Appunti completi di Processi chimici

Studio dei materiali

• Plastica
• Acciaio
• Legno (lavorato)
• Cemento (lapidei)
• Vetro
• Carta
• Tessili (chimico-manifatturiero)
• Petrolio

Proprietà, trattamento e applicazioni

Processi chimici

• Cartario
• Tessile
• Agroalimentare
• Farmaceutico
• Metallurgico
• Chimico (organico e inorganico)
• Petrolchimico

Materia prime -> Processi chimici -> Prodotti -> Ciclo di vita

Scarti (trattamento)

Smaltimento

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Scarti (trattamento) - Smaltimento

Chimica applicata (materiali)

Chimica industriale (processi)

Ingegneria chimica (impianti)

Acciaio

Acqua

Evaporazione

Combustione

Sistema termodinamico

Stato

Variabili

Intensive

T (°C)

P (atm)

PX

Estensive

n_v (massa)

n_m (moli)

V (volume)

C

Regola delle fasi

V = C - F + 2

Numero variabilità indipendenti

Numero componenti

Capire quali sono e come influenzare le linee nero e linea fase di un sistema.

Caso C=1

• Vaporizzazione
• Fusione
• Condensazione
• Solidificazione
• Deposizione
• Sublimazione

Solido liquido vapore

Legge di Clapeyron: dP_pressione/dT_temperatura= -ΔH/TΔV

Entalpia

Volume

Molècole verso stesso sistema di equilibrio (refrigeratore) numero uguale di molecole su altro t_auto basso.

Calore latente di evaporazione o vaporizzazione

Calore latente specifico

Calore reversibile

Passaggi di stato

L ⇄ V

1 componente (acqua)

Primo principio per un elemento (quasi esterno reverso)

Variabili:

• Energia interna
• TPν
• Acqua V (vapore)
• Acqua L (liquido)
• Volume specifico
• Entalpia

N = U + PVCe = (dh/dT)p

Calore ricevuto a pressione costante

P = 1 atm

V = C_f + 2

Perdita = riscaldata da liquido a vapore istantaneamente.

Clapeyron

dP/dt = Δh/TΔv

Δh = h_v - h_l

Δv = V_v - V_l

Clausius-Clapeyron

Antoine

ln(V_p) = A - (B/C + T)

Liquido bolle istant.

Δh = Ce·(T2 - T1)

C_p = ∫_T1^T2 C_p dt

Calore liquido a pressione costante

Acqua e CO2

Acqua

L/sS

P (atm)

0,06

0,01

CO₂

L/s

P (atm)

SM

78% sfSf

S → V

L → V

S → L

Δh > 0

Carbonio

P₁₁

P₁₂

Diamante

Grafite

TH → gas

10⁹

10⁷

10⁵

4000

T (K)

ΔV = RΔH/RT

ΔHv/RT = Δlnp/dt

Equazione Clapeyron

p_v= A - B/(T+C)

Equazione di Antoine A, B, C costanti

Esercizi

Esercizio 1 (slide)

Calcolare pressione saturazione acqua al 90°C

1) ln P = A - ^B/_{T + C}

A = 16.3872

B = 3885.70

C = 230.17

P = e^{A - B/_{T + C}} = 70.15 kPa

2) dP/P = Δh / RT²

dlnP/dt = Δh / RT²

dlnP/dt = B / (T - 273 + c)²

Δh = B ^{T - t2}/_{(T - 273 + c)²} = 41,507 kJ / mol

3) P = 1.3 atm

teserc = 108°C

t = (AC - B / lnP - C) (1 - A / lnP) = 107°C

4) t = 90°C -> [P = 70,15 kPa]

T = 365 K

P = P1 + (P2 - P1) ^{T - T1}/_{T2 - T1}

K

Mp_a

hchv

[P = 70,7 kP_a]

Δh kJ/mol

360 0,0627 6.5 47,82 41,727

370 0,0989 7.31 48,77 401,80

367 0,0707 47,125 41,125

4) Calcolare calore latente acqua e etano

Acqua da sola Tabella calori atomici e esercire il decano ⇒ (C₁₀ H₂₂) A = 13,7929 B = 3642 B = 642 C = 193 ∆H = B / (T² + (L-273+C)²) = 47,07 KJ / mol

Lo confronto con quello dell’acqua

Peso molecolare

∆H

PSat

K⁵/_K8

∆H

Peso M.18

Acqua 41,725 70,15 2306142

Decano 47,07 61,11331

Ultimo esercizio

Ultimo es: (Caldurice) Q^CH₄ (sec) 10 bar 1000(KJ/m) 10 bar

H = ṁq

∆H = ∆U + ∆(PV)

C_p = (∂h/∂T)^sub‑specie

Q̇ = ∆h → elaboricar bemicosi equivale il punto conil calore

∆h^cons=(∮_T1) C_p dt = C_p(T2-T1)

∆h → Teorema

Log P = A -_B/^{T + C}

T_c. P = e _{A -^B/T + C}

T₂ = e^{A - B}/_P - C = 779°C

P = convertito in KPascal

ΔH_v = B RT²(T - 273 + C)² = 3955.70 9.31.7992(279 - 273 + 230.1771)² - ΔH_v = 266260.711

ΔH_v = 394.6 KJ/mol

ΔH_acq = 39500 KJ/mol

ΔH_tot = mMΔH

m_enz = 1000 x 39.500 x 4000 = 609.6 KW

3600 1.9 molecolare

Kg = 9.62 K/mol

ΔH_sens = C_p (T₂ - T₁)

2.62 9 = KJ/mol

T₂= 179°C

T₁ = 70°C

ΔH_sens = 129.6 KW

Q_L = ΔH_sens + ΔH_latente = 609,6 + 129,6 = 739,2 KW

Ricordo lavoro totale necessario revision dalla colonna per far evaporare l'acqua

Sistemi a due componenti

Miscela omogenea: una fase

Miscela eterogenea: da due o più fasi (gas) (olio acqua)

• Sospensioni
• Emulsioni
• Dispersioni

A → soluto

B → solvente

S → soluzione

m_WS = m_WA + m_WB

V_S ≠ V_A + V_B

Concentrazione molare: C^m_A = m^W_A / V_S [mol/L]

Frazione molare: X_A = n_A / (n_A + n_B)

WA = m_WA / m^W_S

A → NaCl: 15 g

B → H₂O 2 L

m_WA = 15 g

V_B = 2 L

C^m_A = m^W_A / V_S

X_A = n_A / (n_A + n_B)

WA = m_WA / m^W_S

m_WB = 2 x 1000 = 2000 g

C^m_A = 0,256 = 0,128 mol/L

X_A = 0,256 / (0,256 + mB) = 0,0023

WA = 15 / 2000 = 0,0074

m_WB = 2000 / 18 = 111 mol

X_A = 0,123 / (1 / 100 x X_A)

WA = 100 x WA = 0,74%

ΔV_sol = V_s - (V_A + V_B) ≠ 0

ΔH_sol = H_s - (H_A + H_B) ≠ 0

ΔH_sol > 0 soluzione endotermica

ΔH_sol < 0 soluzione esotermica

Solubilità - massimo quantitativo di soluto che si può sciogliere in una certa q.tà di solvente.

Soluzione satura = esiste max q.tà di soluto

ΔH_sol > 0 sol ↑ T

ΔH_sol < 0 sol ↓ T

Soluzioni ideali

Def.: (a livello microscopico)

È ideale quando le interazioni non soluto non solvente tra molecole di soluto e solvente sono equivalenti.

A - A ≡ B - B ≡ A - B

ΔV_sol = 0

ΔH_sol = 0

(a livello macroscopico)

P = P_A + P_B

y_A = X_Afx_A^sat (T)

Legge di Raoult

Σ_i X_i = Σ_ni/Σ_ni = 1 (sempre)

Σ ω_i = 1

Soluzioni solido-liquido

P_A^sat (T) < < P_B^sat (T)

P_T = P̅_A + P̅_B = X_AP_A^sat (T) + (1 - X_A)P_B^sat (T)

P_E = (1 - X_A)P_B^sat (T)

P_E = 1 atm

i/â = 15%

M_L/E = 19,5

ln P = A - B / T+ C

P_B^SAT = P / 1 - X_A = γ₃γ₄ + K_B

T = B / A - ln P_SAT - C

∆T_ebullizione = 3°C

NaCl

M_A=20g

̇T=100°C

P=697 mm Hg

P_B=760 mm Hg

XA = 20/40 = 0̇,05̇̇3̇

U_A = 0,15

U_B = 0,85

M_A = 26,5

M_B = 18

A = 16̇1̇3̇̇8̇

B= 3645,7

C = 230,17

CP_i = X_i f estente distanza

X_A = 0,107

X_F = n_A / n_B + n_A

% VOL CO₂ =̇3̇̇3̇%

T = 2̇0̇C

P = 1 atm

CO₂ / H₂O

U_CO2 = % Mv_co / W _co = % isco = 0,0524 %

ġliōʻlōν μολοτρε δις ̄Η̄νΟ

ΔP = X_A P_A^sat

Esercizio su CO2 e acqua

Esercizio:

T = 40 °C

P = 9L → H₂O

V = 1 L → CO₂

L → H₂O → equilibrio CO₂ e H₂O

n_CO2 = 1 g

m_acqua = 100 g

→ H₂O, CO₂ (dissoluzione)

A) Inassor & dissoluzione e l'evaporazione

P =?

P_i =? P =? T X_i

V = V^G + V^L

V^G=P_CO2 = PCO2 = H(T) × _co2

m_{mol CO2} =

ΔV=8.3

P=6565 m^molO⁴ + P_a

B) La dissoluzione no evaporazione

V_T

n_CO2

m_CO2

P = P_CO2 = H x CO₂

n_{mol CO2} =

P_CO2 =

Vn_CO2

P = 6140 P_a

C) S EVAP.O. E DISS.

Vn_CO2 =

CO₂ aq

T = 40°C

P_B =CO₂ aq

→ CO₂ aq

P_H2O= A× P_B + C

P = 6749.07 + 749.7 = 66858.0 P_a

Scansitano con CamScanner

Miscele ideali

Più volatile

P_A^sA(T) > P_B^s(T)

T_A^s(P) ≤ T_B^s(P)

T₀ = 0

Tutti i liquidi a sistema invisibile

V ≤ c + f + 2 ≤ z−1; z = 3

ΔQ = ΔQ_usunibile = c_pΔTⁿ

ΔQ = ΔQ_in + ΔQ_ut = m c_pLΔT + Δmλ

George

c_l + f + 2−2≣z + (KP)

V = cl F/z

Miscele ideali

Legge di Raoult

P_Tot = XP_A^s (T) + (1−x)P_B^s(T)

P=cost

Curva di bolle

Curva di rugiada

T_SAT

P_SAT(T)

X=X=X(T)

Y=solo vapore

Bolla rovesciata

VT

Primo bollimento di esperienza

T = composizione in mole liquefazione e in mole vapore 100 59.1 9.6 0.158 0.92 40 116 0.5 0.874 0.99 460 1830 70 0.018 0.523

400°

1000 L Tetra P 60°C

Pressione esterna A: 13,769 kPa B: 2,453 1,98 C: 352 0,14

α (t_sat)

a = a - 4 ^lvPlvP

Classificazione dei materiali

A = t/cBA - (lvPB - CA - lvP

t_sat. PA_sat

Pentanodeo_n

T 361 174,1

P_ag^sat

P_ag^sat

Tx = R - P_sat^t

y = xP^sat_sat (t)

x = 1773699

t P^sat P_at P_gtgt x y

36 1013,289 09300 0.9999 1

60 254,5001 20671 0.933 0.9376

100 591,01 957 0.758 0.972

126 1001,14 2639 0.798 0.972

156 1397,82 6245 0.923 0.398

171 2273,63 101,31 9,146 0.002

259 906,976 285 0.511 0.974

242 1354 475,15 156 0.1609

Classificazione: metals ceramics polymers

Fattori scelta materiali

Proprietà chimico-fisiche: Composizione, densitá, conducibilitá termica e elettrica, resistenza alla corrosione, punto di fusione e di ebollizione.

Proprietà meccaniche: resistenza a flessione, a trazione, a compressione e a torsione durezza.

Proprietà tecnologiche: malleabilitá, duttilitá, temprabilitá, saldabilitá, truciolitabilitá.

Disponibilità in dimensioni e costo

Rapporto di snervamento:

NF = E trasversale / E longitudinale

Corrosione acida Fe ➔ Fe ²⁺ + 2e ^-

Trattamenti acque naturali

Trattamenti fisici

• Coagiculazione
• Disareazione
• Decantazione
• Filtrazione
• Decantazione
• Distillazione
• Osmosi inversa

Trattamenti chimici

• Flocculazione
• Degasazione chimica
• Addolcimento
• Scambio ionico

Mn²⁺ Fe²⁺ Fe³⁺ Fe₂

Relazione per cercare a -13

Fe²⁺ + 5Fe³⁺ + 5Fe -> 5Fe₂ + Mn²⁺ + 4H₂O

(+5e)^-1

Reazione redox globale

Bilancio totale

num. redox 2

In ascissa e^-

(e-1) (teorico sembra nonaspetta la ripetizione)

Coeff. reattivi il rapporto

Coefficienti stechiometrici

Rapporto ossigeno reagente

Permanganato di potassio

Reazione numero ossidazione

Ossidazioni singoli elementi

Bilancio equilibrio

Bilancio di massa globale

Relazione teorica dissodio idrossido globale

4OH + 2Cr(OH)3 + 3IO^-₃

I^-1 + H₂O

Cl₂ + I^-1 4OH -> 2Cl^-1 + IO₃^-1 + 2H₂O

-2e^-

(PSO₂)

3Cl₂ + I^-1 + 6OH -> 6Cl^-1 + IO₃^-1 + 3H₂O

7 (+6e^-