PRESENTAZIONE E CONTENUTI DEL CORSO
Cds: Ingegneria Chimica
Docente: Prof. Roberto PANTANI; Prof. Francesco MARRA
Propedeuticità:
Crediti: 12
Anno: II
Semestre: I
Codice: 0612200009
SSD: ING-IND/24
Tipologia: Caratterizzante
Obiettivi formativi: risultati di apprendimento previsti e competenza da acquisire
Il corso ha lo scopo di fornire agli allievi gli strumenti di conoscenza per la comprensione e la determinazione quantitativa di: proprietà PVT (Pressione-Volume-Temperatura) di sostanze pure, bilanci di materia, bilanci di energia, composizioni di fasi all’equilibrio termodinamico, proprietà termodinamiche delle soluzioni, composizioni di sistemi con reazioni chimiche all’equilibrio termodinamico
Conoscenze e capacità di comprensione (knowledge and understanding)
Conoscenza approfondita ed identificazione delle grandezze che consentono di modellare i fenomeni termodinamici che coinvolgono sistemi contenenti un numero qualsiasi di specie chimiche.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding)
Il corso fornisce agli allievi gli strumenti propedeutici per accedere ai corsi fondamentali di Ingegneria Chimica. Gli studenti acquisiranno la capacità di comprendere ed utilizzare gli strumenti matematici fisici e chimici per la descrizione dei processi che coinvolgono le trasformazioni di tipo termodinamico.
Autonomia di giudizio (making judgements)
Capacità di eseguire le scelte relative alla identificazione del tipo di sistema termodinamico per una corretta descrizione dei fenomeni coinvolti nei processi dell’ingegneria chimica in termini di trasformazioni di materia e di energia.
Capacità di apprendere (learning skills)
Saper applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, ed approfondire gli argomenti trattati in situazioni diverse da quelle proposte.
Prerequisiti
Per il proficuo raggiungimento degli obiettivi prefissati sono richieste conoscenze chimiche, fisiche e matematiche di base.
Metodi didattici
L’insegnamento contempla lezioni teoriche ed esercitazioni in aula. Nelle esercitazioni in aula vengono presentati semplici problemi sia di tipo calcolativo che analitico. Le dispense del corso e alcune esercitazioni svolte saranno disponibili sul sito internet www.polymertechnology.unisa.it
Metodi di valutazione
La valutazione del raggiungimento degli obiettivi prefissati avverrà mediante una prova scritta e colloquio orale.
Contenuto del corso
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Argomenti |
Contenuti specifici |
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Introduzione, unità di misura e terminologia fondamentale |
Il Sistema Internazionale, il sistema anglosassone, unità di uso comune. Il concetto di mole. Le principali unità di concentrazione: frazioni molari, frazioni massiche e volumetriche, parti per milione, pressioni parziali |
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Il concetto generale di bilancio e il bilancio di materia |
Bilancio di massa su sistemi chiusi e aperti in assenza di reazioni chimiche, il termine di accumulo. Il bilancio di massa su sistemi industriali: separatori e miscelatori. Sistemi con riciclo. La reazione chimica, numeri stechiometrici, grado di avanzamento, reagente limitante. Resa di una reazione. Bilancio su sistemi reagenti: bilancio in moli e termine di generazione. |
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Bilancio di energia: il I Principio della Termodinamica |
Il Bilancio di energia su sistemi aperti e chiusi. Grandezze di stato. L'energia interna e il primo principio della termodinamica. L'entalpia. Il calore specifico a pressione e a volume costante. |
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Proprietà volumetriche delle sostanze pure |
Transizioni solido-liquido e liquido-gas. Piani P-V e T-V. Equazione dei gas ideali, equazioni cubiche. Soluzioni di equazioni per tentativi. Principio degli stati corrispondenti, fattore di compressibilità e fattore acentrico. |
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Effetti termici legati alle trasformazioni |
Calore sensibile e calore latente, Cp medio entalpico, calcolo delle tensioni di vapore e dei calori latenti in funzione della temperatura. Bilancio di energia per sistemi reagenti. Calori standard di formazione. Tabelle e grafici di proprietà fisiche. Interpolazioni. Calcoli termodinamici su reazioni di interesse industriale. |
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II Principio della Termodinamica. |
Entropia. Enunciati del II Principio. Lavoro perso. Energia libera di Gibbs. Macchine termiche. Macchina e ciclo di Carnot. Macchine frigorifere. |
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Proprietà termodinamiche dei fluidi. |
Relazioni fondamentali delle proprietà termodinamiche di sostanze pure: relazioni di Maxwell. Proprietà residue. Sistemi multifasici e diagrammi termodimanici. Equazioni di Clapeyron e di Clausius-Clapeyron. |
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Termodinamica delle miscele |
Proprietà parziali molari; il potenziale chimico; teorema di Gibbs; miscele di gas ideali e miscele ideali. Proprietà di eccesso |
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Equilibrio fisico per sistemi multicomponenti |
Miscele ideali e legge di Raoult. Deviazioni dall'idealità e legge di Henry. Legge di Raoult generalizzata. Calcoli per sistemi ideali e reali. Coefficiente di attività. Equazioni di Margules, Van Laar e Wilson. Fondamenti dei processi di separazione basati sull’equilibrio fisico. Calcoli su un separatore “flash” per sistemi binari. Azeotropi. Termodinamica della miscelazione. Diagrammi entalpia-composizione, regola della leva. Miscibilità e immiscibilità, lacune di miscibilità. Calcoli di proprietà di soluzioni reali e di punti di azeotropo. Diagrammi ternari. |
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Proprietà colligative |
Innalzamento ebullioscopico. Abbassamento crioscopico. Pressione osmotica. La legge di Van’t Hoff. Determinazione di pesi molecolari attraverso misure di pressione osmotica |
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Equilibrio chimico |
Criterio generale di equilibrio termodinamico. Equilibrio nelle reazioni chimiche. Energia libera standard di formazione e variazione di energia libera standard di reazione. La costante di equilibrio, effetto della temperatura sulla costante di equilibrio. Calcoli di costanti di equilibrio. La composizione di equilibrio. Grado di avanzamento e velocità del grado di avanzamento di una reazione. Calcolo di composizioni di equilibrio per sistemi gassosi e per sistemi liquidi suscettibili di reazioni chimiche. |
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Totale Ore |
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Testi di riferimento
Fondamenti di Termodinamica dell’Ingegneria Chimica, Rota R., casa editrice Pitagora (2004)
Introduction to Chem. Eng. Thermodynamics - JM Smith, HC Van Ness, McGraw-Hill (2005)
Modalità di frequenza
L’insegnamento è erogato con frequenza obbligatoria.
Lingua di insegnamento
Italiano
Sede e Orario
Il corso è erogato presso la Facoltà di Ingegneria. Si consulti il sito di Facoltà (http://www.ingegneria.unisa.it/) per l’indicazione dell’orario e delle aule.