PRESENTAZIONE

Nel corso sono richiamati principali concetti di termodinamica utilizzati nella Chimica Industriale e sono descritte 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 FORMATIVI

Il Corso si prefigge di introdurre i fondamenti della chimica industriale fornendo le basi teoriche e gli strumenti culturali per affrontare gli aspetti chimico-fisici applicati e operativi attraverso cui viene definito un processo tecnologico della chimica industriale

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Capacità di utilizzare gli strumenti e le funzioni della termodinamica chimica per i sistemi reali (potenziali termodinamici, fugacità, attività, potenziale chimico, tensione di vapore, fattore di comprimibilità, metodo dei contributi di gruppo, calori molari). Fondamenti di cinetica.

Applicazioni di tali concetti alle sintesi di ammoniaca, acido solforico, acido nitrico, carbonato di calcio e alla cristallizzazione industriale.

Descrizione dei suddetti processi sia per gli aspetti termodinamici che cinetici ed impiantistici.

PREREQUISITI

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

Modalità didattiche

Lezione tradizionale erogata mediante presentazioni powerpoint. Sono disponibili su AulaWeb gli appunti integrali del docente. 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 termodinamicamente favorite e sfavorite

Stabilità termodinamica dei composti rispetto agli elementi

Tensioni standard di ossidazione – serie elettrochimica

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 SI SINTESI e CRISTALLIZZAZIONE INDUSTRIALE

CENNI ALLA COSTRUZIONE E GESTIONE DELL’IMPIANTO

APPLICAZIONE DEI PRINCIPI TERMODINAMICI E CINETICI NELLA DESCRIZIONE DI 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 espressamento 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.

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.

Modalità didattiche

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

INIZIO LEZIONI

VISTA L'EMERGENZA COVID E LE MISURE RELATIVE ALLO SVOLGIMENTO DELLA DIDATTICA IN FASE 3 EMANATE DALL'ATENEO, CONSIDERATO CHE NON E' POSSIBILE DEFINIRE ORA CON PRECISIONE GLI ORARI DELLE LEZIONI, SI INVITANO GLI STUDENTI A VISITARE FREQUENTEMENTE  I SITI https://corsi.unige.it/9020/p/studenti-orario
https://chimica.unige.it/node/390 PER AVERE AGGIORNAMENTI SULL'ARGOMENTO

Modalità 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.

Modalità di accertamento

Scopo della prova d'esame è la verifica da parte della commissione del conseguimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. 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