Didattica - Università degli Studi di Padova

Syllabus

Prerequisiti:	Equilibri di fase (liquido-vapore); bilanci macroscopici di materia e di energia; apparecchiature per il trasporto dei fluidi e per lo scambio termico; elementi di impiantistica di processo.
Conoscenze e abilita' da acquisire:	Gli studenti e le studentesse apprenderanno i principi di funzionamento delle principali operazioni di separazione in fase fluida, e le metodologie per la determinazione della dimensione di massima delle relative apparecchiature. Al termine dell’insegnamento, gli studenti e le studentesse saranno in grado di: • comprendere in che modo l’equilibrio liquido-vapore influenzi la capacità di separare tra loro le specie di una miscela; • comprendere i principi di funzionamento di camere di flash, colonne di distillazione, di assorbimento e di stripping; • comprendere le relazioni esistenti tra costi di impianto e costi di esercizio nelle operazioni di separazione; • dimensionare in modo approssimato serbatoi di flash, colonne di distillazione, di assorbimento e di stripping, a piatti e a corpi di riempimento; • valutare i consumi energetici negli impianti di separazione; • impiegare un simulatore di processo per lo studio di operazioni elementari di separazione di fase.
Modalita' di esame:	L’esame prevede due attività obbligatorie e sequenziali: homework obbligatori durante l’erogazione dell'insegnamento e prova scritta finale. Due degli homework sono individuali, mentre il terzo è un lavoro di gruppo da completare in 24 ore. Gli homework contribuiscono al voto finale per circa il 15%, la prova scritta finale per il restante 85%. La prova scritta prevede tipicamente tre domande su argomenti dell’intero programma dell’insegnamento e dura circa un’ora; non è consentito l’uso di libri di testo, appunti o strumenti di calcolo.
Criteri di valutazione:	HOMEWORK • correttezza della soluzione finale • chiarezza e sintesi nella presentazione dei risultati • appropriatezza d’uso della terminologia tecnica PROVA SCRITTA • conoscenza e comprensione dei contenuti dell’insegnamento • capacità di fornire informazioni quantitative (piuttosto che meramente qualitative) sui fenomeni legati alle operazioni industriali di separazione, e sulle relative apparecchiature • capacità di presentare gli argomenti in modo chiaro e sintetico, e con uso appropriato della terminologia tecnica Per valorizzare la regolarità negli studi, viene attribuito un incremento del punteggio finale a coloro che sostengono una sola volta l’esame, superandolo al termine del semestre di erogazione dell’insegnamento.
Contenuti:	TECNICHE INDUSTRIALI PER LA SEPARAZIONE DI FASE. RICHIAMI SUGLI EQUILIBRI LIQUIDO-VAPORE. Diagrammi di fase; predizione dell’equilibrio: fugacità, attività e modelli per il loro calcolo. PROCESSI SEMPLICI DI VAPORIZZAZIONE E CONDENSAZIONE. Volatilità relativa; vaporizzazione parziale all’equilibrio (flash); gradi di libertà; stadio ideale di separazione; dimensionamento di una camera di flash; vaporizzazione differenziale (distillazione semplice); curve di distillazione; serie di vaporizzazioni e condensazioni parziali. SEPARAZIONI PER DISTILLAZIONE CONTINUA. Colonne a semplice arricchimento: riflusso totale, riflusso minimo, pinch point, costruzione di McCabe-Thiele, numero di stadi teorici; colonne a semplice esaurimento; colonne complete: traffico interno di materia, riflusso minimo e riflusso totale, punto di alimentazione ottimale, rapporto di riflusso ottimale, pressione ottimale di esercizio; gradi di libertà di una colonna di distillazione; problemi di dimensionamento e problemi di verifica. SEPARAZIONI PER DISTILLAZIONE DISCONTINUA. Esercizio di una colonna batch; operazioni a riflusso costante, a riflusso variabile, a riflusso totale; separazione di miscele a molti componenti. SEPARAZIONI IN CORRENTE DI VAPOR D’ACQUA. Distillazione con iniezione diretta di vapore. Purificazione di sostanze termosensibili da impurezze non volatili: previsione del consumo di vapore. Stripping con vapore: portate di inerte e rapporti molari; operazione discontinua, continua monostadio e continua multistadio, consumo minimo di vapore. SEPARAZIONI PER ASSORBIMENTO. Equilibrio liquido-gas; determinazione del numero di stadi teorici e del consumo di liquido; assorbimento in condizioni diluite. DISPOSITIVI PER IL CONTATTAMENTO DELLE FASI LIQUIDA E VAPORE. Colonne a piatti: piatti forati, a valvole, a campanelle; efficienza totale e sua valutazione; limiti di operabilità di un piatto; calcolo del diametro. Colonne a corpi di riempimento: riempimenti random e strutturati; altezza equivalente a un piatto teorico e sua determinazione; limiti di operabilità di una colonna riempita; calcolo del diametro.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento:	Lezioni d’aula (inclusive di brevi attività di gruppo), risoluzione di esercizi, discussione di case studies, sessioni di domanda-e-risposta, lezioni interattive in aula di calcolo, “flipped classes”. Tutte le lezioni d’aula vengono registrate e rese disponibili tramite piattaforma Moodle. Tra le attività di apprendimento è inclusa anche la valutazione tra pari di due homework.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio:	Copia digitale delle diapositive presentate a lezione sarà resa disponibile sulla piattaforma Moodle. Il testo di riferimento (Guarise, 2000) è indicato nel box successivo. Anche la consultazione dei seguenti ulteriori testi può risultare utile. Barolo, M e G. B. Guarise (2006). Esercizi di Impianti chimici – Distillazione, assorbimento, estrazione liquido-liquido. CLEUP (Padova) Wankat, P. C. (2012). Separation process engineering (3rd ed.). Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ (U.S.A.)
Testi di riferimento:	Guarise, G.B., Lezioni di Impianti chimici – Distillazione, assorbimento, estrazione liquido-liquido.. Padova: CLEUP, 2000.