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PORTALE DELLA DIDATTICA

Termodinamica per l'ingegneria chimica

04CVSMB

A.A. 2020/21

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Chimica E Alimentare - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 76,5
Esercitazioni in aula 19,5
Esercitazioni in laboratorio 4
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Vanni Marco Professore Ordinario ING-IND/23 66 0 4 0 6
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/24 10 B - Caratterizzanti Ingegneria chimica
2020/21
L'insegnamento ha lo scopo di fornire agli studenti del secondo anno i concetti e le nozioni di base per lo studio delle variazioni energetiche che accompagnano le reazioni chimiche e i passaggi di stato. L'aspetto principale dell'insegnamento riguarda l'individuazione delle condizioni chimiche e fisiche nelle quali avvengono le suddette trasformazioni, sia per ottenere con la massima resa possibile i prodotti delle reazioni stesse, sia per ottenere energia o nella forma di calore o nelle forme di energia elettrica o meccanica. Una prima parte del corso riguarderà la trattazione generale della termodinamica, con l'introduzione al calcolo dell'energia libera di Gibbs e del potenziale chimico, cui seguirà lo studio delle condizioni di equilibrio dei sistemi chimici con particolare riferimento alle reazioni chimiche ed agli equilibri dei sistemi eterogenei.
The course aims at providing the students of the 2nd year with the fundamental basis of the energy changes associated with chemical reactions and phase transformation. The main focus of the teaching module is on determining the physical and chemical conditions under which such transformations occur to obtain, with an optimal yield, the desired products or to produce energy either in the form of heat or in the form of electrical and mechanical energy. The initial part of the course will be devoted to a general introduction to thermodynamics, including the computation of the Gibbs free energy and the chemical potential. Subsequently, the study of chemical systems at equilibrium will be undertaken, with a particular concern to chemical reactions and multi-phase equilibrium.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà avere la capacità di valutare calore e lavoro scambiati nella evoluzione di sistemi multicomponenti in presenza di trasformazioni fisiche e chimiche, nonchè di effettuare l'analisi del bilancio energetico e entropico dei sistemi investigati. Sarà in grado di eseguire il calcolo delle condizioni di equilibrio per un sistema multicomponenti con e senza reazione chimica. Dovrà conoscere, in termini generali, il comportamento di un sistema reale per valutarne lo scostamento dall'idealità, dimostrando di saper valutare i valori delle fugacità e delle attività dei componenti. Sarà infine in grado di stimare le proprietà termodinamiche di sostanze pure e di miscele a partire da grandezze facilmente misurabili, quali calori specifici e proprietà volumetriche.
The course will give the students the capability of carrying out the computation of the heat and work connected with the evolution of multicomponent systems in the presence of physical and chemical transformations, as well as to perform an analysis of the energy and entropy balance of the investigated systems. The students will be able to determine the equilibrium condition for a multicomponent system, both in the presence and absence of chemical reactions. In addition, they should be able to predict the behaviour of real systems and to estimate their departure from ideality. To this end, the students must be able to evaluate the fugacity and activity of chemical components. Finally, it is also of importance that the students acquire the capability of predicting the thermodynamic properties of pure substances and mixtures from easily measurable quantities, such as specific heat and volumetric properties.
Lo studente deve possedere una buona cultura scientifica generale, con particolare riferimento alle conoscenze di base della Chimica, della Fisica e dell'Analisi matematica.
The students should have a sound general scientific basis with respect to basic Chemistry, Physics and Mathematics.
Sistema e stato termodinamico. Equilibrio, processi e trasformazioni, temperatura, calore, lavoro. Primo principio della termodinamica. Energia interna, entalpia, calori specifici. Passaggi di stato e effetti termici. Gas perfetto. Secondo principio della termodinamica e entropia. Il bilancio entropico. Valutazione di U, H e S per sistemi semplici. Energia libera di Helmoltz e Gibbs. Relazioni di Maxwell. Trasformazioni spontanee e condizioni di equilibrio. Potenziale chimico. Regola delle fasi. Terzo principio. Comportamenti qualitativi dei fluidi puri. Transizione di fase. Tensione di vapore. Condizioni critiche. Equazioni di stato. Calcolo di proprietà termodinamiche. Equilibrio monocomponente fra più fasi: equazione di Clapeyron. Cicli termodinamici diretti e inversi. Sistemi multicomponenti: grandezze parziali e proprietà di miscela. Fugacità, attività. Comportamento degli elettroliti. Equilibri di fase: sistemi liquido-vapore e liquido-liquido; ripartizione di soluti; solubilità. Diagrammi di stato. Proprietà colligative delle soluzioni. Calcolo degli equilibri chimici per sistemi ideali e reali. Cenni di elettrochimica: celle elettrochimiche, potenziali d'elettrodo, equazione di Nernst.
Thermodynamic system and state; equilibrium, transformations and processes, temperature, heat, work. First law of thermodynamics. Internal energy, enthalpy, specific heats, energy balance. Phase change and thermal effects. Ideal gas. Entropy and second law. Entropy balance. Evaluation of U, H, S for simple systems. Helmholtz and Gibbs free energy. Maxwell relations. Spontaneous transformations and equilibrium. Chemical potential. Phase rule. Third law. Qualitative behaviour of pure substances. Phase transitions. Vapor pressure. Critical conditions. Equations of state. Determination of thermodynamic properties. Phase equilibrium for single component systems: Clapeyron equation. Direct and inverse thermodynamic cycles. Multi-component systems: partial variables and mixing properties. Fugacity, activity. Behaviour of electrolytes. Phase equilibrium: vapour-liquid and liquid-liquid systems; partition of solutes; solubility. Phase diagrams. Colligative properties of solutions. Chemical equilibrium for ideal and real systems. Elements of electrochemistry: electrochemical cells, electrode potentials, Nernst equation.
L'insegnamento è formato da lezioni teoriche e esercitazioni pratiche di calcolo relative a semplici applicazioni di quanto trattato a lezione. Nel corso dell'anno verranno anche assegnate delle relazioni di calcolo sugli argomenti trattati a lezione, che devono essere completate nei tempi prescritti per essere ammessi all'esame.
The course consists of theoretical lessons and practical calculations, related to applications of what is treated in lessons. During the course a number of practical reports will also be assigned, which must be completed within the prescribed deadline in order to be admitted to the exam.
Le dispense relative ai bilanci di materia, energia e entropia sono disponibili sul portale. Per la parte restante del corso si utilizza: I.N. Levine, Physical Chemistry, McGraw-Hill. Altri testi di riferimento: S.I. Sandler, Chemical and Engineering Thermodynamics, Wiley. M.D. Koretsky, Engineering and Chemical Thermodynamics, Wiley.
Notes for the balances of mass, energy and entropy are available on the portal. The suggested textbook for the remaining part of the course is I.N. Levine, Physical Chemistry, McGraw-Hill. Other suggested references: S.I. Sandler, Chemical and Engineering Thermodynamics, Wiley. M.D. Koretsky, Engineering and Chemical Thermodynamics, Wiley.
Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma del corso e la capacità di applicare la teoria ed i relativi metodi di calcolo alla soluzione di esercizi. Esso è formato da una prova scritta della durata di 1,5 ore comprendente esercizi numerici, simili a quelli svolti nelle esercitazioni, che hanno lo scopo di valutare la capacità di eseguire calcoli applicativi, e semplici quesiti teorici, per verificare la conoscenza di base degli argomenti esposti nel corso. Durante lo svolgimento dello scritto non è consentito tenere e consultare appunti, libri o formulari. I risultati dell’esame vengono comunicati sul portale della didattica, insieme alla data in cui gli studenti possono visionare il compito e sostenere l'eventuale prova orale. Per essere ammessi all'esame occorre aver consegnato nei tempi prescritti le relazioni di calcolo assegnate durante il corso. Superato lo scritto, lo studente può decidere di concludere l'esame (in questo caso il voto massimo ottenibile è 27/30) oppure affrontare una ulteriore prova orale, finalizzata a valutare in profondità la comprensione dei contenuti del corso e la capacità di applicare i risultati teorici visti a lezione.
Exam: Optional oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform;
The exam is aimed at ascertaining the knowledge of the subjects listed in the course programme and the ability to apply the theory and related calculation methods to the solution of exercises. It consists of a 1.5-hour written test including simple theoretical questions, to verify basic knowledge of the topics presented in the course, and numerical exercises, which are designed to assess the ability to perform practical calculations of energy balances, physical and chemical equilibria (in both ideal and non-ideal systems), evaluatiuon of thermodynamic properties. No notes, books or tables may be kept or consulted during the test. The results of the exam are communicated on the teaching portal, together with the date on which the students can view the test and give the optional oral exam. In order to be admitted to the exam, students must have handed in the calculation reports assigned during the course within the prescribed deadline. After the written test, the exam can be concluded (in this case the maximum grade is 27/30) or it can be continued with an additional oral exam, which aims at evaluating in depth the comprehension of the subject and the ability to apply the theoretical results.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
L'esame è composto da una prova scritta (in aula o in remoto) da 1.5 ore seguita da una prova orale facoltativa (anch'essa in aula o in collegamento remoto). Regole e criteri sono del tutto analoghi a quelli della prova completamente in remoto.
Exam: Written test; Optional oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform;
The examination consists of a 1.5-hour written test (taken in classroom or remotely) followed by an optional oral test (also in classroom or remotely). Rules and criteria are fully similar to those of the online exam.
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