66183 - COMPLEMENTI DI IMPIANTI CHIMICI M

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso comprende approfondimenti riguardanti la reattoristica chimica ed i processi di separazione. Circa il primo aspetto, al termine del corso, lo studente ha acquisito competenze per la trattazione di base di problemi di ingegneria delle reazioni chimiche, finalizzate alla comprensione ed alla previsione della prestazione dei reattori chimici. Lo studente ha acquisito conoscenze sui principali strumenti per affrontare lo studio quantitativo dei reattori chimici, è in grado di affrontare semplici problemi di modellazione ed ha acquisito informazioni sulla configurazione e le caratteristiche costruttive di alcuni tipici reattori impiegati nell’industria chimica. Circa il secondo aspetto, al termine del corso lo studente ha maturato strumenti di comprensione per la progettazione e verifica di apparecchiature utilizzate nelle principali operazioni di separazione. Nel corso delle esercitazioni lo studente è stato guidato nell’analisi di un processo di produzione, scegliendo la strumentazione necessaria per il controllo dell'impianto.

Programma/Contenuti

Prerequisiti:

  • Conoscenze di base del calcolo differenziale e integrale per funzioni di una variabile reale. (Attività formativa: Matematica con esercitazioni).
  • Conoscenze di termodinamica applicabili a sistemi di interesse chimico in condizioni di equilibrio. Equilibri di fase in sistemi monocomponente. (Attività formativa: Chimica Fisica).
  • Bilanci di materia e di energia a applicati ad apparati ed impianti. Fondamenti di moto dei fluidi e analisi dei fenomeni di trasporto. Elementi di base dell’impiantistica chimica. Applicazione di modelli fluidodinamici semplificati a processi di separazione e di reattoristica chimica (Attività formativa: Impianti chimici)

Premessa

L'insegnamento riguarda la trattazione degli elementi di base dell'ingegneria delle reazioni chimiche e delle apparecchiature utilizzate per i principali processi di separazione. Il corso è articolato in due moduli:

Modulo 1 (5 CFU) – Prof. Davide Pinelli

Modulo 2 (5 CFU) – Prof. Alessandro Paglianti

Modulo 1 - Reattori chimici con esercitazioni

Introduzione e richiami: tipologie di reattori; risoluzione di problemi di progetto e verifica; modellazione e simulazione delle prestazioni di reattori chimici. Sistemi a densità o portata variabile. Effetto della temperatura: Dipendenza dalla temperatura delle costanti cinetiche, dei calori specifici e del calore di reazione. Conversione di equilibrio per reazioni reversibili. Diagrammi utili e curve isocinetiche. Metodo grafico per la determinazione del volume del reattore. Profilo ottimale per reazioni irreversibili e reversibili (esotermiche ed endotermiche). Bilancio entalpico: reattore adiabatico e reattori con scambio di calore. Sistemi di reattori adiabatici. Stabilità in CSTR per reazioni esotermiche. Reattori multifasici - sistemi gas/liquido: concetti generali e tipologie di reattori. Effetto della presenza di una reazione chimica nella fase liquida in un reattore gas/liquido. Determinazione dello stadio cineticamente determinante: reazione lenta, reazione veloce, reazione istantanea. Equazioni cinetiche per condizioni estreme e soluzione generalizzata. Cenni alla scelta della tipologia del reattore ed esempio di progettazione di reattore gas/liquido. Reattori multifasici - sistemi fluido-solido/catalisi eterogenea: concetti generali e tipologie di reattori. Equazioni cinetiche, criteri di verifica dei fenomeni diffusivi, efficienza dei catalizzatori, effetto della temperatura. Cenni alla fluidizzazione e ai reattori a letto fluido: calcolo della velocità minima di fluidizzazione, cenni ai regimi di fluidizzazione omogenea e a bolle. Reattori non ideali: deviazioni dalla idealità, distribuzione dei tempi di permanenza e curva dell'età; curva E e curva F; misure sperimentali: metodo stimolo/risposta con disturbo impulsivo e a gradino. Modello di flusso segregato e limiti di applicabilità. Altri modelli fluidodinamici: modello flusso a pistone con dispersione assiale. Accoppiamento di modelli ideali per la simulazione del comportamento fluidodinamico di un reattore reale.

Modulo 2 - Processi di separazione con esercitazioni

Introduzione e analisi dei processi chimici. I diagrammi a Blocchi, Flowsheet e diagrammi di processo e strumentazione (P&I). Strumentazione e Misure di Processo: Misuratori di portata, pressione, temperatura, livello e loro utilizzazione. Valvole di sicurezza (PSV) e dischi di rottura. Serbatoi e movimentazione di fluidi: Serbatoi di processo e di stoccaggio; pompe centrifughe e volumetriche, Curve caratteristiche, NPSH. Fluidi di servizio. I fluidi caldi: acqua, acqua surriscaldata calda, vapore, oli diatermici. I fluidi freddi acqua di torre, fluidi frigoriferi. Concentrazione: operazione in singolo ed in multiplo effetto, esempi di P&I. Evaporatori a circolazione naturale e forzata. Ricompressione del vapore: compressione meccanica e termocompressione. Distillazione: Distillazione flash, distillazione in processo continuo con riflusso: bilanci di materia, valutazione del numero di piatti ideali, bilanci di entalpia. Operazione con impianti operanti in multiplo effetto e con ricompressione del vapore. Assorbimento: Progettazione di colonne a riempimento: correlazioni per la progettazione fluidodinamica e per il trasferimento di materia. Assorbimento con reazione chimica.


Testi/Bibliografia

Modulo 1:

H.S. Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, 2a edizione, Prentice-Hall International Inc., 1995.

O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, 3a edizione, J.Wiley & Sons, 1999

Modulo 2:

W.L. McCabe, J.C. Smith, P. Harriott, Unit Operations of Chemical Engineering, 5^ ed., McGraw-Hill, 1993.

E. Treybal, Mass-Transfer Operations, 3^ ed., McGraw-Hill, 1981.

R.H. Perry Chemical Engineers' Handbook, 7^ ed., McGraw-Hill, 1998.

UNICHIM, Impianti Chimici- Simboli e sigle per schemi e disegni, ed. 1986.

[Si tratta di testi di riferimento consigliati, utili per approfondimenti di varie parti del programma; non sono adottati ufficialmente, né seguiti in modo dettagliato. Vengono inoltre distribuiti appunti, in formato elettronico, elaborati dal docente.].

Metodi didattici

Lezioni ed esercitazioni in aula, secondo l'orario ufficiale.

Durante le lezioni vengono presentati e discussi gli argomenti sopra indicati; tale momento teorico viene affiancato da esercitazioni numeriche svolte in aula.

Durante le esercitazioni, al fine di facilitare lo studente ad acquisire la capacità di svolgere semplici calcoli e per la preparazione dell'esame, vengono svolti esercizi in aula. Nel corso di tale attività, il docente gradua la difficoltà dei problemi e chiarisce eventuali dubbi.

 

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova finale da sostenere dopo il termine del corso.

La prova finale mira a verificare il raggiungimento dei seguenti obiettivi didattici:

  • capacità di impiegare gli strumenti di analisi e di calcolo, oggetto delle lezioni e delle esercitazioni, per comprendere il funzionamento dei reattori chimici, degli apparati e i principi su cui è basata la progettazione, oltre ai fenomeni chimici e fisici che avvengono in reattori chimici, impianti e apparecchiature di processo;
  • capacità di impiegare i risultati ottenuti al fine di migliorare il funzionamento di reattori chimici, impianti e apparecchiature di processo.

La prova finale si articola in una prova scritta ed una prova orale.

La prova scritta è di tipo non strutturato ed è mirata alla risoluzione di problemi ed esercizi.

La prova scritta ha una durata complessiva di 3 ore, durante la quale è ammesso l'uso di libri, appunti, calcolatrici. La prova viene annullata se lo studente viene sorpreso a copiare o ad utilizzare apparecchi elettronici connessi in rete (ad es.: cellulari, tablet, ebook reader, notebook, ecc.).

Per sostenere la prova d'esame scritta è necessaria l'iscrizione tramite “Alma esami”, nel rispetto inderogabile delle scadenze previste. Coloro che non riuscissero ad iscriversi entro la data prevista, sono tenuti a comunicare tempestivamente (e comunque prima della chiusura ufficiale delle liste di iscrizione) il problema al docente responsabile. E’ facoltà del docente ammettere, o meno, lo studente a sostenere la prova. La verbalizzazione della valutazione conseguita avviene nella data fissata prevista per la prova orale.

La parte orale, di tipo non strutturato, ha per oggetto l’impostazione e la discussione di problemi volti ad applicare gli strumenti acquisiti per l’analisi dei fenomeni che avvengono nel funzionamento dei reattori chimici e degli apparati utilizzati nei processi di separazione. Inoltre, allo studente и richiesto di verificare particolari ipotesi e interpretare i risultati ottenuti.

Inoltre, allo studente è richiesto di verificare particolari ipotesi e interpretare i risultati ottenuti.

La prova scritta e la prova orale vengono valutate attraverso un giudizio espresso in trentesimi e concorrono alla definizione del voto ottenuto nel singolo modulo (calcolato come media ponderata delle due valutazioni con peso pari 1/3 e 2/3, rispettivamente).

Il voto finale, espresso in trentesimi, è dato dalla media aritmetica dei voti ottenuti nei due moduli.

Strumenti a supporto della didattica

Il materiale didattico utile per la preparazione dell’esame (tracce, schemi, schede e testi di esercizi da svolgere) viene messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite internet. Per ottenere il materiale didattico lo studente si deve collegare al sito : http://campus.unibo.it [http://campus.unibo.it/] . Username e password sono riservati a studenti iscritti all'Università di Bologna e verranno forniti dal docente.

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Davide Pinelli

Consulta il sito web di Alessandro Paglianti