Impianti chimici con laboratorio
A.A. 2023/2024
Obiettivi formativi
Gli studenti affrontano le tematiche di base legate alle principali tecnologie impaintistiche, sia da un punto di vista teorico che sperimentale.
Risultati apprendimento attesi
Le competenze finali saranno la capacita' di procedere al dimensionamento di singole apparecchiature e di valutarne la sostenibilita' economica e l'integrazione in un dato processo.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Prerequisiti
Lo studente deve conoscere la stechiometria, i fondamenti di matematica e fisica trattati nei corsi di base, deve aver almeno chiari qualitativamente i concetti trattati nel corso di chimica fisica industriale.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Modulo Impianti chimici
L'esame consta di una prova scritta e di una orale. Per la prova scritta è richiesta la risoluzione di un problema simile agli esercizi svolti a lezione, di cui è riportata ampia casistica sia sul sito Ariel del corso, sia sui libri di testo adottati. Gli studenti possono consultare durante la prova tutto il materiale che ritengono opportuno, inclusi testi, dispense, ecc. Devono munirsi di fogli di carta millimetrata per eventuali costruzioni grafiche. Ovviamente non è concessa la comunicazione tra gli studenti e con l'esterno, quindi non sono ammessi PC o tablet. La durata è 2 ore. Se la prova è sufficiente (votazione >15/30), lo studente è ammesso all'orale.
La prova orale è costituita da due domande su altrettanti argomenti trattati durante il corso. Inoltre, durante la prova orale si farà la discussione di un flow sheet di processo. Durante la valutazione della prova scritta si accerta, oltre alla capacità di impostare la soluzione, la capacità di riconoscere la ragionevolezza di un risultato. Durante la valutazione della prova orale, lo studente deve innanzitutto dimostrare di aver compreso il fondamento fisico dell'argomento trattato, i presupposti e la sua importanza in ambito applicativo. Parallelamente, deve dimostrare di riuscire a quantificare il fenomeno in esame utilizzando i modelli visti durante il corso.
Modulo Laboratorio.
Gli studenti svolgeranno le esercitazioni pratiche in gruppi di 3-4 persone. Al termine del laboratorio ogni gruppo dovrà preparare una relazione scritta, con i risultati raccolti e le elaborazioni numeriche e di simulazione spiegate a lezione. Ogni studente dovrà quindi affrontare un colloquio finale orale, sulla base di questa relazione. In questo colloquio verrà accertata la conoscenza degli impianti e delle procedure sperimentali, delle elaborazioni numeriche e della simulazione di processo per quanto riguarda le esercitazioni svolte.
Le prove d'esame verificheranno:
1) la competenza nel design di operazioni unitarie;
2) la competenza nella scelta del modello termodinamico più appropriato per la descrizione del sistema;
3) la comprensione delle esperienze pratiche.
L'esame consta di una prova scritta e di una orale. Per la prova scritta è richiesta la risoluzione di un problema simile agli esercizi svolti a lezione, di cui è riportata ampia casistica sia sul sito Ariel del corso, sia sui libri di testo adottati. Gli studenti possono consultare durante la prova tutto il materiale che ritengono opportuno, inclusi testi, dispense, ecc. Devono munirsi di fogli di carta millimetrata per eventuali costruzioni grafiche. Ovviamente non è concessa la comunicazione tra gli studenti e con l'esterno, quindi non sono ammessi PC o tablet. La durata è 2 ore. Se la prova è sufficiente (votazione >15/30), lo studente è ammesso all'orale.
La prova orale è costituita da due domande su altrettanti argomenti trattati durante il corso. Inoltre, durante la prova orale si farà la discussione di un flow sheet di processo. Durante la valutazione della prova scritta si accerta, oltre alla capacità di impostare la soluzione, la capacità di riconoscere la ragionevolezza di un risultato. Durante la valutazione della prova orale, lo studente deve innanzitutto dimostrare di aver compreso il fondamento fisico dell'argomento trattato, i presupposti e la sua importanza in ambito applicativo. Parallelamente, deve dimostrare di riuscire a quantificare il fenomeno in esame utilizzando i modelli visti durante il corso.
Modulo Laboratorio.
Gli studenti svolgeranno le esercitazioni pratiche in gruppi di 3-4 persone. Al termine del laboratorio ogni gruppo dovrà preparare una relazione scritta, con i risultati raccolti e le elaborazioni numeriche e di simulazione spiegate a lezione. Ogni studente dovrà quindi affrontare un colloquio finale orale, sulla base di questa relazione. In questo colloquio verrà accertata la conoscenza degli impianti e delle procedure sperimentali, delle elaborazioni numeriche e della simulazione di processo per quanto riguarda le esercitazioni svolte.
Le prove d'esame verificheranno:
1) la competenza nel design di operazioni unitarie;
2) la competenza nella scelta del modello termodinamico più appropriato per la descrizione del sistema;
3) la comprensione delle esperienze pratiche.
Modulo: Impianti chimici
Programma
Reperibilità di dati termodinamici e cenni sui metodi a contributo di gruppo.
Termodinamica Applicata: modelli per la definizione di coefficienti di fugacità ed attività.
Equilibrio Liquido-Vapore (ELV) nei diversi casi di idealità o meno delle fasi; consistenza termodinamica dell'ELV. Diagrammi per l'ELV.
Equilibrio Liquido-Liquido (ELL): diagrammi relativi per sistemi binari e ternari. Criteri termodinamici per lo smiscelamento di due liquidi.
Classificazione operazioni unitarie per logica operativa
Classificazione ed equazione generale di dimensionamento di reattori chimici
Operazioni unitarie di separazione di fluidi
Distillazione e Rettifica. Apparecchiature. Distillazione continua in uno stadio (Flash). Rettifica continua in colonna a piatti: miscele binarie e miscele a più componenti: calcolo numero di stadi teorici. Distillazione e rettifica discontinue. Criteri per il calcolo dell'efficienza. Criteri per il dimensionamento (chimico ed idraulico).
Assorbimento: descrizione delle operazioni di assorbimento (absorption) /desorbimento (stripping). Apparecchiature e corpi di riempimento. Calcolo dell'altezza del riempimento, del diametro e della perdita di carico in una colonna di assorbimento; assorbimento in colonna a piatti: determinazione del numero di piatti.
Estrazione Liquido-Liquido. Descrizione delle operazioni. Apparecchiature continue e discontinue. Coefficienti di ripartizione e di selettività. Scelta del solvente.
Macchine: pompe, compressori, principi di funzionamento, dimensionamento.
Letti fluidizzati. Filtrazione.
Software per la simulazione di processo.
Termodinamica Applicata: modelli per la definizione di coefficienti di fugacità ed attività.
Equilibrio Liquido-Vapore (ELV) nei diversi casi di idealità o meno delle fasi; consistenza termodinamica dell'ELV. Diagrammi per l'ELV.
Equilibrio Liquido-Liquido (ELL): diagrammi relativi per sistemi binari e ternari. Criteri termodinamici per lo smiscelamento di due liquidi.
Classificazione operazioni unitarie per logica operativa
Classificazione ed equazione generale di dimensionamento di reattori chimici
Operazioni unitarie di separazione di fluidi
Distillazione e Rettifica. Apparecchiature. Distillazione continua in uno stadio (Flash). Rettifica continua in colonna a piatti: miscele binarie e miscele a più componenti: calcolo numero di stadi teorici. Distillazione e rettifica discontinue. Criteri per il calcolo dell'efficienza. Criteri per il dimensionamento (chimico ed idraulico).
Assorbimento: descrizione delle operazioni di assorbimento (absorption) /desorbimento (stripping). Apparecchiature e corpi di riempimento. Calcolo dell'altezza del riempimento, del diametro e della perdita di carico in una colonna di assorbimento; assorbimento in colonna a piatti: determinazione del numero di piatti.
Estrazione Liquido-Liquido. Descrizione delle operazioni. Apparecchiature continue e discontinue. Coefficienti di ripartizione e di selettività. Scelta del solvente.
Macchine: pompe, compressori, principi di funzionamento, dimensionamento.
Letti fluidizzati. Filtrazione.
Software per la simulazione di processo.
Metodi didattici
Le lezioni frontali si alterneranno ad esercitazioni numeriche. Saranno previste anche alcune esercitazioni in aula informatica per acquisire conoscenze di base nell'uso di alcuni software di simulazione di processo. Il corso frontale è strettamente collegato al modulo di laboratorio.
Materiale di riferimento
- F. Cavani, G. Centi, M. Di Serio, I. Rossetti, A. Salvini, G. Strukul, "Fondamenti di chimica industriale. Materie prime, prodotti, processi, sostenibilità", Zanichelli, 2022.
- B.E.Poling, J.M.Prausnitz, J.P. O'Connell, "The Properties of Gases and Liquids" McGraw-Hill, 2001.
- W.L. Mc Cabe, J.C. Smith, P. Harriot, "Unit operations of chemical engineering", Mc Graw Hill, 2001.
- J.M. Douglas, "Conceptual design of chemical processes", Mc Graw Hill, 1988.
- V. Ragaini, C. Pirola, "Processi di Separazione nell'Industria Chimica", Hoepli
Dispense e altro materiale didattico a cura della docente, messo a disposizione tramite la piattaforma Ariel.
- B.E.Poling, J.M.Prausnitz, J.P. O'Connell, "The Properties of Gases and Liquids" McGraw-Hill, 2001.
- W.L. Mc Cabe, J.C. Smith, P. Harriot, "Unit operations of chemical engineering", Mc Graw Hill, 2001.
- J.M. Douglas, "Conceptual design of chemical processes", Mc Graw Hill, 1988.
- V. Ragaini, C. Pirola, "Processi di Separazione nell'Industria Chimica", Hoepli
Dispense e altro materiale didattico a cura della docente, messo a disposizione tramite la piattaforma Ariel.
Modulo: Laboratorio di impianti chimici
Programma
Verranno svolte in laboratorio le seguenti esperienze:
Esercitazione 1: Misura della tensione di vapore di un liquido a diverse temperature
Esercitazione 2: Raccolta di dati di equilibrio liquido/vapore di una miscela binaria in condizione isobare
Esercitazione 3: Conduzione di una colonna di rettifica a rapporto di riflusso finito e infinito
Esercitazione 4: Conduzione di una colonna di assorbimento con diversi rapporti di portate liquido/gas
Esercitazione 5: Visita e esercitazioni in un impianto virtuale di Crude Distillation Unit tramite sistema ITS (Immersive Training Sistem)
Esercitazione 6: Introduzione al sistema ARDUINO per la creazione e programmazione di strumenti di processo. Teoria di base, programmazione di base ed esercitazione consistente nell'assemblaggio, messa in opera e test di una sonda per la rilevazione e registrazione di temperatura.
Verrà inoltre svolta la elaborazione dati e la simulazione di processo per tutte le esperienze.
Esercitazione 1: Misura della tensione di vapore di un liquido a diverse temperature
Esercitazione 2: Raccolta di dati di equilibrio liquido/vapore di una miscela binaria in condizione isobare
Esercitazione 3: Conduzione di una colonna di rettifica a rapporto di riflusso finito e infinito
Esercitazione 4: Conduzione di una colonna di assorbimento con diversi rapporti di portate liquido/gas
Esercitazione 5: Visita e esercitazioni in un impianto virtuale di Crude Distillation Unit tramite sistema ITS (Immersive Training Sistem)
Esercitazione 6: Introduzione al sistema ARDUINO per la creazione e programmazione di strumenti di processo. Teoria di base, programmazione di base ed esercitazione consistente nell'assemblaggio, messa in opera e test di una sonda per la rilevazione e registrazione di temperatura.
Verrà inoltre svolta la elaborazione dati e la simulazione di processo per tutte le esperienze.
Metodi didattici
Gli studenti effettueranno le esercitazioni in gruppi di 3-4 persone, producendo una relazione di fine laboratorio da discutere per la verifica dell'apprendimento.
Materiale di riferimento
- V. Ragaini, C. Pirola, "Processi di Separazione nell'Industria Chimica", Hoepli
- Slides presentate a lezione
- Dispense delle esercitazioni
- Slides presentate a lezione
- Dispense delle esercitazioni
Moduli o unità didattiche
Modulo: Impianti chimici
ING-IND/25 - IMPIANTI CHIMICI - CFU: 6
Esercitazioni: 16 ore
Lezioni: 40 ore
Lezioni: 40 ore
Docente:
Rossetti Ilenia Giuseppina
Modulo: Laboratorio di impianti chimici
ING-IND/25 - IMPIANTI CHIMICI - CFU: 6
Laboratori: 64 ore
Lezioni: 16 ore
Lezioni: 16 ore
Docente:
Pirola Carlo
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Tutti i giorni lavorativi, previo appuntamento. Il ricevimento avverra' via Microsoft Teams.
Studio R 30 S Dipartimento di Chimica (tramite Microsoft Teams)
Ricevimento:
In qualsiasi momento previo appuntamento via mail
Ufficio del docente o MS Teams