OBIETTIVI FORMATIVI

Il modulo si propone di fornire agli studenti le nozioni di base per impostare correttamente e risolvere numericamente i bilanci macroscopici di materia e di energia, con riferimento a singole unità operative o a sistemi di processo più complessi.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La partecipazione alle attività formative proposte (lezioni frontali, esercizi, laboratorio informatico), lo studio individuale e la discussione in gruppo permetteranno allo studente di:

-        scrivere correttamente i bilanci macroscopici di materia ed energia e discuterli con lessico appropriato;

-        applicare i bilanci macroscopici di materia (in massa e in moli) e di entalpia a singole operazioni unitarie proprie dell’ingegneria chimica;

-        individuare eventuali ipotesi semplificative adottabili nell’ambito di un problema di processo risolubile sulla base di bilanci macroscopici di materia ed energia;

-        integrare la risoluzione di bilanci di materia ed energia con le conoscenze acquisite nel primo modulo dell’insegnamento in termini di equilibri di fase e di reazione;

-        calcolare il diagramma quali-quantitativo (portate, concentrazioni, temperature) che descrive uno schema di processo articolato su più operazioni unitarie;

-        valutare macroscopicamente flussi convettivi e diffusivi in relazione a diversi volumi di controllo;

-        usare le principali funzioni del software di simulazione Aspen Plus per la soluzione di bilanci.

MODALITA' DIDATTICHE

Il modulo prevede lezioni frontali in aula. Alla presentazione di contenuti teorici (30 ore) si alternano lezioni con esercizi (26 ore) svolti alla lavagna dal docente o a gruppi guidati per favorire l’apprendimento e la discussione di specifici esempi di applicazioni proprie dell’ingegneria di processo. È previsto inoltre un laboratorio informatico (4 ore) nell’ambito del quale sono proposte esercitazioni numeriche da svolgere in gruppo utilizzando un software commerciale. Si consiglia la frequenza delle lezioni.

Le competenze trasversali in termini di abilità comunicativa e autonomia di giudizio verranno acquisite tramite i lavori di gruppo, l'esecuzione di una esercitazione in aula con l’uso di manuali tecnici messi a disposizione e una simulazione d’esame scritto.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma del modulo prevede la presentazione e discussione dei seguenti argomenti:   

1.        Introduzione (4 ore)

         Principali grandezze chimico fisiche, lessico e nomenclatura, impostazione generale dei bilanci.

2.        Bilancio macroscopico di materia (22 ore)

         Bilancio macroscopico in massa e in moli (formulazione completa e semplificata);

         casi stazionari e no, in sistemi aperti e chiusi;

         casi in presenza di reazione ipotizzando resa, selettività, grado di avanzamento, cinetica o equilibrio;

         calcolo gradi di libertà su schemi di processo;

         metodologia per la risoluzione di un problema di processo;

         consultazione di manuali tecnici per il reperimento di dati;

         coefficiente di trasporto di materia e numero di Sherwood;

         flussi diffusivi all’interfaccia in presenza di reazione e di passaggio di fase.

3.        Bilancio macroscopico di energia (16 ore)

Bilancio macroscopico di energia e sua degenerazione a bilancio entalpico (formulazione completa e semplificata);

         casi stazionari e no, in sistemi aperti e chiusi;

         casi in presenza di reazione e relazione con i bilanci di materia;

         applicazione su schemi di processo;

         coefficiente di trasporto di calore e numero di Nusselt;

         resistenze termiche in serie su geometria piana e cilindrica.

4.        Esercitazioni riassuntive (14 ore)

Casi di studio che richiedano la soluzione di bilanci macroscopici sia di materia sia di energia.

5.        Laboratorio informatico (4 ore)

         Fondamenti per l’uso del software di simulazione di processo Aspen Plus;

risoluzione con Aspen Plus di semplici problemi di processo basati su bilanci macroscopici e conduzione di analisi parametriche.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà disponibile in Aulaweb dell’insegnamento, così come gli esempi delle prove scritte proposte negli anni precedenti e una traccia per la loro soluzione. Gli appunti presi durante le lezioni e il materiale in Aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell’esame, ma i libri seguenti sono suggeriti come testi di appoggio e approfondimento:

- D.M. Himmelblau amd J.B. Riggs, Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, Prentice Hall Pearson Edication.

- M.C. Annesini, “Fenomeni di trasporto. Fondamenti e applicazioni”, Edizioni Hoepli.

- R. Mauri, Elementi di fenomeni di trasporto, Plus Pisa University Press.

- R.H. Perry, D.W. Green,“Perry’s chemical engineers’ handbook” VIII ed., Mc Graw Hill.

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