Obiettivi Formativi

L’insegnamento intende fornire allo studente i principi teorici di base dell’impiantistica chimica, dalla fluidodinamica al trasferimento di calore e di materia. Durante il corso delle lezioni lo studente si troverà ad affrontare esercizi che lo aiuteranno nell’apprendimento dei concetti teorici. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di: calcolare le perdite di carico distribuite lungo una tubazione e le perdite di carico concentrate (gomiti, valvole, ecc.); scegliere la tipologia di apparecchiatura dinamica più adatta per trasferire energia ad un fluido all’interno di un condotto; effettuare il dimensionamento di massima di scambiatori di calore a tubi concentrici e a fascio tubiero; calcolare la potenza dissipata dall’agitatore all’interno di reattori chimici; dimensionare il sistema di raffreddamento (serpentini, camicie, ecc.) nei reattori chimici. Inoltre verranno trattate le più importanti operazioni unitarie, con maggiore enfasi alla distillazione e all’assorbimento.

Metodi didattici

Il corso è organizzato in 48 ore di lezioni frontali (6 CFU).

Prerequisiti

Conoscenza dei principi basilari di chimica-fisica.

Verifiche dell'apprendimento

Durante il corso delle lezioni sono previste delle prove in itinere per verificare l’apprendimento dello studente. Ai fini della valutazione è previsto un esame finale che consiste in un colloquio orale. La comprensione dei principi base e delle equazioni fondamentali che regolano il trasferimento di quantità di moto, calore e materia è considerata requisito minimo per superare l’esame di verifica.

Programma del Corso

Introduzione al corso; fluidodinamica; proprietà dei liquidi (densità, comprimibilità e viscosità); legge di Newton; definizione di portata, moto stazionario, moto uniforme, equazione della statica, equazione della continuità; equazione di Bernoulli; fluidi non newtoniani (pseudo-plastici, dilatanti, Bingham, tixotropici, reopectici, viscoelastici), equazione di Fanning, equazione di Poiseuille, analisi dimensionale, teorema di Buckingham, perdite di carico distribuite e concentrate, calcolo delle perdite di carico, fluidi comprimibili. Apparecchiature dinamiche per il trasporto dei fluidi, apparecchiature statiche, pompe, classificazione delle pompe, pompe centrifughe, NPSH, curve caratteristiche pompe, regolazione di una pompa centrifuga. Fluidodinamica nei reattori chimici (Numero di potenza, Numero di Reynolds, Numero di Froude). Scambio termico (conduzione, convezione, irraggiamento), coefficienti individuali e globali di trasferimento di calore, differenza di temperatura media logaritmica, conduzione attraverso una superficie piana, resistenze termiche in serie, conduzione attraverso un tubo a parete spessa, conduzione attraverso un mantello sferico, convezione, naturale e forzata, applicazione dell’analisi dimensionale alla convezione (numeri adimensionali di Nusselt, Reynolds, Prandtl, Grashof), convezione forzata nei tubi (fattore di Colburn), scambio di calore attraverso sezioni non circolari, diametro equivalente, scambiatori di calore a fascio tubiero, fattore di correzione F, dimensionamento di massima di uno scambiatore di calore a fascio tubiero, irraggiamento. Scambio termico nei reattori chimici, reazioni runaway, cenni sulla calorimetria, dispositivi di sicurezza in reattori chimici. Trasferimento di materia, legge di Fick, diffusione in miscele gassose binarie, contro diffusione equimolecolare, trasferimento di massa attraverso un gas stazionario, teoria dei due film, legge di Henry, numero di Sherwood, numero di Schmidt. Operazioni unitarie, classificazione delle operazioni unitarie, apparecchiature a contatto continuo, apparecchiature a stadi di equilibrio, assorbimento, dimensionamento di una torre a riempimento, distillazione, dimensionamento di una colonna a piatti.