CdSINGEGNERIA CHIMICA
Codice537II
CFU9
PeriodoPrimo semestre
LinguaItaliano
Gli studenti imparano ad applicare i principi di conservazione di massa ed energia, insieme alla seconda legge della termodinamica, per descrivere gli stati di equilibrio che si incontrano nella pratica dell'ingegneria chimica. Si analizzano a fondo i principi fondamentali della termodinamica, sia dal punto di vista classico, studiandone lo sviluppo storico, sia anche mostrando come, attraverso la meccanica statistica, essi siano connessi alle leggi di base della fisica. Infine, questi principi fondamentali vengono applicati per risolvere dei problemi di particolare rilievo nell'industria chimica determinando, ad esempio, le proprietà di leghe e miscele e gli equilibri di fase, o studiando gli effetti superficiali e le reazioni chimiche.
Students are expected to learn how to apply the principles of mass and energy conservation, together with the second law of thermodynamics, to describe the equilibrium states that are currently encountered in chemical engineering. The fundamental principles of thermodynamics are studied in depth, both starting from a classical, historical-oriented perspective, and also showing how they are connected to the basic laws of mechanics. Then, students are expected to apply these abstract principles to problems that are typical of the chemical engineering industry, determining in particular the properties of mixtures and alloys, phase equilibria, surface effects and chemical reactions.
Gli studenti devono dimostrare di possedere e di mettere in pratica le nozioni apprese durante il corso con spirito critico.
Metodi:
- Esame finale scritto.
- Esame finale orale.
Il superamento dell'esame scritto è un prerequisito per l'accesso all''esame orale.
The student must demonstrate her/his ability to put into practice and to execute, with critical awareness, the activities illustrated or carried out under the guidance of the teacher during the course.
Methods:
- Final oral exam
- Final written exam
Passing the written exam is a prerequisite for the oral exam.
Lo studente saprà applicare i principi e le leggi della termodinamica per risolvere problemi pratici tipici dell'ingegneria chimica.
The student will be able to apply the principles and laws of thermodynamics to solve problems encountered in chemical engineering practice.
Lo studente dovrà superare un esame con parte scritta ed orale, risolvendo dei problemi assegnati dal docente, di ovvia rilevanza per l'ingegneria chimica.
The student must pass an exam with written and oral parts, solving problems of obvious relevance for chemical engineering applications.
Lo studente saprà impostare correttamente e risolvere problemi concreti dell'ingegneria chimica, applicando i principi e le leggi della termodinamica.
The student will be able to set up and resolve correctly practical problems of chemical engineering by applying the principles and the laws of thermodynamics.
Durante l'esame sarà valutata la capacità dello studente di impostare correttamente e risolvere dei problemi tipici dell'industria chimica.
During the exam the instructor will assess the student's ability to set up and resolve problems of the chemical engineering practice.
Lo studente deve possedere nozioni di calcolo differenziale.
The student must possess notions of differential calculus.
Le lezioni sono frontali. La frequenza è altamente consigliata.
Le attività consistono in
- Seguire le lezioni.
- Svolgere gli esercizi assegnati per casa.
- Partecipare alla discussione.
Tutto il materiale didattico e le comunicazioni docente-studente di carattere generale sono disponibili sul sito di e-learning. Le interazioni tra il docente e i singoli studenti vengono gestite tramite email o con ricevimenti individuali.
Delivery is face-to-face. Attendance is strongly advised.
Learning activities:
- Attending lectures.
- Solving homework problems.
- Participation in discussions.
All the teaching material and teacher-student communications of general interest are available on the e-learning site. Individual teacher-student interactions are dealt with through the use of emails or by individual meetings.
- Prima legge - Equilibrio, energia interna, regola delle fasi, gas ideale.
- Proprietà volumetriche - Equazioni di stato cubiche, legge degli stati corrispondenti tra fluidi.
- Effetti termici - Temperatura, calori specifici, calore sensibile e calore latente.
- Seconda legge - Il motore termico e il ciclo di Carnot, entropia, il principio evolutivo.
- Legame tra termodinamica e meccanica statistica.
- Potenziali termodinamici - Entalpia, energie libere, relazioni di Maxwell.
- Cicli termodinamici - sistemi bifase, diagrammi termodinamici, motori termici e frigoriferi.
- Miscele ideali - Potenziale chimico, miscele di gas ideali e soluzioni ideali.
- Miscele non ideali – Proprietà parziali molari, proprietà di eccesso, fugacità.
- Equilibri di fase - stabilità, curve di coesistenza e curve spinodali, equilibrio liquido-vapore.
- Effetti superficiali - Tensione superficiale, equazione di Young-Laplace.
- Equilibrio delle reazioni chimiche - Coordinate di reazione, costanti di equilibrio.
- Termodinamica elettrochimica - Legge di Nernst, potenziali elettrochimici, pile e celle a combustibile.
- First law - Equilibrium, internal energy, phase rule, ideal gas.
- Volumetric properties - Cubic equations of state, law of corresponding states.
- Heat effects - Temperature, specific heats, sensible and latent heat.
- Second law - The heat engine, Carnot cycle, entropy, principle of entropy increase.
- Connection between thermodynamics and statistical mechanics.
- Thermodynamic potentials - Enthalpy, free energies, Maxwell relations.
- Thermodynamic cycles - Two-phase systems, thermodynamic diagrams, steam engines, refrigeration cycles.
- Ideal mixtures - Chemical potential, ideal gas mixtures and ideal solutions.
- Non ideal mixtures - Partial molar properties, excess properties, fugacities.
- Phase equilibria - Stability, coexistence and spinodal curves, vapor-liquid equilibrium.
- Surface effects - Surface tension, Young-Laplace equation.
- Chemical reaction equilibrium - Reaction coordinate, equilibrium constants.
- Electrochemical thermodynamics - Nernst equation, electrochemical potential, batteries and fuel cells.
Libro di testo:
- Rizzo, R. Mauri, Thermodinamica per l'Ingegneria Chimica. (in rete).
Altri testi consigliati:
- M. Smith, H.C. Van Ness, M.M. Abbott, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. McGraw Hill (2005).
- I. Sander, Chemical Biochemical, and Engineering Thermodynamics. Wiley (2006).
Textbook:
- Rizzo, R. Mauri, Termodinamica per l'Ingegneria Chimica (on line)
Recommended reading:
- M. Smith, H.C. Van Ness, M.M. Abbott, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, McGraw Hill (2005).
- I. Sandler, Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics, Wiley (2006).
Studenti non frequentanti devono contattare il docente e concordare con lui gli argomenti di studio e le conoscenza pratiche necessarie.
Non-attending students are asked to contact the teacher and select the subjects that will be studied together with the practical skills that must be acquired.
L'esame si compone di una prova scritta (circa 30 min) ed una orale (solo orale ed on line in caso di restrizioni Covid), che consiste in un colloquio di circa 30 minuti in cui si valuta il grado di comprensione dei principi e delle leggi della termodinamica da parte dello studente, prevedendo anche lo svolgimento di brevi esercizi. Esempi di domande tipiche poste durante l'esame orale sono disponibili sul sito di e-learning. La prova orale deve essere sostenuta, di norma, nello stesso appello. Il fallimento della prova orale comporta l’annullamento della prova scritta.
The exam consists of a written (ca. 30 minutes) and an oral exam (only the latter as online exam in case of Covid restrictions), consisting of a question-answer 30 minutes session, where the teacher assesses how deeply the student understands principles and laws of thermodynamics, along with short exercises. Examples of typical oral questions are available in the e-learning page. The oral exam must be done, normally, within the same session. Should the student fail the oral exam, the written exam must be re-done.
Registro elettronico:
https://unimap.unipi.it/registri/dettregistriNEW.php?re=3311203::::&ri=9185
Electronic register:
https://unimap.unipi.it/registri/dettregistriNEW.php?re=3311203::::&ri=9185