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Anno scolastico 2015/2016
Programma di Tecnologie chimiche industriali e laboratorio Classe IV ITCM Docenti: Adamo Giovanna – Avellis Francesco
MODULO 1: I fondamenti chimico-fisici delle operazioni unitarie: il primo principio della termodinamica. 1. I sistemi termodinamici: le funzioni di stato; trasformazioni aperte e cicliche, reversibili e irreversibili; principio zero della termodinamica. 2. Energia interna e primo principio: equivalenza calore-lavoro; enunciato del primo principio; calore specifico; entalpia. 3. Applicazioni del primo principio: calcolo del lavoro scambiato nelle trasformazioni isobare, isoterme, isocore e adiabatiche. MODULO 2: Bilanci di materia ed energia 1. Le equazioni di bilancio e i principi di conservazione. 2. Bilanci di materia ed energia in regime stazionario, transitorio e in sistemi con reazioni chimiche. MODULO 3: Il trasferimento di calore 1. Equazioni di trasferimento. 2. Principi teorici: conduzione, convezione e irraggiamento. 3. Equazioni e parametri significativi: equazione di Fourier, la conducibilità dei materiali, il coefficiente di pellicola. MODULO 4: Le apparecchiature per lo scambio termico. 1. Gli scambiatori a doppio tubo: scambio in equicorrente e in controcorrente, il coefficiente di trasferimento globale, l’equazione di trasferimento globale e la temperatura media logaritmica, i fattori di sporcamento, dimensionamento di uno scambiatore. 2. Gli scambiatori a fascio tubiero: descrizione e criteri di scelta. 3. Condensatori e ribollitori. MODULO 5: Concentrazione e cristallizzazione. 1. Aspetti generali dell’evaporazione: tensione di vapore per liquidi puri, temperatura di ebollizione per le soluzioni. 2. Impianti di evaporazione a singolo effetto: bilanci di materia, di energia, equazione di trasferimento, grado di vuoto e condensatore barometrico. 3. Evaporatori a multiplo effetto: bilanci e dimensionamento di un multiplo effetto in equi e controcorrente, schemi di controllo negli impianti di evaporazione. 4. Evaporazione per ricompressione meccanica del vapore.
MODULO 6: Le basi chimico chimico-fisiche delle operazioni unitarie: il secondo e il terzo principio della termodinamica 1. 2. 3. 4.
Le macchine termiche. Il secondo principio della termodinamica: enunciati di Clausius e Kelvin - Planck. Rendimento di un ciclo motore. Ciclo di Carnot. Teorema di Carnot. L’entropia: uguaglianza di Clausius, calcolo della variazione di entropia dei sistemi materiali; entropia e processi irreversibili. Significato dell’entropia. 5. Il terzo principio della termodinamica. 6. L’energia libera: energia di Gibbs; condizioni termodinamiche per l’equilibrio chimico. Relazione tra energia libera, entalpia ed entropia in una reazione. Legge di Hess ed entalpia di formazione. Calcolo della variazione di energia libera di una reazione. Energia libera molare standard di formazione. 7. Energia di Gibbs ed equilibrio chimico: costante di equilibrio e temperatura; equazione di Van’t Hoff; costante di equilibrio e pressione. MODULO 7: Processi industriali. 1. Idrogeno e gas di sintesi: proprietà dell’idrogeno; chimica dei processi; lo steam reforming; problematiche ambientali. 2. Produzione dell’ammoniaca: il problema della fissazione dell’azoto; proprietà, produzione ed usi dell’ammoniaca; aspetti termodinamici e cinetici della sintesi; i reattori di sintesi; il ciclo di sintesi. 3. Produzione di acido nitrico: proprietà dell’acido nitrico e degli ossidi di azoto; produzione industriale: ossidazione catalitica dell’ammoniaca, ossidazione e dimerizzazione di NO, assorbimento in acqua; aspetti impiantistici.
Laboratorio 1. Impianti chimici: simbologia UNICHIM, struttura generale di un disegno: schema di processo e schema di marcia. 2. Disegno di schemi di processo relativi a impianti di evaporazione a singolo e multiplo effetto e di impianti di rettifica continua, tratti anche da tracce ministeriali degli esami di stato.
Bari
08/06/2016
I docenti Prof.ssa Giovanna Adamo Prof. Francesco Avellis
