Chimica industriale - struttura dell'industria chimica

Struttura dell'industria chimica

S. Perathoner

Una introduzione alla chimica e alla produzione industriale

CDL Chimica Industriale - 4 CFU

Introduction to the Chemical Production

UniME - S. Perathoner

Topics

Tools for industrial chemistry

• Il concetto di flowsheet
• Quantificazione del trasferimento di massa/calore
• Cinetica e termodinamica dei processi chimici (elementi)
• Catalisi (intro)
• Operazioni unitarie (reazione, separazione, utilities) (intro)
• Economia dei processi (elementi)
• Sicurezza
• Struttura della produzione chimica

What is the chemical sector (& nomenclature)

• Fatti e cifre, caratteristiche dell'industria chimica
• Prodotti energetici
• Industria petrolchimica
• Uso del carbone

Additional material and books

• Concepts of Chemical Engineering for Chemists, S.J.R. Simons, Royal Society of Chemistry 2007
  • Ch. 1 - Bilancio massa/calore
  • Ch. 2 Introduzione alla Chimica Industriale
  • Ch. 9 Economia
  • Ch. 10 Rischi
• Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, E.E. Ludwig, Vol. 1, Third Edition, Butterworth-Heinemann, 1999
  • Ch. 1 Pianificazione del processo
  • Ch. 7 Sicurezza del processo
• Perry's Chemical Engineering Handbook (8th Ed.), McGraw-Hill 2008
  • Ch. 4 Termodinamica
  • Ch. 7 Cinetica delle reazioni
  • Ch. 9 Economia dei processi
  • Ch. 19 Reattori
  • Ch. 23 Sicurezza del processo
• Chemical Process Technology, J.A. Moulijn et al., Wiley 2001

Il concetto di flowsheet

Uno strumento per comprendere e progettare processi chimici

Unit operations in chemical processes

• Pretreatment of the feed (purification, heating, etc.)
• Trasformazione chimica (reattore)
  • Continuo o batch-type
  • Mono- o multifase
  • Letto fisso, serbatoio agitato, multifase
• Separazione
  • Meccanica (non usuale)
  • Composizione diversa tra fase gas/liquida (distillazione)
  • Solubilità diverse (estrazione, assorbimento-strip, cristallizzazione, ...)
  • Adsorbimento preferenziale (carboni attivi)

Flowsheet

Il flowsheet è la "mappa" di un processo, e serve a identificare e focalizzare l'ambito del processo per tutte le funzioni interessate e associate al progetto. Man mano che un progetto avanza, le varie discipline ingegneristiche leggono le loro porzioni di responsabilità dal flowsheet, anche se potrebbero non comprendere il processo o altri dettagli relativi ad alcune delle altre fasi dell'ingegneria. Il flowsheet descrive anche il processo alla direzione e a coloro che si occupano della preparazione di studi economici per la valutazione del processo.

Un buon flowsheet di processo identifica graficamente e visivamente i passaggi del processo chimico nella giusta sequenza. È fatto in modo tale e con sufficiente dettaglio da presentare agli altri una corretta interpretazione meccanica dei requisiti chimici.

Type of flowsheets

• Block Diagram
  • Generalmente utilizzato per presentare un concetto preliminare o di base del processo senza dettagli. I blocchi non descrivono come un determinato passaggio verrà realizzato, ma piuttosto cosa deve essere fatto. Questi vengono spesso utilizzati in studi di sondaggio per la direzione, riassunti di ricerca, proposte di processo per passaggi "confezionati", e per "parlare" un'idea di processo. Per le presentazioni alla direzione, i diagrammi sono pittorici e aiutano a illustrare il ciclo di flusso di base.

Ammonia

L'ammoniaca è un importante materiale inorganico primario. Il 85% della produzione mondiale è utilizzata nella fabbricazione di fertilizzanti sintetici.

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃, ΔH = -91.6 kJ/mol

• Favorito da:
  • (i) alta pressione
  • (ii) bassa temperatura
  • (iii) catalizzatore attivo
  • (iv) gas puro (basso gas inerte)

Catalizzatore: Ferro-α (dal magnetite), promosso da

• (a) K₂CO₃ (aumenta attività)
• (b) Al₂O₃, SiO₂ (protegge contro sinterizzazione)
• (c) CaO (riduce suscettibilità ai composti di zolfo e cloro)

Ammonia and Nitric Acid

Sintesi di ammoniaca (NH₃) e ossidazione ad acido nitrico (HNO₃)

Nitric acid (HNO₃) production by ammonia (NH₃) oxidation

Process schemes

Viene mostrata la sequenza delle operazioni unitarie e i flussi tra di esse.

• Quattro tipi
  • Semplificato
  • Quantificato
  • Con strumenti
  • Operativo

Main symbols (in flowsheets)

• 1 Vertical empty reactor
• 2 Filling (catalyst., resins, structured filling)
• 3 Fixed bed reactor (or column)
• 4 Multitubular reactor
• 5 Continuous mixed reactor
• 6 Gas-liquid (or liquid-liquid) separ.
• 7 Plate distillation column
• 8 Tanks
• 9 Furnace