TERMODINAMICA CHIMICA IN SISTEMI IDEALI

TERMODINAMICA CHIMICA IN SISTEMI IDEALI

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iten
Codice
72478
ANNO ACCADEMICO
2020/2021
CFU
6 cfu al 2° anno di 10375 INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO (L-9) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/24
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO )
periodo
1° Semestre
moduli
Questo insegnamento è un modulo di:
materiale didattico

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il modulo si propone di fornire agli studenti le nozioni di base e gli strumenti operativi della termodinamica per il calcolo delle proprietà volumetriche e le condizioni di equilibrio fisico e chimico in sistemi aperti o a composizione variabile ideali.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La frequenza e la partecipazione attiva alle attività formative proposte (lezioni frontali, esercizi e esercitazioni numeriche) e lo studio individuale permetteranno allo studente di:

conoscere i fondamenti della termodinamica dei sistemi aperti ideali;

comprendere i meccanismi fisici di base della distillazione;

fornire esempi di applicazione della termodinamica chimica alla vita corrente e all’ingegneria di processo;

stimare le proprietà volumetriche in sistemi multicomponenti;

determinare quantitativamente le condizioni di equilibrio di fase e di reazione in funzione di temperatura, pressione e composizione;

valutare i parametri di dimensionamento verticali e orizzontali di una colonna di distillazione a piatti;

discutere criticamente le ipotesi di lavoro formulate utilizzando il lessico appropriato.

 

 

Modalità didattiche

Il modulo prevede tradizionalmente lezioni frontali in aula, ma per l'a.a. 20/21 a causa dell'emergenza sanitaria le lezioni saranno erogate in modalità sincrona su piattaforma TEAMS. Alla presentazione di contenuti teorici (35 ore) si alternano esercitazioni (25 ore, che comprendono esercizi e esercitazioni numeriche) finalizzate a favorire l’apprendimento e la discussione di specifici esempi di applicazioni di ingegneria di processo.

Le competenze trasversali in termini di autonomia di giudizio verranno acquisite tramite l'esecuzione delle esercitazioni numeriche da svolgere con l’utilizzo di software commerciale e l'utilizzo di strumenti ICT e l'abilità comunicativa verrà incoraggiata con la proposta di realizzazione di un video applicativo sulla termodinamica chimica da valutare in sede di esame.

PROGRAMMA/CONTENUTO

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

  1. I fondamenti termodinamici nei sistemi chiusi o a composizione costante (10 ore):  Principi zero, primo, secondo e terzo della termodinamica: richiami e conseguenze della loro formulazione. Equilibrio in termini di proprietà estensive. Calcolo dei potenziali termodinamici.
  2. Estensione ai sistemi aperti (25 ore): Il potenziale chimico. Equilibrio in termini di proprietà intensive: equilibrio di fase e di reazione. Grandezze molari e parziali molari e loro proprietà. Equazione di Gibbs Duhem. Grandezze di mescolamento. Varianza secondo Gibbs e Duhem. Modelli ideali di Denbigh del potenziale chimico.
  3. Calcolo degli equilibri (15 ore): Equilibrio di fase L/V per componente puro, equazione di Clausius-Clapeyron e calcolo della tensione di vapore. Equilibrio di fase L/V per componente puro più inerte. Equilibrio di fase L/V per miscela binaria: leggi di Raoult e Henry. Cenno agli equilibri L/S e L/S/V. Abbassamento del punto di congelamento e innalzamento del punto di ebollizione. Equilibrio di reazione e legge di Van’t Hoff .Cenni di cinetica e vincoli termodinamici alle equazioni cinetiche.
  4. Applicazione alla distillazione (10 ore): Flash ideale binario isotermo. Flash ideale multicomponente isotermo e con flusso termico assegnato. Distillazione differenziale.Distillazione in colonna di frazionamento a piatti: dimensionamento verticale e orizzontale.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà disponibile in aulaweb dell’insegnamento, così come gli esempi di test finale proposti negli anni precedenti con le relative soluzioni. 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.

- K. Denbigh, “I principi dell’equilibrio chimico”, Casa Editrice Ambrosiana, Milano 1977.

- M. Dente, E. Ranzi, “Principi di Ingegneria Chimica”, Città Studi Edizioni, Torino 1998.

- R.H. Perry, D.W. Green,“Perry’s chemical engineers’ handbook” VIII ed., Mc Graw Hill 2008.

- B. Poling, J.M. Prausnitz, J.P. O’Connell, “The properties of gases and liquids”, V ed.,Mc Graw Hill, New York 2000

 

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Il ricevimento studenti è su appuntamento da fissare tramite l'invio di una e-mail a: elisabetta.arato@unige.it 

Commissione d'esame

BARBARA BOSIO (Presidente)

ELISABETTA ARATO (Presidente)

LEZIONI

Modalità didattiche

Il modulo prevede tradizionalmente lezioni frontali in aula, ma per l'a.a. 20/21 a causa dell'emergenza sanitaria le lezioni saranno erogate in modalità sincrona su piattaforma TEAMS. Alla presentazione di contenuti teorici (35 ore) si alternano esercitazioni (25 ore, che comprendono esercizi e esercitazioni numeriche) finalizzate a favorire l’apprendimento e la discussione di specifici esempi di applicazioni di ingegneria di processo.

Le competenze trasversali in termini di autonomia di giudizio verranno acquisite tramite l'esecuzione delle esercitazioni numeriche da svolgere con l’utilizzo di software commerciale e l'utilizzo di strumenti ICT e l'abilità comunicativa verrà incoraggiata con la proposta di realizzazione di un video applicativo sulla termodinamica chimica da valutare in sede di esame.

INIZIO LEZIONI

Primo semestre dell'anno accademico secondo il calendario della Scuola Politecnica. Per l'orario si prega di consultare il sito di Ateneo.

Le lezioni potranno essere erogate on-line in  modalità sicrona  su Teams in dipendenza della situazione sanitaria vigente. In tal caso le registrazioni delle singole lezioni saranno disponibili agli studenti sul canale  team del modulo.  

ESAMI

Modalità d'esame

La prova finale del modulo consiste nel superamento di un test scritto per l’ammissione al colloquio orale. Lo scritto consiste in un test composto da 6 problemi a risposta multipla orientativa, che devono essere risolti con uno svolgimento numerico esteso per l’ammissione al colloquio orale.Lo studente ha a disposizione 2 ore di tempo e i dati necessari sono forniti nel testo dell'esame. Manuali tecnici  sono messi a disposizione dal docente, mentre non è consentito l’uso di alcun materiale personale di consultazione. Ogni problema può essere valutato al massimo 5 punti in base alla correttezza e completezza della risposta. Gli studenti trovano in aulaweb dell’insegnamento esempi di test proposti negli anni precedenti con le relative soluzioni e alcuni dei quali, su richiesta degli studenti, vengono svolti in dettaglio a lezione.  Lo scritto potrà essere sostenuto sia in appelli precedenti, sia nello stesso appello in cui lo studente intende sostenere l’esame orale. La prova scritta non ha limiti di scadenza, può essere ripetuta, ma in tal caso vale il voto dell’ultimo scritto consegnato.

Per accedere alla prova orale gli studenti dovranno aver superato la prova scritta con un voto minimo di 16/30 e il voto conseguito nel presente modulo sarà la media tra prova scritta e orale. La prova orale può essere ripetuta pur conservando il voto conseguito di prova scritta.Un voto pari o superiore a 27/30 nella prova scritta non pregiudica la possibilità di ottenere un voto finale di 30/30 dopo la prova orale. Il voto conseguito nell’insegnamento sarà la media dei voti attribuiti nei due moduli in cui si articola l’insegnamento.

In sede di esame verrà anche valutata (1 punto in aggiunta sulla media finale del modulo) la realizzazione facoltativa di un video applicativo sulla termodinamica chimica.

Saranno disponibili 3 appelli di esame per la sessione ‘invernale’ (gennaio, febbraio e solo esame orale durante la pausa didattica prevista dalla Scuola Politenica a Pasqua) e 4 appelli per la sessione ‘estiva’ (giugno, luglio, settembre e solo esame orale durante la pausa autunnale prevista dalla Scuola Politecnica). Non verranno concessi appelli straordinari al di fuori dei periodi indicati dalla Scuola Politecnica, fatta eccezione per gli studenti che non abbiano inserito nel piano di studi attività formative nell’anno accademico in corso.

Modalità di accertamento

I dettagli sulle modalità di preparazione per l’esame e sul grado di approfondimento di ogni argomento verranno dati nel corso delle lezioni. La prova scritta verte su 6 esercizi e calcoli applicativi sugli argomenti indicati nel seguito. Un test sarà su ciascuno dei seguenti quattro argomenti: varianza, equilibrio di fase, equilibrio di reazione e distillazione; e gli altri due test potranno riguardare altri argomenti svolti a lezioni quali per esempio l’equazione dei gas perfetti, i principi della termodinamica e le grandezze parziali molari. L’esame orale prevede domande riguardanti principalmente l’applicazione al processo degli argomenti di termodinamica chimica in sistemi ideali presentati a lezione. Una ulteriore domanda sarà sui principi di base della distillazione. L’esame si prefigge di accertare la capacità di applicare le basi teoriche del modulo a casi generali o specifici di interesse tecnologico e analizzare criticamente i problemi. Verrà inoltre valutata la qualità dell’esposizione, l’utilizzo corretto della terminologia tecnica e la capacità di ragionamento critico.

ALTRE INFORMAZIONI

Prerequisiti

Per un proficuo apprendimento sono richieste conoscenze base di matematica, chimica e fisica, ma non è prevista alcuna propedeuticità formale.

Gli studenti con esigenze specifiche sono pregati di contattare il docente prima dell’inizio del modulo.