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CHIMICA INDUSTRIALE I
Obiettivi formativi
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.
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
Bilanci di materia e di energia e applicazioni ai processi chimici
Principi di base e stechiometria industriale. L’equazione chimica generale, grado di avanzamento di una reazione, una variabile per i sistemi chimici reagente limitante.
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.
Bilanci energetici, primo principio della termodinamica, legge della conservazione dell’energia, bilancio entalpico. Bilancio di energia generale. Bilancio di energia con reazione chimica.
Applicazione simultanea dei bilanci materiali ed energetici.
Richiami di termodinamica
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.
Entropia e reazioni chimiche. Potenziale chimico e affinità: “driving force” delle reazioni chimiche. Proprietà generali dell’affinità, proprietà generali dell’entropia.
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.
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.
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.
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.
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.
Processi termomeccanici. Compressione ed espansione di un gas. Espansione Joule-Thomson, liquefazione di gas.
Processi e prodotti di base della chimica inorganica industriale
Aspetti economici della industria chimica inorganica. Aspetti ambientali della produzione di prodotti inorganici. Brevetti.
Gas industriali: Liquefazione dell’aria. Separazione dei gas dell’aria. Idrogeno e gas di
sintesi. Steam Methane Reforming (SMR).
Azoto e composti dell’azoto:
Ammoniaca, Acido Nitrico, Ammonio Nitrato, Urea.
Zolfo e composti dello zolfo:
Acido Solforico. Processo Claus.
Industria cloro-alcali:
cloro e idrossido di sodio, acido cloridrico, carbonato sodico.
Acetilene.
Perossido di idrogeno e perossidi inorganici.
Bibliografia
Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering
D. M. Himmelblau
Prentice-Hall International Editions
Chemical and Engineering Thermodynamics
S. L. Sandler
John Wiley & Sons Inc.
Industrial Inorganic Chemistry: Production and Uses
Edited by R. Thompson
The Royal Society of Chemistry
Encyclopedia of Chemical Technology
Kirk-Othmer
John Wiley & Sons Inc.
Altri insegnamenti
ANNO DI CORSO: 1
ANNO DI CORSO: 2
ANNO DI CORSO: 3

