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

228 7   Stoccaggio e linee di trasporto dei fluidi Dove P è la massima pressione ammissibile e sS è il carico di sicurezza del materiale prescelto per l intervallo di temperatura previsto. P e sS devono essere espressi nella stessa unità di pressione. esempio 7.7 Si vuole individuare la schedula per un tubo d acciaio al carbonio con sS = 70 MPa e che deve lavorare a PN = 25 bar. Esprimendo il carico in bar, si ha  S = 700 bar e applicando la (7.7) si ha: n° schedula = 1000   P 25 bar = 1000   = 36  S 700 bar Le schedule sono delle tabelle in cui sono riportate le caratteristiche dimensionali dei tubi al variare del diametro. La singola schedula si riferisce alla resistenza a una data pressione, al crescere del numero di schedula aumenta lo spessore e la resistenza alla pressione. La schedula n° 36, individuata nell esempio, non è prevista, si sceglierà, quindi, quella immediatamente superiore, cioè la n° 40. L ANSI, per i tubi d acciaio al carbonio, prevede gli schedule number 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160, anche se le più usate sono 40, 80 e 160. L API prevede tre schedule: standard (STD), XS e XXS. Per gli acciai legati, come gli inox, sono previste specifiche schedule. In Tab. 7.8 sono riportati alcuni esempi di schedule per tubi in acciaio al carbonio. NUMERI dI SchEdULA NPS POLLIcI 3 dN de mm SPESSORI, mm 10 20 30 STd 40 60 xS 80 100 120 140 160 xxS /4 720 26,67 2,11 - 72,41 2,87 72,87 - 73,91 73,91 - - - 75,56 77,82 1 725 33,47 2,77 - 72,90 3,38 73,38 - 74,55 74,55 - - - 76,35 79,09 1 1 /2 740 48,26 2,77 - 73,18 3,68 73,68 - 75,08 75,08 - - - 77,14 10,16 2 750 60,32 2,77 - 73,18 3,91 73,91 - 75,54 75,54 - - - 78,74 11,07 3 780 88,97 3,05 - 74,78 5,49 75,49 - 77,62 77,62 - - - 11,12 15,24 4 100 114,3 3,05 - 74,78 6,02 76,02 - 78,56 78,56 - 11,12 - 13,49 17,12 6 150 168,3 3,40 - - 10,97 10,97 - 14,27 - 18,26 21,95 10 250 273,0 4,19 6,35 77,80 9,27 79,27 12,7 12,77 15,08 18,26 21,44 25,47 28,57 25,47 12 300 323,9 4,57 6,35 78,38 9,52 10,31 14,27 12,77 17,47 21,44 25,47 28,57 33,32 25,47 16 400 406,4 6,35 7,92 79,53 9,52 12,77 16,66 12,77 21,44 26,19 30,96 36,52 40,49 - 20 500 508,0 6,35 9,53 12,70 9,52 15,08 20,62 12,77 26,19 32,54 38,17 44,45 50,01 - 24 600 609,6 6,35 9,53 12,70 9,52 17,47 24,61 12,77 30,96 38,89 46,02 52,37 59,54 - Tab. 7.8 - 7,11 77,11 Schedule per tubi in acciaio al carbonio con gli spessori per alcuni diametri nominali. 07a CAPITOLO_199-242_COLORE.indd 228 27/04/12 11.49 

229 7.2   Tubazioni, elementi di linea, valvole esempio 7.8 Individuare lo spessore e il diametro esterno per un tubo schedula 40 e DN 100 e calcolare il diametro interno. Dalla Tab. 7.8 si ricava de = 114,3 mm, s = 6,02 mm. Da cui: di = de   2   s = 114,3   12,04 = 102,3 mm Formula di Mariotte Lo spessore può essere calcolato anche analiticamente con formule che tengono conto della resistenza del materiale, della modalità costruttiva del tubo e di realizzazione dei giunti, dell eventuale sovraspessore per la corrosione. Si può utilizzare anche la formula di Mariotte, vista per i serbatoi (7.5): s = PN   de +k 2    S (7.8) Dove PN è la pressione nominale, de è il diametro esterno, sS è il carico di sicurezza del materiale per l intervallo di temperatura previsto e k è il sovraspessore per la corrosione. P e sS devono essere espressi nella stessa unità di pressione; s, k e de, nella stessa unità di lunghezza. esempio 7.9 Si voglia calcolare lo spessore minimo di un tubo d acciaio al carbonio con sS = 700 bar e che deve lavorare a PN = 25 bar, con de = 114,3 mm; il sovraspessore per la corrosione è di 2 mm. Applicando (7.8) la si ha: s= PN   de 25 bar   114, 3 mm +k = + 2 mm = 4,01 mm 2    S 2   700 bar Dal confronto del risultato ottenuto con i dati di tab. 7.8 si può notare come la scelta della schedula 40 lasci un buon margine di sicurezza, tale da comprendere anche il sovraspessore per la corrosione. Classe della tubazione L insieme delle caratteristiche meccaniche e costruttive di tutti gli elementi della linea (tubi, raccordi, giunti, valvole, guarnizioni, saldature, bulloni, ecc.) costituiscono un documento che definisce la classe di una tubazione la cui sigla identifica le specifiche dei diversi componenti di una linea in relazione al servizio che deve assicurare. La sigla della classe di una tubazione è costituita, secondo le norme UNICHIM, da 2 a 6 caratteri alfanumerici, il cui significato è attribuito dal progettista. Generalmente il primo carattere indica la classe di pressione (v. Tab. 7.9), il secondo il materiale, i successivi possono riportare ulteriori indicazioni, p.e. relativi alla massima corrosione ammissibile e al materiale delle guarnizioni. Per queste ultime sigle non esiste una classificazione consolidata. 07a CAPITOLO_199-242_COLORE.indd 229 27/04/12 11.49 

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

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Tecnologie chimiche industriali, Vol. 1

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