1006265 - CHIMICA FISICA INDUSTRIALE

Il corso si propone di approfondire le conoscenze chimico-fisiche di base per la comprensione ed investigazione delle reazioni chimiche e dei fenomeni di trasporto, tappa fondamentale per la progettazione dei processi chimici. Verranno pertanto presentate le potenzialità applicative delle leggi che regolano il trasporto di materia, energia e quantità di moto. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di trattare e risolvere mediante applicazione numerica diretta delle relazioni studiate, problemi che riguardano il moto dei fluidi, la trasmissione del calore e la diffusione nei diversi processi chimici.
In particolare:
a) per quanto concerne la conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding), il corso si propone di far conoscere i concetti di base relativi ai fenomeni di trasporto e alle operazioni unitarie di interesse nell’industria chimica 
b) per quanto concerne la capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding), il corso si propone di sviluppare la capacità di applicare le conoscenze chimiche nel contesto industriale per risolvere problematiche comuni all'industria chimica.
c) per quanto concerne l'autonomia di giudizio (making judgements), il corso si propone di fornire gli strumenti per la scelta e la progettazione delle operazioni unitarie e dei fenomeni di trasporto che le governano per la realizzazione di processi chimici e fisici industriali.
d) per quanto concerne le abilità comunicative (communication skills), il corso si propone di sviluppare e/o migliorare le capacità di esporre concetti scientifici con proprietà di linguaggio adeguate ai contesti industriali.
e) per quanto concerne le capacità di apprendimento (learning skills), il corso si propone di dotare lo studente di un metodo di studio rigoroso che lo aiuti a lavorare sia autonomamente che in gruppo per un più facile inserimento all'interno dell'industria chimica.

Lezioni frontali ed esercitazioni numeriche

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Superamento degli esami di Matematica e di Fisica del 1° anno.

Fortemente suggerita.

Parte I: Operazioni Unitarie

• Processi di separazione e apparecchiature per le operazioni a stadi
• Diagrammi termodinamici di equilibrio
• Equilibri di fase (gas-liquido, liquido-liquido, fluido-liquido) e relazioni di equilibrio
• Calcolo dello stadio di equilibrio: bilanci di massa e di energia
• Operazioni a stadi multipli (equicorrente, correnti incrociate e controcorrente)
• Metodi di calcolo semplificati per le operazioni a stadi multipli: metodo grafico di McCabe-Thiele

Parte II: Fenomeni di Trasporto

• Trasporto molecolare e diffusione, forze intermolecolari.
• Trasferimento di momento
• Fluidi newtoniani e non newtoniani. Le equazioni del bilancio energetico: fluido ideale e fluido dissipativo. Il bilancio meccanico. Il Bilancio di massa e l’equazione della continuità. Le equazioni di Navier-Stokes.
• Cenni di geometria frattale: perimetro bagnato. Metodo di Buckingham delle costanti adimensionali. Diagramma di Moody. Regime laminare e turbolento, fenomeni di instabilità e leggi del caos.
• La fluidodinamica moderna. Metodi numerici e metodi empirici per la soluzione delle equazioni differenziali della Fluidodinamica moderna.
• Trasferimento di calore: conducibilità nei gas e nelle fasi condensate, leggi di Fourier, applicazioni.
• Trasferimento di massa.
• La legge della continuità e leggi di Fick. Processi di trasporto nei liquidi. Processi di trasporto nei solidi. Effetti di correlazione dei flussi ed equazioni fenomenologiche di Onsager. Trasferimento di massa e reazioni chimiche.

Lo studente è libero di scegliere qualunque libro di testo.

• L. Forni, I. Rossetti Fenomeni di Trasporto, Cortina Editore, Milano, 2009.
• Principles of unit operations,  A. S. Foust, L. A. Wenzel, C. W. Clump, L. Maus and L. B. Anderson, John Wiley & Sons, New York (1980)

Esame orale

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Equazione di continuità di un flusso stazionario in una tubazione a sezione variabile

Applicazione delle equazioni di Navier Stokes ad un flusso laminare stazionario tra due piastre parallele: derivazione del profilo di velocità

Profilo di velocità per un flusso turbolento in un tubo

Raffreddamento di una piastra sottile: conduzione e convezione non stazionaria

Conduzione e Convezione del calore attraverso pareti piane composite a contatto con fluidi

Radiazione diretta tra corpi neri nel vuoto: equazione dello scambio termico

Dipendenza del coefficiente di diffusione da T,P, o m in un gas, un liquido e un solido

Diffusione attraverso un film gassoso stagnante

Equilibrio di fase liquido-vapore

Bilanci di materia ed energia

Assorbimento Gas-Liquido: metodo per il calcolo del numero di stadi ideali

Distillazione continua a riflusso: bilanci materici ed entalpici e calcolo del numero di stadi ideali

Estrazione liquido-liquido