L'insegnamento ha il compito di fornire conoscenze fondamentali riguardanti il trasporto di materia, energia, quantità di moto e i principali metodi di separazione chimico fisici. Queste conoscenze sono indispensabili all'ingegnere chimico per comprendere e analizzare un processo chimico-fisico e progettare un'apparecchiatura di separazione.

L'allievo acquisirà conoscenze fondamentali sui seguenti argomenti:
- Bilanci macroscopici e locali di materia, quantità di moto ed energia.
- Statica e dinamica dei fluidi, trasporto di quantità di moto.
- Trasporto di calore per conduzione, convezione ed irraggiamento.
- Trasporto di materia con meccanismo diffusivo ed in regime turbolento.
- Analogie tra i fenomeni di trasporto di diverse proprietà, coefficienti di trasferimento.
- principali processi di separazione chimico-fisica usati nell'industria di processo;
- concetto di stadio di equilibrio e di efficienza di stadio;
- principali apparecchiature a stadi.
- metodi di risoluzioni grafica e numerica per il calcolo del numero degli stadi e delle ipotesi semplificativa che stanno alla base dei modelli matematici e quindi dei limiti applicativi.
L'allievo dovrà essere in grado di:
- descrivere fenomenologicamente ed analiticamente i fenomeni di trasporto di materia, energia e quantità di moto impostando correttamente le equazioni di bilancio globale e locale delle suddette proprietà;
- risolvere problemi di valutazione della cinetica del trasferimento di proprietà chimico-fisiche in sistemi ideali;
- eseguire bilanci di materia e energia di singoli stadi e di intere apparecchiature a stadio;
- eseguire l'analisi dei gradi di libertà di un'apparecchiatura di separazione a stadi, valutare se un problema è sotto specificato e nel caso essere in grado di saturare i gradi di libertà con specifiche adeguate;
- eseguire il calcolo del numero degli stadi di equilibro e di quelli reali delle principali apparecchiature di separazione a stadi usate nell'industria di processo;
- eseguire il calcolo dell'altezza di una colonna a riempimento necessaria per eseguire una specifica separazione.

Fondamenti di calcolo differenziale e integrale.

Bilanci di quantità di moto, materia ed energia in sistemi macroscopici ideali.
Statica dei fluidi.
Meccanica dei fluidi: viscosità, sforzi di taglio e legge di Newton; applicazioni a casi di campi di velocità bidimensionali; regimi laminare e turbolento; fattore di attrito; richiami della legge di Bernoulli e calcolo delle perdite di carico in condotti; perdite localizzate; calcolo della potenza teorica di pompaggio per fluidi incomprimibili e comprimibili; perdite di carico in letti granulari con le leggi di Burke-Plummer, Karman-Kozeny, Ergun.
Trasporto di calore con meccanismo conduttivo: conducibilità termica, legge di Fourier; calcolo della portata di calore attraverso pareti solide piane e curve, semplici e composite; trasporto di calore con generazione.
Trasporto di calore convettivo: coefficienti di scambio di calore in tubi per convezione forzata; correlazione di Sieder-Tate; analogia tra trasporto di calore e trasporto di quantità di moto; cenni ad altre geometrie; calcolo della portata di calore scambiata in diverse geometrie, temperatura media logaritmica e coefficiente globale di scambio di calore; coefficienti di scambio in convezione naturale, condensazione, ebollizione
Trasporto di calore per irraggiamento: energia trasmessa per irraggiamento; radiatore globale (corpo nero) comportamento dei corpi reali; equazione di Stefan-Maxwell; assorbimento di energia raggiante; emissività dei corpi reali; fattore di vista.
Trasporto di materia molecolare: diffusività in gas, liquidi, solidi; legge di Fick; applicazione della legge di Fick in casi semplici; diffusione in presenza di componente stagnante; diffusione e reazione chimica.
Trasporto di materia per convezione forzata: coefficienti di scambio; analogia tra trasporto di massa e trasporto di calore; coefficienti di scambio volumici; scambio di materia tra fasi; resistenza controllante; cenni al calcolo di scambiatori di materia semplici.
Trasporto di materia in membrane: applicazioni pratiche di membrane; pressione osmotica; flusso attraverso le membrane; polarizzazione di concentrazione e suo effetto sul flusso di materia.
Introduzione ai processi di separazione chimico fisici: colonne a piatti e colonne a riempimento; concetto di stadio di equilibrio; schemi a stadi multipli a correnti incrociate, in controcorrente, in controcorrente con riflusso; analisi e calcolo dei gradi di libertà di apparecchiatura a stadi.
Flash di una miscela multicomponenti: gradi di libertà e specifiche di progetto; equazione di Rachford-Rice; metodi di risoluzione numerica.
Estrazione liquido ' liquido: apparecchiature di estrazione; Specifiche di progetto e gradi di libertà; calcolo con diagrammi triangolari (contro-corrente, sistemi diluiti); calcolo con metodi semplificati grafici e analitici.
Assorbimento gas-liquido: colonne a piatti; specifiche di progetto e gradi di libertà; calcolo del numero di stadi in sistemi diluiti e in sistemi con trasferimento di un solo componente (metodi grafici e metodi analitici);
colonne a riempimento: equazioni di progetto e calcolo con metodi grafici ed analitici (trasferimento di un solo componente, soluzioni diluite).
Distillazione: distillazione continua in colonne a piatti; specifiche di progetto e gradi di libertà; metodo di Ponchon Savarit; metodo di McCabe e Thiele; metodo di Riccati; metodo di Underwood, Fenske e Gilliland (analitico semplificato); colonne con più alimentazioni; distillazione multicomponenti (metodi semplificati); distillazione discontinua.

Le esercitazioni in aula consisteranno nella risoluzione di problemi di separazione e di fenomeni di trasporto con metodi numerici e/o grafici. Sono previste due esercitazioni in laboratorio: la prima consiste nello studio di un processo di trasferimento di calore tra fluidi in diversi tipi di apparecchiature continue, la seconda nella misura delle perdite di carico associate al moto di fluidi in condotti.

Dispense delle lezioni disponibili sul portale dell'insegnamento.
Esercizi svolti disponibili sul portale dell'insegnamento.
Testi di referimento
- Transport Phenomena / R.B. Bird [et al.] - New Tork: Wiley, 2002 ISBN 0-471-36474-6; 9780471364740
- Operazioni unitarie di impianti chimici: vol. 1/Giuseppe Biardi, Sauro Pierucci.-Milano : CLUP, 1984.
- Unit operations of chemical engineering / Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott. - New York : McGraw- Hill, copyr. 1993.
- Principles of unit operations / Alan S. Foust [et al.]. - New York ; London : Wiley, copyr. 1960.
Testi consigliati per approfondimenti
- Treybal, Robert E. Mass- transfer operations / Robert E. Treybal. - Auckland : McGraw- Hill, copyr. 1981.
- Equilibrium- stage separation operations in chemical engineering / Ernest J. Henley, J.D. Seader. - New York : Wiley, copyr. 1981.

L'esame consiste in due prove scritte ed un'eventuale prova orale. La prova orale è riservata ai candidati che hanno ottenuto nelle prove scritte una valutazione media ampiamente sufficiente.