58012 - TERMODINAMICA PER L'INGEGNERIA CHIMICA L

Conoscenze e abilità da conseguire

Obiettivo del corso è quello di fornire gli elementi di base per la caratterizzazione di sistemi in equilibrio fisico e/o chimico e per il calcolo delle proprietà relative.

Contenuti

L'insegnamento costituisce un'introduzione allo studio della termodinamica dell'ingegneria chimica, per quanto concerne sistemi multifase e multicomponenti.

Argomenti

1. Termodinamica delle miscele.

Grandezze molari parziali, equazione di Gibbs-Duhem e sue applicazioni. Equazioni di Maxwell generalizzate. Potenziali chimici, fugacità, attività e coefficienti di attività di composti in miscela: definizioni, relazioni e proprietà. Riferimento di Raoult.

Miscele ideali e miscele non ideali. Grandezze di mescolamento. Entalpie di mescolamento e calori integrali di soluzione: reperibilità dei dati e loro utilizzo nella soluzione dei bilanci di energia. Calori specifici di soluzioni. Entalpia di formazione di composti in soluzione: dati e significato fisico. Diagrammi entalpia-composizione.

Grandezze di eccedenza; modelli per il calcolo di GE: cenni e breve discussione sui modelli più semplici e di maggior uso (Margules, Van Laar, Wilson e NRTL); significato e metodi di calcolo dei corrispondenti parametri aggiustabili. Polinomio di Redlich-Kister.

2. Stabilità.
Stabilità di stati di equilibrio: richiami ed applicazione al caso di miscele. Condizioni di equilibrio fra fasi in assenza di reazione chimica. Regola delle fasi.

3. Equilibrio liquido-vapore.
Relazione generale di Raoult, relazione semplificata e legge di Raoult per sistemi ideali; fattore di Poynting. Diagrammi di equilibrio L-V per sistemi binari a pressione e a temperatura costante: (T,x), (p,x) e (y,x) per sistemi ideali e con deviazioni positive e negative dall'idealità; applicazione della regola della leva. Volatilità relativa. Azeotropi.

Calcolo delle condizioni di bolla e di rugiada per sistemi ideali e con deviazioni dall'idealità; discussione degli algoritmi risolutivi. Calcolo delle condizioni di equilibrio L-V per diverse specifiche. Esempi relativi ad evaporatori e a condensatori di equilibrio.

4. Stadio di equilibrio.
Caratteristiche di uno stadio di equilibrio.
Analisi dei gradi di libertà di uno stadio di equilibrio; impostazione generale di un problema di equilibrio fra fasi.

5. Equilibri liquido-liquido e liquido-liquido-vapore.
Diagrammi di equilibrio L-L; lacuna di miscibilità, temperatura consoluta.

Diagrammi di equilibrio L-L-V; azeotropi eterogenei. Sistemi con immiscibilità totale. Calcolo della temperatura di bolla e di rugiada per sistemi multicomponenti acqua-idrocarburi. Effetto di composti incondensabili.

6. Sistemi gas-liquido (cenni)
Solubilità di gas in liquidi, riferimento di Henry.

8. Equilibri chimici.
Reazioni stechiometricamente indipendenti. Richiami di termochimica.

Condizione di equilibrio chimico. La costante di equilibrio di una reazione: definizione e variazione con la temperatura. Discussione di varie procedure di calcolo in relazione alla disponibilità dei dati ed alle approssimazioni introdotte. Effetto della pressione, degli inerti e della composizione di alimentazione sulla posizione dell'equilibrio.

Calcolo di condizioni di equilibrio per sistemi costituiti da miscele di gas ideali e da miscele gassose ideali. Applicazioni di bilanci di materia ed energia a reattori isotermi ed adiabatici.

9. Equilibri simultanei.
Regola delle fasi di Gibbs.

Equilibri chimici in sistemi eterogenei: pressione di decomposizione di solidi. Stabilità di composti.

Testi/Bibliografia

Testi consigliati:

·        J. M. Smith, H.C.Van Ness, M.M. Abbot, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 5a ed., Mc Graw Hill, 1996

·        R.C. Reid, J.M. Prausnitz, B.E. Poling, The properties of gases and liquids, 4a ed. Mc Graw Hill, 1988

·        S. Sandler, Chemical and  Engineering Thermodynamics, 2a e 3a ed., J.Wiley&sons.

·       K. Denbigh, I principi dell'equilibrio chimico, Casa Editrice Ambrosiana.

·        Appunti del docente.

Metodi didattici

Lezioni ed esercitazioni in aula.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova di esame consta in una prova scritta ed in una prova orale.

Propedeuticità: Termodinamica applicata L.

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Serena Bandini