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Anno Accademico 2012/13
01OCWMB
Processi di separazione e Fenomeni di trasporto
Corso di Laurea in Ingegneria Chimica E Alimentare - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Manna Luigi ORARIO RICEVIMENTO AC ING-IND/24 48 12 0 0 4
Mazzarino Italo       48 10.5 1.5 0 4
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/24
ING-IND/24
6
6
B - Caratterizzanti
B - Caratterizzanti
Ingegneria chimica
Ingegneria chimica
Presentazione
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.
Risultati di apprendimento attesi
L'allievo acquisirà conoscenze fondamentali sui seguenti argomenti:
- bilanci integrali e locali di materia, quantità di moto ed energia.
- meccanica dei fluidi e 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, 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 integrale 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
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
Fondamenti di calcolo differenziale e integrale.
Programma

Bilanci integrali di proprietà: sistema e ambiente, termini delle equazioni di bilancio, bilanci di materia, portata
di generazione di materia, bilancio di quantità di moto in sistemi fluidi, bilanci di energia (bilancio entalpico,
bilancio di energia meccanica in un fuido, equazione di Bernoullli generalizzata).
Introduzione al trasporto di proprietà: trasporto molecolare in fasi gassose ideali e rarefatte, leggi di Fick,
Fourier e Newton, proprietà di trasporto (viscosità, conducibilità termica e diffusività binaria di materia), classi
reologiche, fenomenologia della turbolenza.
Meccanica dei fluidi: fluidi in condizioni statiche (legge di Stevin, sollecitazioni sui recipienti, spinta di
galleggiamento), fluidodinamica e trasporto di quantità di moto (sforzi di taglio, moto laminare in condotti,
fattore d'attrito, dissipazioni di energia locali e distribuite, lunghezza equivalente), fluidi e solidi in moto
relativo (coefficiente di forma, velocità di caduta libera, moto di fluidi e fattori d'attrito in letti granulari,
fluidizzazione di letti particellari).
Trasporto di calore: conduzione monodirezionale in fasi solide omogenee e composite, trasporto termico
convettivo (convezione forzata e naturale, coefficienti di scambio termico, resistenza in serie e coefficiente
globale, convezione in recipenti miscelati, analogia con il trasporto di quantità di moto), irraggiamento
(assorbimento ed emissione di energia radiante, emissività, legge di Kirchoff, corpi neri, spettro di emissione,
legge di Wien, irraggiamento tra corpi neri e grigi, legge di Lambert, fattori di forma).
Trasporto di materia: flussi di massa e molari, flusso diffusivo in sistemi binari, contro-diffusione equimolare,
diffusione in mezzo stagnante, trasporto inetrfase e convettivo (coeffficienti di scambio di materia, modelli del
film e della penetrazione, forza motrice e coefficiente globale e resistenza controllante, coefficiente
volumico).
Bilanci locali di proprietà e trasporto nel continuo: fluido continuo e modaklità di osservazione del sistema,
termini dei bilanci locali, equazione di continuità, bilancio locale di quantità di moto e campo di velocità
(tensore degli sforzi, equazioni del moto in regime laminare ed in forma adimensionata), bilancio olocale di
energia (bilanci di energia cinetica e termini dissipativi, seconda legge di Fourier), bilancio locale di materia
in sistemi multi-componente.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.
Organizzazione dell'insegnamento
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.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
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 York: 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.
- Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer / J.R. Welty [et al.], Wiley-New York (2007), ISBN-13978-0470128688
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.
Criteri, regole e procedure per l'esame
L’esame consiste di prove scritte e di una eventuale prova orale facoltativa. Lo scopo delle prove è valutare la comprensione teorica della materia e la capacità di risolvere specifici problemi. Nel modulo di Fenomeni di Trasporto (primo semestre), la prova scritta comprende sia quesiti teorici con riposte predeterminate o che richiedono brevi dimostrazioni, sia esercizi di calcolo. Nel modulo di Processi di Separazione (secondo semestre), la prova scritta consisterà in esercizi di calcolo; solo gli allievi con voto dello scritto pari ad almeno 21 potranno, se lo desiderano, accedere alla prova orale che riguarderà la parte teorica. Durante le prove scritte, gli allievi potranno consultare esclusivamente il materiale fornito dal docente: non potranno quindi usufruire di altre fonti di informazione quali libri, manuali o appunti. Il voto finale dell’insegnamento di Processi di separazione e Fenomeni di trasporto corrisponderà alla media aritmetica delle votazioni attribuite ai singoli moduli.
Maggiori dettagli sulle prove d’esame sono disponibili nel portale di ciascun modulo dell’insegnamento.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2012/13
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