Appunti degli studenti per corsi ed esami del Prof. Cincotti Alberto

Il seguente documento riporta gli appunti di reattori raccolti durante il corso di “Reattori chimici e biologici” svolto dal professore Alberto Cincotti. Gli argomenti trattati risultano essere: Introduzione ai reattori ideali: analisi dei principali reattori ideali e delle ipotesi semplificative che li caratterizzano - Analisi del reattore Batch, CSTR, PFR e PBR - Analisi dei problemi di progetto e verifica per i reattori ideali, differenze tra reattori continui e discontinui - Significato della legge cinetica e della legge stechiometrica, analisi del legame esistente tra le due - Dipendenza della velocità di reazione dalle principali grandezze e principali differenze tra reazioni reversibili e irreversibili - Significato fisico della legge di Arrhenius: introduzione ai concetti di frequenza ed efficienza dell’urto. Analisi del problema di progetto di un reattore Batch operante in fase liquida - Individuazione del volume di controllo e scrittura dei bilanci: derivazione dell’equazione di progetto di un reattore batch - Ipotesi semplificative per passare dai bilanci massici ai bilanci molari - Ipotesi semplificative valide per la fase liquida - Introduzione e significato di conversione, esempio di calcolo - Utilizzo delle tabelle stechiometriche e definizione del rapporto di carica: trasformazione di un sistema di ode in una singola ode in cui la variabile dipendente è la conversione - Analisi dei profili temporali ottenuti Analisi del problema di progetto di un reattore CSTR operante in fase liquida - Individuazione del volume di controllo e scrittura dei bilanci: derivazione dell’equazione di progetto di un reattore CSTR - Analisi delle ipotesi valide per i reattori continui - Ipotesi semplificative valide per reattori continui operanti in fase liquida - Esempio di calcolo Analisi del problema di progetto di un reattore PFR operante in fase liquida - Scrittura dei bilanci locali di materia: derivazione dell’equazione di progetto di un PFR - Analisi dei meccanismi di trasporto: trasporto convettivo e diffusivo, analogie e differenze tra i due meccanismi e analisi della forza motrice che li caratterizza - Differenze tra “continuum modeling approach” e “discontinuum modeling approach” - Passaggio da un sistema di ode aventi la concentrazione come variabile dipendente ad una singola ode caratterizzata dalla conversione come variabile dipendente - Esempio di calcolo e confronto tra il volume richiesto da un CSTR e quello richiesto da un PFR a parità di condizioni Riepilogo dell’equazione di progetto dei vari reattori - Esempi di utilizzo dei reattori nella pratica industriale - Utilizzo dei diagrammi di Levenspiel: analisi del significato fisico Analisi di un reattore Batch operante con fasi gassose - Problema di progetto per un batch a volume costante o a pressione costante - Legge di variazione della pressione in un batch a volume costante e variazione del volume in un batch a pressione costante - Profili temporali di conversione in batch a volume costante e pressione costante (esempio in cui è presente una specie inerte) Analisi di un reattore CSTR operante con fasi gassose - Problema di progetto per un CSTR operante con fasi gassose: derivazione dei bilanci - Equazione dei gas perfetti per sistemi continui e legge di variazione della portata al procedere della reazione Analisi di un PFR operante con fasi gassose - Problema di progetto per un PFR operante con fasi gassose: derivazione dei bilanci molari locali - Derivazione dei profili spaziali - Determinazione del profilo di conversione lungo l’asse del reattore Analisi di sistemi con reazioni multiple: CSTR operante in fase liquida - Analisi della velocità di reazione in un sistema con reazioni multiple: analisi reazioni reversibili e irreversibili - Definizione della costante di equilibrio e significato fisico, legami tra costante d’equilibrio e costante cinetica con la temperatura - Significato dell’energia di attivazione e del calore di reazione, variazione delle performance della reazione al variare della temperatura a seconda del calore di reazione - Esempi di calcolo Analisi di sistemi con reazioni multiple: PFR operante in fase gas - Determinazione dei bilanci locali di materia nel caso di reazioni multiple: analisi reazioni reversibili e irreversibili - Legge di variazione della portata - Scrittura delle ode che esprimono la variazione della portata molare in funzione del volume tenendo conto della reversibilità della reazione e delle variazioni di portata lungo il reattore. Ogni argomento è accompagnato da esempi pratici e bilanci svolti passi per passo