Appunti completi di Processi chimici

Studio dei materiali

Plastica acciaio legno (lavorato) cemento (lapidei) vetro carta tessili petrolio

Proprietà, trattamento e applicazioni

Processi chimici cartario tessile agroalimentare farmaceutico metallurgico chimico (organica e inorganica) petrolchimico

Materie prime → processi chimici → prodotti → ciclo di vita

Scarti (trattamento) → smaltimento

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 (organica e inorganica) petrolchimico

Materie prime → processi chimici → prodotti → ciclo di vita ↓ scarti (trattamento) ↓ smaltimento

Chimica

Chimica applicata (materiali)

Chimica industriale (processi)

Ingegneria chimica (impianti)

Sistema termodinamico

Stato

Variabili

• Intensive
• T (°C)
• P (pressione)
• P
• X
• Estensive
• M (massa)
• N (molare)
• V (volume)
• C

Regola delle fasi

V = C - F + 2

Capire quali sono basi nere e come funziona di un sistema

Caso C=1 solido liquido vapore fusione evaporazione sublimazione condensazione rigenerazione liquefazione

Legge di Clapeyron

dP/dt = ΔH / TΔV

Pressione entalpia volume temperatura molecole verso equilibrio sistema di equilibrio (reazione) → numero uguale di molecole su alto e in basso

p=1 atm

Q_(FUORI) [W]

0°C 100°C ΔH

p=10 atm

ΔH_eva ΔH_vap

N=C+F+Z=1+1+Z

V=1

V=2

1 ^∘ componente acido=1+2+Z

V=2

ΔH= calore latente di evaporazione o vaporizzazione

Calore latente specifico J ⁄ Kg

Calore reversibile luogo fis,_L1 ^∘, V ^∘

Pasaggi di stato

Caldaia

1 componente (Acqua)

Variabili:

U= energia interna

H₂0

PV=nRT

P= Azione

Simboli

go

120°C

L⟷V

2^n=U+Pu

C_p=^dh_n/_{dT |p}

E=20

E=0

N=C+F+2

P=1atm

P=_Pericolo

Curve di equilibrio

Punto 1:

Quiavia I: punto triplo

CAUTION

dP/dt = Δh/TΔv

Δh=λh_v-h₂

Δv=V_v-V_l

P=dP/dt=[Δh/Rt²]

Annoyne

log_impriaxP=A+B/ТС

aneroid bulbar roasteries

Δh≅C_p·(T₂-T₁)

P=test

C_p = ∫_T1^T2 C_p dt

Calore latente a pressione costante

Acqua

P (atm) L/s 0,006 0,01

CO₂

P (atm) L/s 5/1M 5/1 78%, 56%

L → V

S → V

S → V

Δhv > 0

Carbonio

P (atm)

diamante

10⁵

10²

10⁶

grafite

TH→ gas

4000

T (K)

ΔV = RΔH / RT

Δhv = - RClnP / d ( 1 / T_n )

→ Equazione (Clapeyron)

ln P = A - B / T + C

→ Equazione di Antoine

A, B, C costanti

Esercizi

Esercizio 1 (slide)

Calcolare pressione saturazione acqua al 90°C

A = 16,3872

B = 3885,70

C = 230,17

R = 8,31 \(\frac{\text{J}}{\text{mol} \cdot \text{K}}\)

T = temperatura in Kelvin (273,15)

\(\ln P = \frac{A - \frac{B}{T + C}}{}\)

T = 90°C

P = e^{\left(\frac{A - \frac{B}{T + C}}{}\right)} = 70,15 \, \text{kPa}

2)

\(\frac{dP}{dt} = \frac{P \Delta h_1}{R T^2}\)

\(\frac{dP}{P} = \frac{\Delta h}{R T^2}\)

\(\frac{d \ln P}{dt} = \frac{B}{(T - 273 + C)^2}\)

\(\Delta h = B \frac{T - \dot{T}^2}{(T - 273 + C)^2} = 41,507 \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}\)

3)

P = 1,3 atm

t_exit = 107°C

t = \(\left(\frac{A C - B}{\ln P} - C\right) \left(1 - \frac{A}{\ln P}\right) = 107°C\)

4)

t = 90°C → [P = 70,15 \, \text{kPa}]

T = 365 K

P = P₁ + \(\left(P_2 - P_1\right) \frac{T - T_1}{T_2 - T_1}\)

\( \frac{T - T_1}{T_2 - T_1} = \frac{P - P_1}{P_2 - P_1} \)

KmPat_ch_ch_v

[P = 70,7 \, \text{kPa}]

\(\Delta H \, \frac{\text{kJ}}{\text{mol}} \)

360 0,0627 65 4732

370 0,0999 73,1 4781

367 0,0707

401,80

41,725 (41,507) H₂O

4) Calcolare calorie latente acqua ed etano

acqua calcolata=* tabella costanti aceto e cercare il decano *(Cz H2z)

A = 13.7943

B = 3.442

C = 193

ΔH = B — —1-7 ^{(L-273+C)^2}=47.0 ^KG/_mol

Lo confronta con quello dell'acqua

Peso ΔH PSAT ΔH

18 ACQUA 41.27 70.15 2306

142 DECANO 41.07 6.17 331

Ultimo es.: (Cald.iso)

Q̇c=ΔH → calorimetro Bernstein

P = 10C →ΔHsup=(∫CPcd=ÇP)(T2−T1)

Temperatura

Trc. P = A - B / Trc + C

T = [e^{A - B / P}] - C = 779°C

P = convertito in Pascal

Andiamo

Δh_v = B / [(1 - 273 + Tc)²] = 3355.70 9.31 - 739.92

Δh_v = 3)500 Kj/mol

Δh_m = n_wΔh_vacqua = 1000 / 3600 x 39.500 / 4.00 = 609.6 KW

c_p = [c_p^st + (c_p^g - c_p^l) (T - T₁) / (T₂ - T)²] = 0.09737

Recupero

Sistemi a due componenti

Miscela omogenea: una fase

Miscela eterogenea: due o più fasi (gas)

Dispersivi

Emulsioni

Sospensioni

A → soluto

B → solvente

S → soluzione

m_s = m_A + m_B

V_s = V_A + V_B

Concentrazione molare:

C_m = ^n_A/_Vs [^mol/_l]

Frazione massica:

X_A = ^m_A/_ms

A → NaCl: 15g

B → H₂O 2l

m_A = 15g

V_B = 2l

C_m = ^m_A/_Vs

X_A = ^n_A/_{NA × NB}

m_A = 23 + 39,5 =

m_B = 2 × 1000 = 2000g

C_m = ^0,256/₂ = 0,128 mol

X_A = ^0,256/_0,023

m_B = 2000 = 111 mol

WA = ¹⁵/₂₀₀₀ = 0,0075^m/_s = 0,127^m/★ = 100 x WA = 0,75%

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 saturata = contiene 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 reciproche tra molecole diverse restano riconoscibili

A - A ≈ B - B = A - B

ΔV_sol ≈ 0

ΔH_sol = 0

P = P_A + P_B

P_B = y_A

P = X_I P^sat_I (T)

Legge di Raoult

Σ₁ X_i = Σ_mix / Σ_mix = 1 (sempre)

Σ w_i = 1

Soluzioni solido-liquido

P^sat_A (T) << P^sat_B (T)

P_T = P̅_A + P̅_B ≈ X_A P^sat_A (T) + (1 - X_A) P^sat_B (T)

P̅_B = (1 - X_A) P^sat_B (T)

X_A = 0

P = 1 atm

X_A = 0

Y_A = 15%

T_X ≠ 100°C

lnP = ^{A - B}/_{T + C}

WB = 0.15

WA = 0.85

MA = 26.5

MB = 18

XA = 0.107

Xv = ^nv/_{nB + nA}

^B/_{A - lnPSAT - C}

P_B = ^P/_{1 - XA} = M_B = 1.13

γ_A + kγ_B

E = ^B/_{A - lnPSAT - C} = 103°C

A = 16.138

B = 3685.9

C = 230.17

ΔT_{ebbefficienza} = 3°C

NaCl

M_A = 20%

T = 100°C

P = 697 mmHg

P_B = 760 mmHg

P = (1 - XA) P_B^SAT (T)

XA = ²⁰/₄₀ = 0.063

FUM -> SOLUZIONE

FUM -> CO₂

LIQ. LAVOR

LIQ. LAVOR

CO₂ ->

P = 1 atm

CO₂ in acqua

^{0.333x6.5x10-1}/_{Z3 15x10^-6}

Grattazione molare

fra CO₂ in H₂O

W_CO2 = ~ = ^mV_CO/_mwCO = ~ = 0.0524%

ΔP = X_A P_A^sat

Esercizio

T = 40°C

P = 9

V = 12

G O₂

n_CO2 = 1 gt

H₂O

m_acqua = 100 gt

L ⇀ H₂O

L ⇀ H₂O, CO₂ (dissoluzione)

A)

TG

Lingua

P_i = ?: i = P ≥ 1 T x_i

CO₂

H₂O

P = P_CO2 = ^n_CO2RT/_V

V^G = V^G' + V^'

P = ^m_CO2/_M

M = ^n_CO2RT/_V^G

P = 656.04 + P₂

B)

H ₂O

H ₂O

P_CO2 = P_iCO2 = H(T) * x_CO2

P = H x x_CO2

P = 6140 P₂

C) Evapo. e Diss.

CO₂ atm

CO₂ aq.

P_H2O = P = 6740917+ 7457 = 7686.8 P₂

Più volatili

AB

P_A^SAT(T) > P_B^SAT(T)

T_A^SAT(P) ≤ T_B^SAT(P)

T₀ = 0

T = T₀

Calore —> _Calore

ΔQ = ΔQ_surr + ΔQ_int = m C_pL ΔT + Λ m Δ

Miscela ideale

La legge di Raoult

P_A = x P_A^SAT(T)

P_B = (1-x) P_B^SAT(T)

P_tot = x P_A^SAT(T) + (1-x) P_B^SAT(T)

P = cost

Curva di bolle

Curva di rugiada

X = X = X

Y = T

Solo vapore

Telorama

Pura sostanza

Prima della liquefazione dei vapori

Curva di bolle

TT = composizione in mole liquido e in mole vapore

TP_A

P_B

XY

100 5919,6 0,158 0,9240

1160,5 0,8740,991

601930700,0180,623400

C pure l’acqua 100C

1000 T pure 460C

P = 101,325 kPa

>= 13,4767

= 13,92418

= 3,642,76

= 3ª250,1101,3858

Capito le contomone

α = lα / lα ₀c * bαlc = bαl₀ l = lαp l bαl

A = (A − B / c)B l bαllα bαl − c

P. sat

PEXYANO

t _sxl = 36°C

DENO 174,1

t° 153,1

lx = P - P _{B sat} (T)

x / yy = x P A sat (T) / t

t p_{A sat} P _{B sat} P _GNT x y

36 161,3289 0,3669 999,959 1

66 254,5001 2,0671 0,9343 0,9356

100 591,01 9,57 0,758 0,72

126 1010,14 21,83 0,198 0,92

156 1775,82 62,45 0,023 0,3293

171 2237,63 101,31 0,146 0,0002

57 796,92 1185,5 0,511 0,2933

242 13354 432,13 0,156 0,1609

Classificazione dei materiali

Classificazione: metalli ceramici polimeri

Fattori scelta materiali

Proprietà chimico-fisiche:

Composizione, densità, conducibilità 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:

Malleabilità, duttibilità, lavorabilità, saldabilità, attitudine a essere lavorato.

Disponibilità in dimensioni e costo.

Rapporto di snervamento:

NF = E trasversale / E longitudinale

Corrosione acida: Fe → Fe³⁺ + 3e^-

Trattamenti acque naturali

Trattamenti fisici

• Filtrazione
• Decantazione
• Ossidazione
• Sedimentazione
• Evaporazione
• Distillazione
• Anomalia inversa

Trattamenti chimici

• Flocculazione
• Degassazione chimica
• Addolcimento
• Scambio ionico

Mn²⁺ (per equilibrio finale non tutto)

Fe²⁺ + _{^(MNO4) h} ⇾ Fe³⁺ + _h 2⁺

retta per cerimonia -1

Cr³⁺ 5Fe²⁺ + Mn मैंने बाद में लेखन के लिये जाना। संत बलोक सेन Mijn eerste boek ^4_h 2₄O (e + 5)4 OH^- + 2 Cr(OH)^- + IO₃^- ⇾ 2 CrO₄^2- + I^- + H₂O(+3+) (3.3) 2 (+ 6 E) -(- 1)

Cl₂ + I^1- 4 OH^- ⇾ 2 Cl^- + IO₃ + 2H₂O(-2-) (+1-) (-1.1)

3 Cl₂ + I^- + 6 OH ⇾ 6 Cl^- 1 O₃ + 3H₂O(-)/sub>(+/sub>) (O) -/sub> +1 (/(1-) 2)

Acido forte, aggiunto a una base forte

se si conosce Ka o Kb puoi dire se è acido o la base

direzione: produce un OH^- (base)

√acidico

K_eq =H₂O

HCl + KOH → Cl^- + H₂O

neutro

pH neutro (7)

V_HCl = 50 mL

V_KOH = 10 mL

molHCl = [KOH]0,2 M

[H⁺]= [Molarità]

pH = log₁₀[H⁺]

pH = log HCl = log

V = 200 mL

M_NaCl = 0,75 M

[H⁺] = ?

pH = -log [H⁺]

V_HBr = 100 mL → 0,25 M

V_CH3COOH = 300 mL → 1 M

BH₃

PbCl

[CN^-] + MnO₄^- + H₂O → CNO^- + MnO₂ + OH^-

1 L CH₃COOH 0,1 M

mol = 0,1

1 L NaCH₃COOH 0,1 M

mol = 0,1+ 100 mL di HCl 0,5 M

K_a = 1,7 * 10^-5

50 mL di: K_b = 0,0085

pH = log (CH₃) = 3 pK^a

CH₃COOH + H₂O ⇌ H₃O⁺ + CH₃COO^-

Mn²⁺ + BiO₃^- → MnO₄^- + Bi³⁺+ 2Cr(qualitativo)

Esercizio

Potenza richiesta a una caldaia

A_V, T₁

A_V=1000 kg/h

P_C=10 bar

T_L=18 °C

T_SAT(P₂)

P_C=10 bar=10 ⁵ Pa=10 ² KPa=1000 KPa

C_PMedio= 4.74

C_p(450) = 2014.5

Q_W=m_i*C_P*ΔT=694.7 KJ

Q_LAT=m_L ΔH^VAP=2014.5=2014.5 KJ

Q_TOT=Q_LAT+Q_SENS=757.7 KW