Impianti chimici/Operazioni a stadi

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Equilibrio e stadi di equilibrio[modifica]

Diagrammi di fase e loro utilizzo[modifica]

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).


Regola delle fasi[modifica]

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:

Regola della leva[modifica]

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

(1)

ovvero

(2)


eliminando Z dalla seconda equazione si ottiene dalla (1) e dalla (2), ovvero:

e 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

Linee coniugate (tie lines)[modifica]

Il punto Δ[modifica]

Distillazione[modifica]

Colonne di distillazione industriale

La distillazione è una operazione unitaria a stadi di equilibrio che consente di separare uno o più componenti da una miscela liquida omogenea. Industrialmente è compiuta attraverso un insieme di più apparecchiature: una colonna di distillazione, un condensatore, un ribollitore.


Diagrammi di equilibrio liquido-vapore[modifica]

Diagramma di equilibrio liquido-vapore

Distillazione con riflusso[modifica]

Metodo grafico di McCabe-Thiele[modifica]

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



Pinches e limiti dei punti Δ[modifica]

Metodo grafico di Ponchon-Savarit[modifica]

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

Estrazione[modifica]

Diagrammi su base priva di solvente[modifica]