Calcolatori gratuiti per l'ingegneria di processo
17 calcoli di processo chimico: reattori, cinetica, bilanci di materia, calore, tensione di vapore e distillazione. Con formula ed esercizi.
Reazioni e reattori
Conversione, resa e selettività
Resa = conversione × selettività. Una selettività in calo indica spesso una temperatura troppo alta o un catalizzatore invecchiato.
Tempo spaziale e conversione: CSTR e PFR
Reazione del 1° ordine, densità costante, isoterma. A parità di volume il PFR converte sempre più del CSTR.
Volume del reattore per una conversione obiettivo
1° ordine, isotermo, densità costante. Oltre il 90 % di conversione un solo CSTR diventa molto grande: si usano più reattori in serie.
Arrhenius: effetto della temperatura sulla velocità
Regola pratica: con Eₐ ≈ 50–55 kJ/mol la velocità circa raddoppia ogni 10 °C. Attenzione alle reazioni esotermiche: il calore sviluppato segue la stessa curva.
Energia di attivazione da due prove
k₁ e k₂ nella stessa unità. Solo due punti: per un valore affidabile tracciare ln k contro 1/T su almeno tre temperature.
Ciclo del lotto e produttività
I tempi morti (carico, scarico, pulizia) pesano spesso quanto la reazione: è lì che si guadagna capacità.
Bilanci di materia e miscele
Miscelazione di due correnti
Bilancio in massa, non in volume: i volumi non sempre si sommano. Vale anche per miscelare due serbatoi (kg invece di kg/h).
Diluizione di un acido o base forte
Versare sempre l'acido nell'acqua, lentamente e agitando (forte calore di diluizione). Lavorare in massa: i volumi non si sommano.
Evaporatore: acqua da rimuovere
I solidi non evaporano: il bilancio fissa l'acqua da rimuovere. Economia tipica: 0,8–0,9 a singolo effetto, circa 0,8 × n per n effetti.
Gas di processo: densità e portata reale
Gas ideale (Z = 1): valido a bassa pressione; oltre circa 10 bar correggere con il fattore di comprimibilità Z. Aria: M = 28,96; metano: 16,04; azoto: 28,01.
Calore ed energia
Calore di reazione e innalzamento adiabatico
ΔTad = aumento di temperatura se si perde tutto il raffreddamento. Per un lotto usare kmol e kg del lotto. Oltre circa 50 K, fare uno studio di runaway.
Reattore incamiciato: acqua di raffreddamento e superficie
Reattore ben agitato (temperatura uniforme). U tipico per camicia ad acqua: 300–600 W/m²·K, più basso con sporcamento o reattore vetrificato.
Riscaldamento di un lotto: energia e vapore
Solo calore sensibile; perdite e massa del reattore ignorate (aggiungere 10–20 %). Lv ≈ 2133 kJ/kg a 3 bar ass., 2015 kJ/kg a 10 bar ass.
Equilibrio liquido-vapore e distillazione
Tensione di vapore (equazione di Antoine)
Costanti in mmHg e °C (tabelle usuali di ingegneria chimica); non estrapolare fuori dal campo indicato. Dove Psat eguaglia la pressione del recipiente, il liquido bolle.
Volatilità relativa e valori K (Raoult)
Miscela ideale (Raoult), valida per composti simili (benzene-toluene, esano-eptano). Metanolo-acqua ed etanolo-acqua non sono ideali: α reale diverso.
Numero minimo di stadi (Fenske)
Riflusso totale, α costante, miscela binaria; Nmin include il ribollitore. In esercizio reale servono circa 2–2,5 volte Nmin.
Riflusso minimo (Underwood, binario)
Alimentazione liquido saturo (q = 1), α costante, portate molari costanti. Fattore usuale f: 1,2–1,5.
Strumenti di apprendimento e verifica. Gli intervalli indicati sono riferimenti generali: seguite sempre le procedure, le autorizzazioni e le consegne del vostro impianto. Non viene inviato nulla: i calcoli avvengono nel browser.