Scienze Chimiche

MARIANNA VILLANO

Il corso concorre al raggiungimento degli obiettivi formativi di cui al Manifesto degli Studi della Laurea Triennale in Scienze Chimiche.
In particolare, il corso ha l’obiettivo di fornire agli studenti le conoscenze di base relative ai fenomeni di trasporto di calore, materia e quantità di moto allo scopo di:
a) selezionare le operazioni di separazione/purificazione di correnti materiali sulla base delle proprie caratteristiche chimico-fisiche;
b) dimensionare le apparecchiature nelle quali effettuare operazioni unitarie di separazione basate su proprietà termodinamiche;
c) dimensionare le apparecchiature nelle quali realizzare lo scambio termico;
d) applicare un approccio cinetico o per stadi di equilibrio nella progettazione delle apparecchiature dove realizzare operazioni unitarie di natura fisica.
Studenti e studentesse che abbiano superato l’esame avranno conosciuto e compreso (descrittore 1: conoscenze acquisite):
• Fondamenti sui fenomeni di trasporto di calore, materia e quantità di moto
• Fondamenti e principali tipologie di operazioni unitarie di separazione basate su proprietà termodinamiche
• Fondamenti delle operazioni unitarie di scambio di calore
• Fondamenti della progettazione delle apparecchiature per operazioni unitarie
Studenti e studentesse che abbiano superato l’esame saranno in grado di (descrittore 2 - competenze acquisite):
• selezionare tra le diverse opzioni le operazioni di separazione/purificazione più idonee alle caratteristiche delle correnti materiali da trattare
• dimensionare preliminarmente le apparecchiature per il trasferimento di materia (colonne di assorbimento a riempimento, colonne di distillazione a piatti, numero di stadi in estrazione con solvente)
• dimensionare preliminarmente apparecchiature di scambio termico (scambiatori a tubi concentrici, scambiatori a piastre e scambiatori a fascio tubiero)
Insieme con le lezioni frontali, l’esecuzione di dimostrazioni ed esercitazioni numeriche in classe che prevedono un’elaborazione con lavoro autonomo di relazioni scritte sugli argomenti trattati consentono di ottenere l’acquisizione delle competenze suddette nonché di incrementare e di valutare le capacità critiche e di giudizio (descrittore 3) e la capacità di comunicare quanto si è appreso (descrittore 4)
 

I principali risultati di apprendimento riguardano l’acquisizione di conoscenze di base relative ai fenomeni di trasporto di calore, materia e quantità di moto, allo scopo di:
a) selezionare le operazioni di separazione/purificazione di correnti materiali sulla base delle proprie caratteristiche chimico-fisiche;
b) dimensionare le apparecchiature nelle quali effettuare operazioni unitarie di separazione basate su proprietà termodinamiche;
c) dimensionare le apparecchiature nelle quali realizzare lo scambio termico;
d) applicare un approccio cinetico o per stadi di equilibrio nella progettazione delle apparecchiature dove realizzare operazioni unitarie di natura fisica.

Conoscenze di base della matematica e della fisica (soprattutto contenuti relativi allo studio delle funzioni continue e programma di Fisica I) e della chimica fisica (necessaria la frequenza e la preparazione per l’esame di chimica fisica I)

1. INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLE OPERAZIONI UNITARIE E AI FENOMENI DI TRASPORTO (3 CFU)
• Classificazione delle operazioni Unitarie: Operazioni Unitarie basate su proprietà termodinamiche, fisico/meccaniche e cinetiche.
• Fenomeni di trasporto: Trasporto molecolare: equazione generalizzata di trasporto molecolare in condizioni stazionarie, applicazione del trasporto molecolare in condizioni stazionarie, trasporto molecolare in condizioni non stazionarie (cenni). Trasporto turbolento: Esperimento di Reynolds, distribuzione della velocità in flusso turbolento, modello della diffusività turbolenta, analisi del rapporto di meccanismo, fattore di attrito e numero di Reynolds, trasporto di materia e di calore. Trasferimento tra più fasi: trasferimento di calore, trasferimento di materia – Applicazioni numeriche
2. OPERAZIONI UNITARIE BASATE SU PROPRIETA’ TERMODINAMICHE (3 CFU)
• Scambio Termico: Caratteristiche costruttive e di funzionamento degli scambiatori di calore. Dimensionamento termico degli scambiatori: bilancio di energia, differenza di temperatura media logaritmica, confronto tra equicorrente e controcorrente, progetto degli scambiatori a fascio tubiero - Applicazioni numeriche
• Assorbimento: Caratteristiche costruttive e di funzionamento delle colonne di assorbimento. Calcolo del diametro di una colonna di assorbimento a riempimento. Calcolo dell’altezza del riempimento in una colonna di assorbimento: metodo dell’unità di trasferimento, calcolo del numero di unità di trasferimento, calcolo dell’altezza dell’unità di trasferimento, calcolo del rapporto ottimale L/V- Applicazioni numeriche
• Distillazione: Caratteristiche costruttive e di funzionamento delle colonne di distillazione a piatti. Equilibri liquido‐vapore. Calcolo del diametro di una colonna di distillazione a piatti: calcolo della spaziatura tra i piatti, calcolo del diametro. Calcolo del numero di piatti in una colonna di distillazione: curve di lavoro, calcolo del numero di piatti teorici, metodo grafico semplificato di McCabe‐Thiele, calcolo del rendimento di una colonna di distillazione a piatti - Applicazioni numeriche.
• Estrazione con solvente: Estrazione con solvente liquido‐liquido: caratteristiche costruttive e di funzionamento degli estrattori liquido‐liquido, equilibri liquido‐liquido, sistemi a due componenti, sistemi a tre componenti, calcolo del numero degli stadi teorici di estrazione, stadi multipli con correnti incrociate, criteri progettuali- Applicazioni numeriche

“I Principi delle Operazioni Unitarie” Foust, Wenzel, Clump, Maus e Andersen. Casa Editrice Ambrosiana.
Dispense fornite dal docente.
Materiale didattico digitale su piattaforma Eiduco.

Modalità di svolgimento prevalentemente tradizionale con didattica frontale. Inoltre, verranno svolte in aula dimostrazioni ed esercitazioni numeriche necessarie all'apprendimento delle procedure di progettazione delle apparecchiature industriali.
Il corso verrà inoltre svolto con l'utilizzo della piattaforma digitale Eiduco che consentirà allo studente di interagire sia durante la lezione che successivamente con il docente ed elaborare il materiale didattico presentato.

La frequenza delle lezioni è facoltativa ma altamente consigliata

L'esame finale si svolgerà mediante prova scritta (con eventuale integrazione di colloquio orale) per la valutazione dell'apprendimento degli obiettivi formativi del corso.

Le domande d'esame verteranno sugli argomenti trattati durante le lezioni, inclusa l'esecuzione di esercizi numerici.