Obiettivi formativi
<br /> Il corso intende fornire i concetti fondamentali della chimica industriale e gli strumenti idonei per ottenere la massima efficienza nei processi industriali ed i minori costi di produzione. A tale scopo vengono fornite utili informazioni circa le relazioni fra alcuni concetti della chimica di base , della chimica fisica e della termodinamica, in parte già sviluppati da un punto di vista teorico nei corsi degli anni precedenti, e le applicazioni di questi principi nell¿industria chimica al fine di prevedere ed ottenere le massime rese a seconda dei diversi fattori che possono avere influenza sugli equilibri chimici. Vengono inoltre forniti i concetti di base della cinetica chimica dei processi industriali con particolare riguardo ai processi catalitici.<br /> Vengono quindi presi in esame alcuni significativi processi industriali inorganici applicando i concetti discussi nella parte generale mettendo in evidenza soprattutto le ragioni per cui un procedimento viene in pratica preferito ad un altro chimicamente possibile.
Contenuti dell'insegnamento
<br /> Bilanci di materia e di energia e applicazioni ai processi chimici<br /> Principi di base e stechiometria industriale. L¿equazione chimica generale, grado di avanzamento di una reazione, una variabile per i sistemi chimici reagente limitante.<br />Bilanci materiali. Principio di conservazione della massa. Analisi dei bilanci materiali. Processi allo stato stazionario. Soluzione diretta, tecniche algebriche, elemento di collegamento, calcoli di riciclo, by-pass e spurgo. Applicazioni numeriche.<br />Bilanci energetici, primo principio della termodinamica, legge della conservazione dell¿energia, bilancio entalpico. Bilancio di energia generale. Bilancio di energia con reazione chimica.<br />Applicazione simultanea dei bilanci materiali ed energetici.<br />Richiami di termodinamica<br />Il problema centrale della termodinamica. Lo stato di equilibrio. Conservazione della massa ed energia. Entropia: una equazione di bilancio addizionale. Bilancio di entropia e reversibilità. Applicazione del bilancio entropico. <br />Entropia e reazioni chimiche. Potenziale chimico e affinità: ¿driving force¿ delle reazioni chimiche. Proprietà generali dell¿affinità, proprietà generali dell¿entropia.<br />Previsione di grandezze termodinamiche di gas ideali, liquidi puri, solidi ed elettroliti. Proprietà termodinamiche delle sostanze reali, equazioni di stato e principio degli stati corrispondenti.<br />I criteri per l¿equilibrio. Stabilità in sistemi termodinamici, relazioni termodinamiche generali. Energia libera molare di Gibbs e fugacità di un composto puro. Termodinamica di miscele multicomponenti. Miscele ideali e non-ideali. Valutazione dell¿energia libera di Gibbs e fugacità di un componente in una miscela.<br />Equilibrio chimico ed equazioni di bilancio per sistemi chimicamente reagenti. Equilibri chimici e calori di reazione in sistemi condensati. Trasformazioni chimiche e velocità delle reazioni chimiche. Equilibrio e legge dell'azione di massa. ¿Il principio del bilancio dettagliato degli stadi elementari¿. Produzione di entropia dovuta ad una reazione chimica.<br />Equilibri chimici complessi. Regola delle fasi per sistemi reagenti. Equilibrio liquido-solido coinvolgente ioni. Diagrammi di equilibrio per miscele saline, diagrammi di Janeck. Analisi di equilibri chimici complessi, esempio. Formulazione di equilibri chimici complessi, esempio. Sistema CHO e limiti di deposizione del carbonio. <br />Analisi termodinamica dei processi. Funzioni lavoro ed energia libera. Efficienza termodinamica dei processi reversibili ed irreversibili. ¿Availabylity¿ Sistemi con trasformazioni chimiche. Valutazione della massima efficienza delle reazioni chimiche. Applicazioni a processi industriali.<br />Processi termomeccanici. Compressione ed espansione di un gas. Espansione Joule-Thomson, liquefazione di gas.<br />Processi e prodotti di base della chimica inorganica industriale<br />Aspetti economici della industria chimica inorganica. Aspetti ambientali della produzione di prodotti inorganici. Brevetti. <br />Gas industriali: Liquefazione dell¿aria. Separazione dei gas dell¿aria. Idrogeno e gas di<br /> sintesi. Steam Methane Reforming (SMR).<br />Azoto e composti dell¿azoto:<br />Ammoniaca, Acido Nitrico, Ammonio Nitrato, Urea. <br />Zolfo e composti dello zolfo:<br />Acido Solforico. Processo Claus.<br />Industria cloro-alcali:<br />cloro e idrossido di sodio, acido cloridrico, carbonato sodico.<br />Acetilene.<br />Perossido di idrogeno e perossidi inorganici.<br />
Bibliografia
<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering <br />D. M. Himmelblau<br />Prentice-Hall International Editions<br />Chemical and Engineering Thermodynamics<br />S. L. Sandler<br />John Wiley & Sons Inc.<br />Industrial Inorganic Chemistry: Production and Uses<br />Edited by R. Thompson<br />The Royal Society of Chemistry <br />Encyclopedia of Chemical Technology<br />Kirk-Othmer<br />John Wiley & Sons Inc.<br />
