Mariano Calatozzolo

Silvestro Natoli

Le nuove indicazioni ministeriali dell’indirizzo “Chimica,&nbsp;Materiali e Biotecnologie”&nbsp;articolazione&nbsp;“Chimica e Materiali” mostrano una tendenza alla compressione dei contenuti ispirandosi ad una logica di “razionalizzazione” delle risorse umane ed economiche anziché alle esigenze della società ed agli obiettivi del processo formativo. In particolare, sono state sacrificate 4 ore settimanali di materie di indirizzo, rendendo necessaria la soppressione di “Chimica-Fisica” per evitare un’eccessiva frammentazione delle discipline chimiche in relazione alle ore a disposizione. La nuova edizione del manuale accoglie queste indicazioni, assicurando una stretta connessione con la scansione dei programmi ministeriali ma, allo stesso tempo, gli argomenti centrali della disciplina sono sviluppati in maniera da consentire al docente di scegliere le conoscenze da trasmettere, tra tutte quelle indicate nelle indicazioni ministeriali, in base agli obiettivi formativi fissati e di sviluppare gli opportuni approfondimenti. Le principali novità riguardano i contenuti di “Chimica-Fisica” direttamente correlate alla disciplina di Tecnologie Chimiche che sono state incluse nel piano dell’opera. In particolare: <ul><li>lo studio degli equilibri tra fasi diverse che sono collegati alla trattazione di tutte le operazioni unitarie basate sul raggiungimento di condizioni di equilibrio tra fasi diverse;</li><li>lo studio della termodinamica e della cinetica chimica, ovvero i cardini teorici che consentono la corretta rappresentazione dei bilanci di materia e di energia e la definizione delle migliori condizioni operative di una reazione, sia per quanto riguarda le rese che le velocità di reazione.</li></ul>

1. Operare con le grandezze fisiche: il Sistema Internazionale

1.1 Il sistema internazionale

1.2 Il calcolo dimensionale e il principio di omogeneità

1.3 La conversione tra unità di misura

Glossario

Esercizi

2. Materiali per le tecnologie chimiche

2.1 Le caratteristiche meccaniche dei materiali

2.2 Gli acciai e le ghise

2.3 Materiali metallici non ferrosi

2.4 Materiali polimerici

2.5 Altri materiali

2.6 Uno sguardo al futuro: i nanomateriali

2.7 I processi corrosivi e la degradazione dei materiali

2.8 Prevenzione della corrosione

3. Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: diagrammi di stato e materiali

3.1 Gli equilibri di fase e i diagrammi di stato

3.2 Diagrammi di stato per soluzioni solide parzialmente miscibili

3.3 Il diagramma di stato ferro-carbonio

4. Stoccaggio e movimentazione dei solidi

4.1 Proprietà caratteristiche dei solidi

4.2 Stoccaggio dei solidi

4.3 Movimentazione dei solidi

5. Statica e dinamica dei liquidi

5.1 Statica dei liquidi

5.2 I liquidi in movimento

5.3 Dinamica dei liquidi ideali

5.4 I liquidi reali e le dissipazioni

5.5 Misura delle portate

6. Il trasporto dei liquidi

6.1 La prevalenza

6.2 Classificazione e campi d’impiego delle pompe

6.3 Pompe centrifughe

6.4 Pompe volumetriche

6.5 Pompe per applicazioni particolari

7. Stoccaggio e linee di trasporto dei fluidi

7.1 Stoccaggio dei fluidi

7.2 Tubazioni, elementi di linea, valvole

7.3 La direttiva "ped"

8. Separazione solido-liquido

8.1 La separazione solido-liquido

8.2 Il moto relativo dei solidi in un liquido

8.3 Impiego di flocculanti e polielettroliti

8.4 I sedimentatori

8.5 La filtrazione

8.6 La centrifugazione

9. Trattamenti delle acque grezze

9.1 Fonti di approvvigionamento delle acque grezze

9.2 Caratteristiche delle acque grezze

9.3 Requisiti per l’impiego delle acque

9.4 trattamenti delle acque

9.5 Adsorbimento su carboni attivi

9.6 Osmosi inversa

9.7 L'eliminazione dei gas disciolti

9.8 Cicli di trattamento completi

esercizi

10. Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: la teoria cinetica dei gas

10.1 Le leggi empiriche dei gas ideali

10.2 Il comportamento dei gas ideali secondo la teoria cinetico-particellare

10.3 Il comportamento dei gas reali

10.4 I diagrammi di andrews

11. Separazioni gas-solido e gas-liquido

11.1 Principi operativi e ambiti applicativi

11.2 Depolveratori inerziali

11.3 Separatori a umido

11.4 Depolveratori elettrostatici

11.5 Depolveratori a tessuto

12. Misura e controllo nei processi chimici

12.1 Generalità sul controllo automatico

12.2 Definizioni principali

12.3 L'anello di regolazione in retroazione

12.4 I controllori ed il controllo on-off

12.5 Rappresentazione degli anelli di regolazione

12.6 Gli elementi di misura

Appendici

Dizionario tecnico

Indice analitico

Bibliografia

Riferimenti

154 5   Statica e dinamica dei liquidi Calcolo perdite di carico La procedura viene riassunta nella tabella seguente che riporta i valori dei dati e dei calcoli nell ordine in cui andranno svolti con le formule note già impiegate nello svolgimento degli esercizi precedenti. DATI COMUNI Densità   5 850 kg/m3 Peso specifico   5 8330 N/m3 Portata volumetrica Fv 5 300 L/min 5 0,005 m3/s Viscosità   5 0,0012 Pa ? s Scabrezza   5 0,05 mm TRATTO 1 TRATTO 2 Diametro d1 5 0,04 m d2 5 0,06 m Velocità v1 5 3,98 m/s v2 5 1,77 m/s Numero di Reynolds Re1 5 112734 Re2 5 75156 Scabrezza relativa  /d1 5 0,00125  /d2 5 0,000833 Fattore di attrito  1 5 0,0228  2 5 0,0223 Lunghezza L1 5 50 m L2 5 20 m Perdite di carico y1 5 26,5 m y2 5 2,1 m dove le perdite di carico distribuite e localizzate relative ai due tratti sono state calcolate secondo le espressioni seguenti: y1    y2    L1 d1 L2 d2 + + Lveq d1 Lveq d2 +6  + 3  Lceq v 12   d1 Lceq 2 g   d2 v 22 2  g 0,0228   3,972 50 m + 13 + 6   30   0,04 m 2   9,81 26,5 m 0,0223   1,772 20 m + 160 + 3   30   2   9,81 0,06 m 2,1 m Alle perdite di carico precedenti va aggiunta quella localizzata relativa al brusco allargamento, secondo le indicazioni della Tab. 5.4: y 1  2 (v   v ) 1 2 2 (3,98   1,77) m /s 2 2 2 2   9,81 m/s2 2g 0,25 m Applicazione dell equazione di Bernoulli h1 + P1   05b CAPITOLO_147-156.indd 154   P2 v 22   2g   v 12 2g +  y P1   + v 12 2g h2 + 1,772   3,982 2   9,81 P2   + v 22 2g +  y m + 26,5 m + 2,1 m + 0,25 m 27,9 m 27/04/12 11.34 

155 Esercizi esercizio 13 Determinare le perdite di carico distribuite per una portata di 5 kg/s di acido solforico a concentrazione 96% in massa, densità 1,836 kg/L e viscosità 0,01 Pa   s. Il diametro della tubazione è di 5 cm, la lunghezza è di 200 m, e la scabrezza relativa è 0,00001. (Risposta: y   11,4 m.c.l.) esercizio 14 Si deve trasportare una portata di 600 L/min di acqua ad una distanza di 10 km su un terreno pianeggiante. Non sono previste curve e differenze di quota, ma sono presenti 10 valvole a saracinesca aperte. Si vuole usare una tubazione in polietilene (PE) per cui si stima una scabrezza in condizioni di esercizio di 0,02 mm. Si calcolino le perdite di carico per le seguenti tubazioni di diametro interno differente: d1   44 mm; d2   66 mm; d3   79,2 mm; d4   110,2 mm; (Risposta:  y1   9023,6 m;  y2   1175,4 m;  y3   475,1 m;  y4   94,2 m) esercizio 15 L espressione (5.41) è stata ricavata trascurando le perdite di carico tra la sezione maggiore e la sezione contratta. Ricavare nuovamente l espressione della portata in funzione del dislivello nel venturimetro senza trascurare le perdite di carico. Risposta: Fv = 2g   2 2 d2 d1 4 d1 d24 4  l  m  l   y esercizio 16 Due serbatoi posti a pressione atmosferica sono collegati con una tubazione di diametro d   4 cm, lunghezza 200 m e scabrezza     0,06 mm. Lungo il percorso vi sono 20 curve a 90° a medio raggio e due valvole di intercettazione a disco aperte. I due serbatoi contengono un olio di densità     900 kg/m3 e viscosità     0,002 Pa   s. Le superfici dell olio nei serbatoi raggiungono una differenza di quota di 50 m. Determinare la portata che scorre da un serbatoio all altro all apertura delle valvole (v. Fig. 5.38). 50 m Fig. 5.38 05b CAPITOLO_147-156.indd 155 22/07/13 11.57 

“Chimica, Materiali e Biotecnologie” con le nuove indicazioni ministeriali dell’indirizzo ispirandosi ad una logica di “razionalizzazione”

Volume 1

Tecnologie chimiche industriali, Vol. 1

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