PRESENTAZIONE

In questo insegnamento sono richiamati i principali concetti di termodinamica che vengono approfonditi e applicati ai processi principali della Chimica Industriale. sono descritte approfonditamente le principali sintesi inorganiche e i processi chimici industriali (sintesi dell'ammoniaca, dell'acido nitrico, dell'acido solforico, processo Solvay (sintesi del Carbonato di Sodio), cristallizzazione industriale).

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Obiettivo dell’insegnamento è quello di introdurre i fondamenti della chimica industriale fornendo le basi teoriche e gli strumenti culturali (termodinamica dei sistemi reali) per affrontare gli aspetti chimico-fisici applicati e operativi attraverso cui viene definito un processo tecnologico della chimica industriale, con particolare riferimento agli aspetti operativi di alcune sintesi industriali di tipo inorganico.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di utilizzare in maniera approfondita gli strumenti e le funzioni della termodinamica chimica per i sistemi reali (potenziali termodinamici, il concetto di  fugacità e di attività, il  potenziale chimico, la tensione di vapore, il fattore di comprimibilità). Inoltre, dovrà saper utilizzare il metodo dei contributi di gruppo per calcolare la costante di equilibrio la sua dipendenza dalla temperatura considerando anche l'eventuale contributo dei calori molari nonché saper utilizzare i diagrammi generalizzati per le grandezze termodinamiche a diverse pressioni/temperature. Dovrà saper maneggiare con precisione i fondamenti di cinetica chimica per individuare le condizioni di massima velocità di reazione in funzione di T per le reazioni chimiche esotermiche.

Sulla base delle conoscenze avanzate precedentemente descritte dovrà saper discutere in dettaglio il processi di produzione industriale dell'ammoniaca, dell'acido solforico, dell'acido nitrico,  del carbonato di calcio. Dovrà altresì conoscere i fondamenti termodinamici e cinetici del processo di cristallizzazione per controllare industrialmente la distribuzione di taglia del particolato.

PREREQUISITI

Principi generali di termodinamica e cinetica chimica, nozioni generali di chimica di base

MODALITA' DIDATTICHE

Lezione tradizionale erogata mediante presentazioni powerpoint. Sono disponibili su AulaWeb gli appunti integrali del docente fin dalla prima lezione. Inoltre, è importante fare riferimento al testo “Principi della Chimica Industriale 1” di G. Natta e I. Pasquon (disponibile liberamente su www.giulionatta.it ).

PROGRAMMA/CONTENUTO

PARTE 1: RICHIAMI DI TERMODINAMICA

Sistemi in evoluzione e all’equilibrio

Calore non compensato

Creazione di entropia e velocità di reazione

Entalpia libera e potenziale chimico

Equazione fondamentale della termodinamica chimica

Equazione di Gibbs-Duhem

Fugacità e attività

Stati di riferimento

Soluzioni ideali e reali

leggi di Henry e Raoult

Costante di equilibrio

Entalpia libera, entalpia ed entropia standard di formazione dei composti

Reazioni chimiche termodinamicamente favorite e sfavorite

Stabilità termodinamica dei composti rispetto agli elementi

Tensioni standard di ossidazione – serie elettrochimica. (opzionale)

Influenza di T sulle grandezze termodinamiche.

PREVISIONE DI GRANDEZZE FISICHE E TERMODINAMICHE DI GAS IDEALI, DI LIQUIDI PURI, DI SOLIDI (E DI ELETTROLITI).

Il metodo dei contributi di gruppo per il calcolo delle entalpie libere standard di sostanze allo stato gassoso e condensato

Calori molari di gas ideali puri, dei liquidi e dei solidi

Calore latente di vaporizzazione dei liquidi

APPLICAZIONE DELLE ENTALPIE LIBERE DI FORMAZIONE E DELLE ENERGIE DI DISSOCIAZIONE DEI LEGAMI ALLO STUDIO DI RELAZIONI CHIMICHE.

Calcolo della resa di equilibrio termodinamico

Diagramma di Francis – stabilità relativa degli idrocarburi

Stabilità relativa di radicali e ioni

Caratteristiche termodinamiche di alcune reazioni chimiche. Effetto di T e p.

Il gas di sintesi

PROPRIETÀ DEI GAS REALI E DI LIQUIDI PURI, EQUILIBRI CHIMICI E CALORI DI REAZIONE IN SISTEMI GASSOSI REALI.

Equazioni di stato di gas reali allo stato puro

Legge degli stati corrispondenti

Densità dei liquidi puri

Coefficienti di fugacità

Valutazione delle proprietà termodinamiche per sistemi gassosi non ideali

Leggi di Amagat, Dalton e delle condizioni pseudocritiche

Esempi

EQUILIBRI CHIMICI E CALORI DI REAZIONE IN SISTEMI CONDENSATI.

Calori integrali di soluzione e cenni alle proprietà delle soluzioni

Calori di reazione nei sistemi liquidi

Esempi di equilibri chimici in sistemi condensati.

PARTE 2: PROCESSI INDUSTRIALI DI SINTESI e CRISTALLIZZAZIONE INDUSTRIALE

CENNI ALLA COSTRUZIONE E GESTIONE DELL’IMPIANTO (facoltativo)

APPLICAZIONE DEI PRINCIPI TERMODINAMICI E CINETICI AD IMPORTANTI PROCESSI INDUSTRIALI - STRUTTURA DEGLI IMPIANTI

Sintesi dell’ammoniaca

Sintesi dell’acido solforico

Sintesi dell’acido nitrico

Il processo Solvay per la produzione del carbonato di sodio

Cristallizzazione industriale

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• G. Natta, I. Pasquon, Principi della Chimica Industriale, Vol. 1, Città Studi, Milano (1993)

http://www.giulionatta.it/pdf/pubblicazioni/00537.pdf

Questo testo è il riferimento per la prima parte del corso. Per quanto non espressamente riportato nel vol. 1 del libro di G. Natta, sono disponibili gli appunti del docente (su Aula Web)

Per la parte relativa ai richiami di termodinamica, possono inoltre essere consultati:

• G. Natta, I. Pasquon, P. Centola, Principi della Chimica Industriale, Vol. 2, CLUP, Milano (1978)

http://www.giulionatta.it/pdf/pubblicazioni/00615.pdf

• H.S. Fogler, Elements of chemical reaction engineering 2nd ed., Prentice-Hall International Editions, New Jersey, 1992.
• E.W. Comings, High Pressure Technology, McGraw-Hill, New York (1956). Cap. 8 e 12.
• S. Carrà, Introduzione alla Termodinamica Chimica, Zanichelli, Bologna (1972). Paragrafi vari.
• E. Keszei, Chemical Thermodynamics: An Introduction, Springer (2013).
• O.A. Hougen, K.M. Watson, R.R. Ragatz, Principi dei Processi Chimici, Casa Editrice Ambrosiana, Milano (1966).

Per la parte relativa ai processi industriali sono disponibili gli appunti del docente. Possono inoltre essere consultati:

• E. Mariani “Chimica Applicata Industriale 1”, UTET, Torino, 1972. Paragrafi vari.
• A. Girelli, L. Matteoli, F. Parisi “Trattato di Chimica Industriale e Applicata 1”, Zanichelli, Bologna, 1969. Paragrafi vari.
• C.A. Vancini “La Sintesi dell’Ammoniaca”, Ulrico Hoepli, Milano, 1961. Paragrafi vari.

Materiale suppletivo è fornito a richiesta a studenti lavoratori, o studenti con DSA per venire incontro ad esigenze specifiche.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

DAVIDE COMORETTO (Presidente)

SILVIA VICINI

MARINA ALLOISIO (Presidente Supplente)

MAILA CASTELLANO (Supplente)

PAOLA LOVA (Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

 Le lezioni dell'insegnamento sono riportate sul portale degli studenti easy academy accessibile al sito https://easyacademy.unige.it/portalestudenti/ 

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame orale condotto da due docenti per una durata non inferiore a 30 minuti.

La prova orale consiste usualmente nella discussione di una sintesi industriale e di una parte dei principi di termodinamica chimica utilizzati per realizzare tale sintesi industriale. Lo studente deve dimostrare di aver compreso i fondamenti del problema e della sua implementazione industriale ed esporli con proprietà di linguaggio in maniera logica. Le due parti hanno ugual peso nella determinazione del voto finale.

In casi di emergenza e solo in seguito a specifiche disposizioni emanate espressamente dall’Ateneo di Genova, la modalità di svolgimento degli esami di profitto potranno essere modificate fino a prevedere la possibilità di sostenere la prova on line.

Per gli studenti disabili o con DSA le modalità d'esame sono uniformate alla regolamentazione di Ateneo per lo svolgimento degli esami di profitto (https://unige.it/disabilita-dsa)

Gli studenti devono contattare il docente per concordare le date d'esame, su appuntamento.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Scopo della prova d'esame è la verifica da parte della commissione del conseguimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento cioè la comprensione delle basi teoriche e degli strumenti culturali (termodinamica dei sistemi reali) per affrontare gli aspetti chimico - fisici applicati e operativi attraverso cui viene definito un processo tecnologico della chimica industriale, con particolare riferimento agli aspetti operativi di alcune sintesi industriali di tipo inorganico.

In caso contrario, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente prima di sostenere nuovamente l’esame. Per garantire la corrispondenza tra gli argomenti dell'esame e gli obiettivi formativi dell’insegnamento, il programma dettagliato del corso viene caricato su AulaWeb ed illustrato all’inizio delle lezioni, in modo che gli studenti possano verificarne l'aderenza.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Per qualsiasi ulteriore informazione, gli studenti sono invitati a contattare direttamente il docente via email (davide.comoretto@unige.it), telefono (010-3538736; 3358046559) o nel suo ufficio/laboratorio.