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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- Prodotti
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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)
P
X
ESTENSIVE
nv (massa)
nm (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:
dPpressione/dTtemperatura= -ΔH/TΔV
entalpia
volume
molècole verso stesso sistema di equilibrio (refrigeratore) numero uguale di molecole su altro tauto 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
- T
- P
- ν
acqua V (vapore)
acqua L (liquido)
volume specifico
Entalpia
N = U + PV
Ce = (dh/dT)p
Calorericevuto apressionecostante
P = 1 atm
V = C_f + 2
Perdita = riscaldata da liquido avapore 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)
Liquidobolleistant.
Δh = Ce·(T2 - T1)
Cp = ∫T1T2 Cp dt
calore liquido a pressione costante
Acqua
L/s
S
P (atm)
0,06
0,01
CO2
L/s
P (atm)
S
M
78% sf
Sf
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
pv= 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 = eA - 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
- Mpa
- hc
- hv
- [P = 70,7 kPa]
- 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∆HPSatK5/K8∆HPESO M.18ACQUA41,72570,152306142DECANO47,0761,11331Ultimo es: (Caldurice) QCH4 (sec) 10 bar
1000(KJ/m) 10 bar
H = ṁq
∆H = ∆U + ∆(PV)
Cp = (∂h/∂T)sub‑specie
Q̇ = ∆h → elaboricar bemico
si equivale il punto conil calore
∆hcons=(∮T1) Cp dt = Cp(T2-T1)
∆h→
Teorema
Log P = A -B/T + C
Tc. P = e A -B/T + C
T2 = eA - B/P - C = 779°C
P = convertito in KPascal
ΔHv = B RT2
(T - 273 + C)2 = 3955.70 9.31.7992
(279 - 273 + 230.1771)2 - ΔHv = 266260.711
ΔHv = 394.6 KJ/mol
ΔHacq = 39500 KJ/mol
ΔHtot = mMΔHmenz = 1000 x 39.500 x 4000 = 609.6 KW
3600 1.9 molecolare
Kg = 9.62 K/mol
ΔHsens = Cp (T2 - T1)
2.62 9 = KJ/mol
T2= 179°C
T1 = 70°C
ΔHsens = 129.6 KW
QL = ΔHsens + ΔHlatente = 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
mWS = mWA + mWB
VS ≠ VA + VB
Concentrazione molare:
CmA = mWA / VS [mol/L]
Frazione molare:
XA = nA / (nA + nB)
WA = mWA / mWS
A → NaCl: 15 g
B → H2O 2 L
mWA = 15 g
VB = 2 L
CmA = mWA / VS
XA = nA / (nA + nB)
WA = mWA / mWS
mWB = 2 x 1000 = 2000 g
CmA = 0,256 = 0,128 mol/L
XA = 0,256 / (0,256 + mB) = 0,0023
WA = 15 / 2000 = 0,0074
mWB = 2000 / 18 = 111 mol
XA = 0,123 / (1 / 100 x XA)
WA = 100 x WA = 0,74%
ΔVsol = Vs - (VA + VB) ≠ 0
ΔHsol = Hs - (HA + HB) ≠ 0
ΔHsol > 0 soluzione endotermica
ΔHsol < 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
ΔHsol > 0 sol ↑ T
ΔHsol < 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
ΔVsol = 0
ΔHsol = 0
(a livello macroscopico)
P = PA + PB
yA = XAfxAsat (T)
Legge di Raoult
Σi Xi = Σni/Σni = 1 (sempre)
Σ ωi = 1
Soluzioni solido-liquido
PAsat (T) < < PBsat (T)
PT = P̅A + P̅B = XAPAsat (T) + (1 - XA)PBsat (T)
PE = (1 - XA)PBsat (T)
PE = 1 atm
i/â = 15%
ML/E = 19,5
ln P = A - B / T+ C
PBSAT = P / 1 - XA = γ3γ4 + KB
T = B / A - ln PSAT - C
∆Tebullizione = 3°C
NaCl
MA=20ġ
T=100°C
P=697 mm Hg
PB=760 mm Hg
XA = 20/40 = 0̇,05̇̇3̇
UA = 0,15
UB = 0,85
MA = 26,5
MB = 18
A = 16̇1̇3̇̇8̇
B= 3645,7
C = 230,17
C
Pi = Xi f estente distanza
XA = 0,107
XF = nA / nB + nA
% VOL CO2 =̇3̇̇3̇%
T = 2̇0̇C
P = 1 atm
CO2 / H2O
UCO2 = % Mvco / W co = % isco = 0,0524 %
ġliōʻlōν μολοτρε δις ̄Η̄νΟ
ΔP = XA PAsat
Esercizio:
T = 40 °C
P = 9
L → H2O
V = 1 L
→ CO2
L → H2O
→ equilibrio CO2 e H2O
nCO2 = 1 g
macqua = 100 g
→ H2O, CO2 (dissoluzione)
A) Inassor & dissoluzione e l'evaporazione
P =?
Pi =? P =? T Xi
V = VG + VL
VG=
PCO2 = PCO2 = H(T) × co2
mmol CO2 =
ΔV=8.3
P=656
5 mmol
O4 + Pa
B) La dissoluzione no evaporazione
VT
nCO2
mCO2
P = PCO2 = H x CO2
nmol CO2 =
PCO2 =
V
nCO2
P = 6140 Pa
C) S EVAP.O. E DISS.
V
nCO2 =
CO2 aq
T = 40°C
PB =
CO2 aq
→ CO2 aq
PH2O= A
× PB + C
P = 6749.07 + 749.7 = 66858.0 Pa
Scansitano con CamScanner
più volatile
PAsA(T) > PBs(T)
TAs(P) ≤ TBs(P)
T0 = 0
tutti i liquidi a sistema invisibile
V ≤ c + f + 2 ≤ z−1; z = 3
ΔQ = ΔQusunibile = cpΔTn
ΔQ = ΔQin + ΔQut = m cpLΔT + Δmλ
George
cl + f + 2−2≣z + (KP)
V = cl F/z
MISCELE IDEALI
LEGGE DI RAOULT
PTot = XPAs (T) + (1−x)PBs(T)
P=cost
curva di bolle
curva di rugiada
TSAT
PSAT(T)
X=
X=X(T)
Y=
SOLO VAPORE
BOLLA ROVESCIATA
V
T
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 (tsat )a = a - 4 lvPlvP
CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI
A = t/c
B
A - (lvP
B - C
A - lvP
tsat. PAsat
pentano
deon
T 36
1 174,1
Pagsat
Pagsat
T
x = R - Psatt
y = xPsatsat (t)
x = 1773699
t Psat Pat Pgtgt 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 0.1609CLASSIFICAZIONE:
- metals
- ceramics
- polymers
FATTORI SCELTA MATERIALI:
- PROPRIETA' CHIMICO-FISICHE:
- Composizione, densitá, conducibilitá termica e elettrica, resistenza alla corrosione, punto di fusione e di ebollizione.
- PROPRIETA' MECCANICHE:
- resistenza a flessione, a trazione, a compressione e a torsione
- durezza.
- PROPRIETA' TECNOLOGICHE:
- malleabilitá, duttilitá, temprabilitá, saldabilitá, truciolitabilitá.
- DISPONIBILITA' 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 -1
3Fe2+ + 5Fe3+ + 5Fe -> 5Fe2 + Mn2+ + 4H2O
(+5e)-1
Reazione redox globale
bilancio totale
num. redox 2
in ascissa e-
(e-1) (teorico sembra non
aspetta 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-
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