di reazione. Stato di riferimento per il calcolo di variazioni di energia interna e di entalpia: caso di sitemi reagenti e non. Applicazione del I Principio allo studio dei sistemi aperti. Espansione in valvola e potenza di compressione
II Principio della Termodinamica
Definizione della funzione di stato entropia. Definizione dei potenziali termodinamici. Calcolo della variazione di entropia per alcune semplici trasformazioni. Equazione di bilancio macroscopico di entropia. Condizione generale di equilibrio. Condizione di equilibrio a temperatura e pressione costante Definizione della fugacità e del coefficiente di fugacità per un componente puro: effetto Pointyng.
Equazioni di stato per i fluidi
Teorema degli stati corrispondenti a due e a tre parametri. Equazioni di stato cubiche: equazione di Van der Waals e di Redlich Kwuong. Metodi per il calcolo dei parametri. Calcolo della tensione di vapore con una equazione di stato cubica. Equazioni di stato viriali. Equazioni empiriche per il calcolo delle tensioni di vapore. Calcolo di proprietà termodinamiche con le diverse equazioni di stato. Applicazione delle varie equazioni di stato alle miscele: definizione delle regole di mescolamento
Termodinamica dei Sistemi multicomponente
Definizione di fugacità e coefficiente di fugacità per una miscela e di un componente in miscela. Ipotesi di Lewis e Randall.Calcolo dei coefficienti di fugacità mediante le varie equazioni di stato Definizione della attività e dei coefficienti di attività. Riferimento di Raoult .Definizione della costante di Henry e del riferimento di Henry. Dipendenza dei coefficienti di attività da pressione e temperatura. Modelli empirici per esprimere la dipendenza dei coefficienti di attività dalla composizione. Modelli di Margules e Van Laar: determinazione delle costanti di attività. Cenni al calcolo dei coefficienti di attività per sistemi ternari
Condizioni di equilibrio per sistemi reagenti e non reagenti
Condizioni di equilibrio per sistemi in equilibrio fisico e/o chimico. Regola delle fasi
Equilibrio liquido-liquido
Condizione di smescolamento per sistemi binari. Definizione delle condizioni di solubilità critica. Calcolo della composizione delle fasi in equilibrio. Caso particolare dei sistemi simmetrici. Dipendenza della lacuna di miscibilità da temperatura e pressione. Equilibrio liquido liquido ternario
Equilibrio liquido-vapore
Condizione generale di equilibrio liquido vapore per sistemi a due o a più componenti. Calcolo della pressione (o della temperatura) di inizio ebollizione e della pressione (o della temperatura) di inizio condensazione per sistemi completamente ideali in fase vapore e in fase liquida. Caso dei sistemi non ideali in fase liquida. Condizione di azeotropia: presenza di massimi o minimi nella curva ebollizione e condensazione. Equilibrio liquido-liquido-vapore e definizione delle condizioni di eteroazeotropia. Sistemi con completa immiscibilità in fase liquida. Calcolo della temperatura e della composizione azeotropica. Calcolo della temperatura di inizio condensazione. Curve di condensazione: caso delle miscele completamente ideali o ad immiscibilità totale in fase liquida
Equilibrio liquido gas
Condizioni generali di equilibrio. Influenza della pressione e della temperatura sulla solubilità di un gas in un liquido. Condensazione in presenza di un incondensabile. Definizione della Umidità
Equilibrio Chimico
Definizione della costante termodinamica di equilibrio. Calcolo della costante termodinamica di equilibrio e sua dipendenza dalla temperatura. Calcolo della composizione di equilibrio in condizioni operative fissate: sistemi omogenei in fase liquida e in fase gassosa. Equilibri in sistemi eterogenei: condizioni di equilibrio chimico e fisico.

"Termodinamica per l’ingegneria chimica" di Fausto Gironi

Lezione frontale

In presenza

Prova scritta: esercizi da risolvere, anche numericamente
Prova orale: ammissione in base agli esiti della prova scritta, discussione di problemi o domande di teoria

- Determinazione di condizioni di equilibrio per componenti puri e miscele binarie.
- Formulazione e soluzione di bilanci di materia ed energia.
- Studio delle proprietà termodinamiche per componenti puri e in miscela.

• Grandezze termodinamiche
  • Testi di riferimento: "Termodinamica per l'Ingegneria Chimica I", F. Gironi


• Equazioni di stato
  • Testi di riferimento: "Termodinamica per l'Ingegneria Chimica I", F. Gironi


• Fugacità e coefficienti di fugacità
  • Testi di riferimento: "Termodinamica per l'Ingegneria Chimica I", F. Gironi


• Attiviità e coefficienti di attività
  • Testi di riferimento: "Termodinamica per l'Ingegneria Chimica I", F. Gironi


• Modelli per il calcolo dei coefficienti di attività
  • Testi di riferimento: "Termodinamica per l'Ingegneria Chimica I", F. Gironi


• Equilibrio LL
  • Testi di riferimento: "Termodinamica per l'Ingegneria Chimica I", F. Gironi


• Equilibri LV
  • Testi di riferimento: "Termodinamica per l'Ingegneria Chimica I", F. Gironi


• Equilibri LG
  • Testi di riferimento: "Termodinamica per l'Ingegneria Chimica I", F. Gironi


• Equilibri Chimici
  • Testi di riferimento: "Termodinamica per l'Ingegneria Chimica I", F. Gironi