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

262 7   Stoccaggio e linee di trasporto dei fluidi esempio 7.14 Simulazione di un caso In un impianto di distillazione, l alimentazione è prelevata da una pompa dal serbatoio di processo, è fatta passare in uno scambiatore di calore per preriscaldarla ed è inviata a una colonna di distillazione. Si vuole individuare una possibile valvola di regolazione della portata dell alimentazione e valutarne i costi energetici. Sono noti i seguenti dati:   Densità del liquido a temperatura ambiente 900 kg/m3   Portata normale 45 m3/h   Portata massima 55 m3/h   Portata minima 25 m3/h   Pompa centrifuga: v. curva della prevalenza, Fig. 7.68   Rendimento della pompa alla portata normale: 72%; alla minima e massima: 66%;   Perdite di carico della linea, in DN 100, alla portata massima, compreso lo scambiatore, 11,6 m.c.l.   Dislivello tra fine e inizio circuito: 4 m   Pressione in colonna: atmosferica 35 30 H, m.c.l. 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 3 Fv, m /h Curva della prevalenza fornita della pompa e di quella richiesta dal circuito. In evidenza i carichi a disposizione della valvola di regolazione a 25, 45 e 55 m3/h. Fig. 7.68 Ricordiamo di scegliere la posizione della valvola di regolazione nell impianto in modo da evitare, o comunque minimizzare, cavitazione e flashing, mettendo la valvola dove è più alta la pressione, in questo caso, in prossimità della mandata della pompa. Disponendo della curva della prevalenza, utilizziamo il criterio n. 5. Tracciamo la curva della prevalenza richiesta dal circuito tenendo presente che le perdite di carico, trascurando, specie alle alte portate, la variazione del fattore d attrito, sono proporzionali al quadrato della velocità e, quindi, al quadrato della portata volumetrica. Possiamo quindi ricavare i valori a diverse portate a partire da quello a 55 m3/h: 2  F    F    y1 =   V 1   , da cui:  y1 =  y2     V 1   F  y2   V2     FV 2   2 Sostituendo: 2 2   45 m3/h     25 m3/h    y 45 = 11,6 m     = 9,49 m;  y = 11,6 m         = 5,27 m 25 3 3   55 m /h     55 m /h   07b CAPITOLO_243-271.indd 262 27/04/12 11.51 

263 7.2   Tubazioni, elementi di linea, valvole La prevalenza richiesta dal circuito è data dalla differenza di pressione, in questo caso nulla, dalla differenza di quota, in questo caso 4 m, e dalle perdite di carico. Con i dati ottenuti possiamo ora costruire la curva delle perdite di carico del circuito (v. Fig. 7.68). Poiché disponiamo delle curve di prevalenza e perdite di carico, possiamo ricavare il carico a disposizione per la valvola alle tre portate; dal grafico si ricava: 5, 12 e 22 m.c.l., rispettivamente a 55, 45 e 25 m3/h. Il peso specifico del liquido vale:   =     g = 900 kg/m3   9,81 m/s2 = 8,83   103 N/m3 Ricaviamo i  P richiesti alla valvola:  PV55 = 5 m   8,83   103 N/m3   10 5 bar/Pa = 0,44 bar  PV45 = 12 m   8,83   103 N/m3   10 5 bar/Pa = 1,06 bar  PV25 = 22 m   8,83   103 N/m3   10 5 bar/Pa = 1,94 bar Ricaviamo i relativi KV: FV =  PV  rel KV 55 = KV 45 = 55 m3/h = 78,66 m3/h 0,44 bar 0,900 45 m3/h = 41 m3/h ; 1,06 bar 0,900 KV 25 = 25 m3/h = 17 m3/h 1,94 bar 0,900 Cerchiamo nella Tab. 7.14 la valvola con KVS di 100 110, in modo che KV55 sia il 70 80% di KVS (come consigliato in altra parte del foglio informativo). C è una valvola con KVS = 100 e con seggio da 80 mm. A KV55 è aperta a poco meno del 90%, KV45 è a poco più del 70% e a KV25 è intorno al 55%. La valvola appena più grande, con KVS = 160 e con seggio da 100 mm, risulterebbe aperta a poco più del 70%, intorno al 55% e poco meno del 40%, rispettivamente a 55, 45 e 25 m3/h. La seconda sembra dare migliori possibilità di regolazione. Con questi dati possiamo comunque costruire la caratteristica d esercizio delle due valvole e valutare quale ha un comportamento più lineare (v. Fig. 7.69), da cui si può notare la migliore linearità della valvola con seggio da 100 mm. Caratteristica d esercizio 80 Fv, (m3/h) 70 60 50 80 mm 40 100 mm 30 20 10 0 20 40 60 80 100 Apertura valvola, % Fig. 7.69 Caratteristiche d esercizio per le valvole, con seggio di diametro di 80 e 100 mm, individuate nell esempio. Calcoliamo l autorità della valvola per verificare se la caratteristica equipercentuale è adeguata, utilizzando i dati a 55 m3/h.   necessario trasformare le perdite di carico da m.c.l. a bar:  PC55 = 11,6 m   8830 N/m3   10 5 bar/Pa = 1,02 bar 07b CAPITOLO_243-271.indd 263 27/04/12 11.51 

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

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