Impianti chimici/Operazioni a stadi

Equilibrio e stadi di equilibrioModifica

Diagrammi di fase e loro utilizzoModifica

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 fasiModifica

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 levaModifica

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 ΔModifica

DistillazioneModifica

 
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-vaporeModifica

Distillazione con riflussoModifica

Metodo grafico di McCabe-ThieleModifica

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



Pinches e limiti dei punti ΔModifica

Metodo grafico di Ponchon-SavaritModifica

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

EstrazioneModifica

Diagrammi su base priva di solventeModifica