Impianti chimici/Operazioni a stadi

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Indice

[modifica] Equilibrio e stadi di equilibrio

[modifica] Diagrammi di fase e loro utilizzo

Una fase è una regione dello spazio dove la composizione, temperatura e pressione sono uniformi. In una miscela acqua/olio, per esempio, si possono distinguere ad occhio nudo due fasi, una olio ed una acqua, ciascuna con la sua composizione. L'esistenza di più fasi è dettata dalla termodinamica qualora la miscelazione sia energeticamente svantaggiosa.

Per rappresentare l'esistenza di più fasi in equilibrio tra loro al variare della temperatura, pressione e composizione si usano i diagrammi di fase (o diagrammi di stato).

diagramma di stato

[modifica] Regola delle fasi

Una domanda molto importante nei diagrammi di fase è: quante variabili posso modificare senza cambiare il numero di fasi del mio sistema?, ovvero quanti gradi di libertà? A questa domanda rispose verso il 1870 J.W. Gibbs con la sua regola delle fasi che stabilice che i gradi di libertà φ di un sistema com c di componenti, f di fasi e r reazioni valgono:

\phi\ = c - f - r + 2

[modifica] Regola della leva

LeverRule.svg

Tre quantità (o flussi) A B, costituiti da due composti a e b, rappresentate su di un diagramma di fase sono mescolate per dare una quantità di miscela Z

I bilanci di materia sono

\left \{ \begin{matrix} Z = A + B \\ Z z_a = A x_a + B y_a \end{matrix} \right. (1)

ovvero

\left \{ \begin{matrix} Z = A + B \\ Z z_b = A x_b + B y_b \end{matrix} \right. (2)


eliminando Z dalla seconda equazione si ottiene (A + B) z_a = A x_a + B y_a \Rightarrow A (z_a-x_a) = B (y_a-z_b) dalla (1) e A(zb − xb) = B(yb − zb) dalla (2), ovvero:

\frac { y_b-z_b } { z_a-x_a } = \frac { y_b-z_b } { z_a-x_a }

(yb − zb) / (za − xa) e (yb − zb) / (za − xa) sono i coefficienti angolari dei segmenti AB e BZ. Se i coefficienti angolari sono uguali, ne consegue che i punti A, B e Z devono giacere su una stessa retta. Per di più, Su di un diagramma binario, y-z ed x-z sono proporzionali ai segmenti BZ e AZ, rispettivamente. Dunque il punto rappresentativo di Z taglia il segmento AB in due segmenti le cui lunghezze sono proporzionali alle quantità A e B

[modifica] Linee coniugate (tie lines)

[modifica] Il punto Δ

[modifica] Distillazione

Colonne di distillazione industriale


[modifica] Diagrammi di equilibrio liquido-vapore

Diagramma di equilibrio liquido-vapore

[modifica] Distillazione con riflusso

[modifica] Metodo grafico di McCabe-Thiele

Nel metodo grafico di McCabe e Thiele si fanno le seguenti assunzioni semplificatrici:

  • i flussi molari del liquido e del vapore sono costanti
  • i calori di evaporazione delle miscele sono costanti
Diagramma di equilibrio liquido-vapore



[modifica] Pinches e limiti dei punti Δ

[modifica] Metodo grafico di Ponchon-Savarit

Il metodo grafico di Ponchon-Savarit si basa sui diagrammi entalpia-concentrazione

[modifica] Estrazione

[modifica] Diagrammi su base priva di solvente

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