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Studio dei materiali

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  • 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)

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.18ACQUA41,72570,152306142DECANO47,0761,11331

Ultimo 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 = Σnini = 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 0.1609

    CLASSIFICAZIONE:

    • 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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    Scienze chimiche CHIM/03 Chimica generale e inorganica

    I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Costas00 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Chimica generale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Università degli Studi di Pisa o del prof Nicolella Cristiano.
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