Download di Appunti esame per l'esame di Chimica

Appunti presi a lezione e trascritti a computer, accompagnati da grafici ed esempi mostrati da professore. La trattazione comprende tutti gli argomenti del corso necessari per il superamento dell'esame. Appunti basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni del prof. Stipa.

Il seguente documento riporta gli appunti di fenomeni di trasporto raccolti durante il corso di “Principi di Ingegneria Chimica e di processo”. Gli argomenti trattati risultano essere: Bilancio di quantità di moto in uno strato o in moto laminare: analisi del bilancio di quantità di moto scritto in termini generali e significato delle principali condizioni al contorno che è possibile utilizzare. - Moto di un film cadente su piano inclinato: applicazione dei bilanci locali di quantità di moto in simmetria rettangolare. • Derivazione del profilo del flusso di quantità di moto e del profilo di velocità • Valutazione della velocità media e della portata volumetrica attraverso il film • Valutazione dello spessore del film • Valutazione della forza esercitata dal fluido sulle pareti • Esempi pratici di applicazione nell’ingegneria chimica - Moto laminare di un fluido in un condotto cilindrico: applicazione dei bilanci locali di quantità di moto in simmetria cilindrica • Derivazione del profilo del flusso di quantità di moto e del profilo di velocità • Valutazione della velocità media e della velocità massima • Derivazione dell’equazione di Hagen – Poiseuille • Valutazione della forza esercitata dal fluido sulle pareti - Sistemi di tipo anulare: applicazione dei bilanci locali di quantità di moto nel caso di due condotti concentrici attraversati da due fluidi differenti. - Fluidi immiscibili adiacenti: applicazione del bilancio locale di quantità di moto nel caso di due fluidi immiscibili e incomprimibili che scorrono a contratto fra loro tra due piastre piane parallele. • Derivazione del profilo del flusso di quantità di moto e del profilo di velocità - Moto di scorrimento attorno ad una sfera: • Valutazione della forza esercitata dal fluido sulla sfera • Definizione delle forze normali, tangenziali e della drag force • Definizione della legge di stokes • Analisi del regime di Stokes, regime intermedio e regime di Newton • Variazione del coefficiente di forma al variare del regime di flusso Bilancio di energia in uno strato o in moto laminare: - Analisi del bilancio di energia scritto in termini generali e analisi delle principali condizioni al contorno che è possibile utilizzare - Conduttore elettrico attraversato da corrente elettrica: applicazione del bilancio locale di energia scritto in simmetria cilindrica. • Analisi del termine di generazione quando è presente l’effetto Joule • Profilo del flusso termico e di temperatura lungo la coordinata radiale • Valutazione della temperatura massima, della temperatura media e della potenza termica scambiata - Trasferimento di calore attraverso pareti composite: applicazione del bilancio locale di energia • Definizione del flusso termico mediante il coefficiente di scambio termico globale • Definizione del coefficiente di scambio termico globale nel caso di pareti piane e nel caso di pareti concentriche - Trasporto di calore in presenza di reazione chimica (reattore catalitico a letto fisso) • Analisi di massima di un reattore catalitico a letto fisso • Definizione di velocità superficiale • Definizione di conducibilità termica efficace - Moto di un fluido in un condotto verticale con scambio di calore con l’esterno: • Derivazione del bilancio generale • Confronto tra trasporto convettivo e conduttivo di energia • Adimensionalizzazione dell’equazione e analisi delle principali grandezze e gruppi adimensionali che coinvolgono questo trasporto di energia - Convezione naturale: moto tra piastre parallele a temperature diverse: • Descrizione del fenomeno convettivo e analisi fisica del fenomeno • Definizione del coefficiente di espansione termica e implicazione nello sviluppo dei bilanci nel caso di convezione naturale, derivazione della variazione della densità con la temperatura. • Confronto tra forze viscose e di galleggiamento • Analisi delle principali grandezze e gruppi adimensionale che coinvolgono questo trasporto di energia - Profilo di temperatura in un aletta di raffreddamento Bilancio di Materia in uno strato o in moto laminare: - Introduzione alle principali grandezze: • Velocità di una generica specie, velocità della miscela media ponderale, velocità edlla miscela media molare. • Velocità di diffusione della specie i-esima rispetto alla velocità media ponderale o molare • Flusso massico o molare globali • Flusso massico del componente i-esimo, flusso ponderale diffusivo e molare del componente i-esimo • Flusso molare totale • Espressione del termine di reazione nel caso di fasi omogenee o fasi eterogenee. - Diffusione con reazione chimica eterogenea: applicazione dei bilanci locali di materia • Applicazione della teoria del film • Derivazione del profilo di concentrazione e del flusso • Valutazione del flusso al variare dell’ordine di reazione - Diffusione con reazione chimica omogenea: • Derivazione del bilancio locale di materia nel caso di un gas che si assorbe in una fase liquida • Profilo di concentrazione della specie nel liquido • Definizione e analisi fisica del numero di Hatta (Ha), confronto tra fenomeno diffusivo e fenomeno reattivo. • Analisi della variazione del profilo di concentrazione al variare del numero di Hatta • Valutazione della concentrazione media della specie all’interno del recipiente e del flusso all’interfaccia della stessa - Assorbimento con reazione chimica: • Derivazione del bilancio locale di materia nel caso di un gorgogliatore • Derivazione dei profili di concentrazione all’interno del liquido • Derivazione del flusso all’interfaccia (velocità di assorbimento) • Esempli pratici di applicazione nell’ingegneria chimica - Profilo di concentrazione in catalizzatori porosi: • Analisi degli stadi di trasporto materiale che coinvolgono il fenomeno (diffusione esterna, diffusione interna e reazione chimica superficiale) • Espressione dei principali termini del bilancio • Definizione del coefficiente di diffusione efficace, porosità e tortuosità • Adimensionalizzazione del bilancio, definizione del modulo di Thiele e analisi del significato fisico • Variazione dei profili di concentrazione al variare del numero di Thiele • Definizione dell’efficienza interna del catalizzatore - Diffusione di materia su un film cadente: • Applicazione simultanea dei bilanci di materia e quantità di moto • Espressione dei flussi di materia in più direzioni e confronto tra flusso diffusivo e convettivo di materia • Definizione della funzione degli errori e profilo di concentrazione all’interno del film cadente • Flusso locale della specie assorbita al variare della quota del film - Processi reattivi non catalitici fluido – particella: applicazione dei bilanci non stazionari di materia • Analisi reazioni fluido – solido ed esempi di applicazione in ingegneria chimica • Analisi dei principali stadi che sono coinvolti nelle reazioni fluido – particella • Analisi del modello del nucleo non reagente e spiegazione fisica delle ipotesi semplificative che sono alla base di tale modello • Derivazione dei bilanci nei vari stadi presi in considerazione • Analisi delle resistenze al trasferimento materiale nel film esterno, nel solido poroso e resistenza alla reazione superficiale • Variazione dei bilanci in base allo stadio controllante Tutti gli esempi sono accompagnati dallo sviluppo passo dopo passo degli opportuni bilanci e ipotesi semplificative. Sono presenti numerosi esempi applicativi ed esercizi simili ai problemi d’esame.

Il seguente documento riporta gli appunti di fenomeni di trasporto raccolti durante il corso di “Principi di Ingegneria Chimica e di processo”. Gli argomenti trattati risultano essere: - Introduzione ai bilanci: differenze tra bilanci macroscopici e microscopici, globali e sul singolo componente. Descrizione delle equazioni costitutive: -Descrizione dei meccanismi di convezione e trasporto molecolare, analisi di: -Trasferimento molecolare di calore (conduzione): legge di Fourier - Trasferimento molecolare di materia (diffusione): legge di Fick generale e forma semplificata - Trasferimento molecolare di quantità di moto: legge di Newton -Analisi delle proprietà di trasporto e analogie tra i diversi meccanismi di trasporto. -Principali legami tra diffusività e temperatura e pressione. -Analisi dei coefficienti di trasferimento di energia e materia utilizzati nelle equazioni tecniche: -Descrizione del numero di Nusselt, Prandtl, Reynolds, Grashof, Sherwood e Schmidt. -Distinzione tra meccanismo di convezione forzata e naturale. -Bilancio macroscopico di materia: -Bilanci globali di materia e bilanci sul singolo componente (in massa e in moli) in stato stazionario e non stazionario. -Bilancio macroscopico di energia: -Bilancio dell’energia totale -Analisi del significato fisico dei singoli termini. -Dimostrazione dell’equazione dell’Energia totale -Dimostrazione dell’equazione dell’energia termica -Dimostrazione del bilancio dell’energia meccanica: caso fluidi reali e fluidi ideali (equazione di Bernoulli) -Analisi perdite di carico distribuite e concentrate Bilanci macroscopici di quantità di moto