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CODICE 72404
ANNO ACCADEMICO 2023/2024
CFU
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-IND/25
SEDE
  • GENOVA
PERIODO 1° Semestre
MODULI Questo insegnamento è un modulo di:
MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

PRESENTAZIONE

Il corso tratta le colonne per processi di separazione: absorbimento e distillazione. In ciascun caso, dopo i richiami preliminari di termodinamica, viene sviluppato l'approccio teorico. La parte teorica è supportata da esercitazioni pratiche relative al calcolo (progettazione e verifica) delle colonne, svolte sia attraverso metodi analitici o grafici, sia al calcolatore (in aula informatica) mediante l’ausilio di uno dei più moderni software specifici (UniSim).  

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il modulo ha finalità di fornire gli strumenti teorici di base per la progettazione delle colonne di separazione di un impianto dell'industria di processo, a partire dallo sviluppo teorico fino alla realizzazione in campo. Verranno inoltre affrontati i criteri di scelta, progettazione ed esercizio di alcune tipiche colonne di separazione.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine del modulo lo studente sarà in grado di:

  • progettare colonne di separazione mediante l’utilizzo di metodi grafici e con l’ausilio dei uno dei più moderni software (UniSim);
  • gestire e ottimizzare i parametri operativi di colonne pre-esistenti;

Lo studente avrà inoltre occasione di migliorare competenze trasversali quali abilita' comunicativa e capacità di lavorare in team attraverso il lavoro in gruppo in laboratorio informatico.

MODALITA' DIDATTICHE

Il modulo è articolato in lezioni teoriche (48 ore) e lezioni in laboratorio informatico (2 ore).

Si consigliano gli studenti lavoratori e gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio del corso per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il modulo tratta le colonne per processi di separazione, ovvero absorbimento e distillazione. In ciascun caso, dopo alcuni richiami preliminari di termodinamica, vengono sviluppate le equazioni e vengono illustrati i metodi semi-grafici che costituiscono la base concettuale dei metodi di calcolo numerico moderno.

Absorbimento.

Introduzione: Panoramica dei principi chimico-fisici. Absorbimento semplice. Stripping.

Studio dei coefficienti di scambio locali e globali: Il meccanismo dell’absorbimento: la teoria del doppio film (Whitman) e le teorie piu’ recenti (Higbie, Dankwertz). Approfondimento circa la teoria del doppio film: applicazione della teoria della diffusione su film stagnante. Correlazioni fra i coefficienti di scambio locali e globali. Regimi di Gas Film limitante, Liquid Film limitante e misto.

Apparecchiature per l’absorbimento: Confronto fra le colonne a piatti e le colonne riempite. Colonne con riempimento: caratteristiche generali. Le varie tipologie di riempimento.

Effetti fluidodinamici in colonne con riempimento: Perdite di carico nelle colonne riempite. Loading, Flooding e Minimum Wetting Rate.

Effetti termici nelle colonne di absorbimento: metodi di valutazione dei profili di temperatura nelle colonne riempite e a piatti. Profili di temperatura tipici. Conseguenze dei rialzi termici sull’ (L/G) minimo e sulle prestazioni della colonna. Sistemi di raffreddamento.

Colonne di absorbimento con riempimento: Calcolo dell’altezza della colonna nel caso di colonna isoterma. Numero di unità di scambio e altezza per unità di scambio. Calcolo del rapporto L/G minimo. Considerazioni sulla valutazione dell’L/G minimo in colonne riempite non isoterme.

Colonne di absorbimento a piatti: Caratteristiche dei piatti utilizzati per le colonne di absorbimento: geometrie ed efficienze. Calcolo del numero di piatti: metodo grafico basato sull’utilizzo della retta di lavoro e della curva di equilibrio. Metodo grafico alternativo basato sul fattore di absorbimento.

Absorbimento associato a reazione chimica: Regimi individuati dai valori della costante di reazione: reazione lenta, regime intermedio, reazione veloce, reazione istantanea.

Distillazione

Distillazione continua di miscele binarie: Dimostrazione delle equazioni di Underwood e di Fenske (sulla base del metodo di Mc-Cabe-Thiele). Modifiche necessarie per applicare il metodo di McCabe-Thiele al calcolo del numero di piatti teorici nel caso di colonne con alimentazioni multiple e prelievi di tagli laterali. Colonne di stripping e di rettifica. Metodo di Ponchon-Savarit: utilizzo del diagramma di equilibrio termodinamico entalpia-composizione. DImostrazione delle equazioni delle rette di lavoro. Poli di arricchimento ed esaurimento. Allineamento dei poli e del punto rappresentativo dell'alimentazione. Costruzione grafica. Correlazione fra la posizione dei poli ed il rapporto di riflusso. Rapporto di riflusso minimo e numero di piatti minimo. Lettura delle duties del ribollitore e del condensatore dalla costruzione grafica.

Distillazione discontinua di miscele binarie: Caso di distillazione con composizione del prodotto di testa xD costante: calcolo del calore richiesto e del tempo totale di processo. Caso di rapporto di riflusso R costante: calcolo del calore richiesto e del tempo totale di processo.

Distillazione continua delle miscele multicomponenti: Metodi di calcolo approssimati (short-cut): metodo di Erbar-Maddox per il calcolo approssimato del numero di piatti. Equazione di Fenske per il calcolo del numero di piatti minimo nel caso di miscele multicomponenti. Metodo di Underwood per il calcolo approssimato del rapporto di riflusso minimo. Metodi short-cut per la scelta del piatto di alimentazione. Metodi di calcolo rigorosi: il sistema di equazioni MESH ed i relativi metodi numerici di risoluzione.

Progettazione della colonna di distillazione: tipologie di piatti. Efficienza. Scelta del diametro della colonna. Fluodinamica della colonna: regimi di weeping, coning, entrainment e flooding. Colonne di distillazione riempite.

 

Per ciascun argomento, la parte teorica è supportata da esercitazioni pratiche relative al calcolo (progettazione e verifica) delle colonne. Le esercitazioni sono svolte sia attraverso metodi analitici o grafici, sia al calcolatore (in aula informatica) mediante l’ausilio di uno dei più moderni software specifici (UniSim).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte le slide proiettate durante le lezioni sono disponibili su aul@web. I libri indicati sotto sono suggeriti come testi di appoggio:

  • R. Sinnott & G. Towler, Chemical Engineering Design, Fifth edition, Elsevier Science (2009).
  • J.F. Coulson, J.H. Harker, Chemical Engineering, Vol. 2, Fifth Edition, Elsevier Science (2002).  

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

PAOLA COSTAMAGNA (Presidente)

ROBERTA CAMPARDELLI (Presidente Supplente)

LEZIONI

Orari delle lezioni

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile all'indirizzo EasyAcademy.

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste in una discussione orale.

Informazioni supplementari:

  • le date sono disponibili on-line (‘Calendario Esami’ dell’Università di Genova);
  • l’aula prescelta per lo svolgimento dell’esame e l’ora di inizio, verranno comunicate di volta in volta mediante e-mail inviata tramite aul@web.

Il voto conseguito nell'insegnamento sara' la media dei voti attribuiti nei due moduli in cui si articola l'insegnamento stesso.

 

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'esame consisterà in una discussione orale. L’esame verterà principalmente sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali e avrà lo scopo di valutare non soltanto se lo studente ha raggiunto un livello adeguato di conoscenze, ma anche se ha acquisito:

  • capacità di progettazione mediante utilizzo dei metodi grafici tradizionali,
  • familiarità con le metodologie di calcolo implementate dai moderni software di simulazione,
  • capacità di gestione delle colonne pre-esistenti.

Verrà richiesto allo studente di rappresentare graficamente le varie tipologie di colonne corredate dagli ausiliari principali (ad es.: ribollitore, condensatore, accumulatore di riflusso). Verrà anche valutata la capacità di descrivere le colonne di separazione e i relativi processi in modo chiaro e con una terminologia corretta.

 

Calendario appelli

Dati Ora Luogo Tipologia Note
20/12/2023 09:30 GENOVA Orale
10/01/2024 09:30 GENOVA Orale
24/01/2024 09:30 GENOVA Orale
08/02/2024 09:30 GENOVA Orale
27/05/2024 09:30 GENOVA Orale
11/06/2024 09:30 GENOVA Orale
26/06/2024 09:30 GENOVA Orale
11/07/2024 09:30 GENOVA Orale
03/09/2024 09:30 GENOVA Orale

ALTRE INFORMAZIONI

Si consigliano gli studenti lavoratori e gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio del corso per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

Agenda 2030

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Energia pulita e accessibile
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