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

280 8   Separazione solido-liquido Come è noto, se  s >  l, la risultante avrà lo stesso verso della forza peso e la particella si muoverà verso il basso. Al contrario, la sfera si muoverà verso l alto se  s >  l, mentre resterà in equilibrio se i due pesi specifici saranno simili. Il primo caso è sfruttato nei trattamenti di sedimentazione. Il secondo caso, che può anche essere riprodotto artificialmente con una corrente d aria, è sfruttato nei trattamenti di flottazione. Proseguendo a ragionare sul primo caso, poiché la risultante è maggiore di zero, la particella inizia a muoversi verso il basso con un accelerazione che dipende dalla risultante delle forze applicate: (8.2) FR = m   a =   s   V    l   V Non appena il solido comincia a muoversi relativamente al liquido, si manifesta anche la forza di attrito che, insieme alla spinta di Archimede, si oppone al moto ed è quindi diretta in senso opposto. Considerando positivo il verso della forza peso, per la risultante delle forze si avrà: (8.3) FR = m   a = Fp   FAr   Fat dove si è indicato con Fat la forza di attrito (v. Fig. 8.2). La forza peso e la forza di Archimede sono costanti, mentre la forza d attrito dipende anche dalla velocità relativa tra la particella ed il liquido. Poiché il moto è accelerato, la forza di attrito aumenta nel tempo ma, poiché la forza di attrito si oppone al moto, nel tempo la risultante diminuisce e con essa l accelerazione. Di conseguenza, dopo un certo tempo la forza d attrito sarà aumentata al punto che la somma tra forza di attrito e la spinta di Archimede equilibrerà la forza peso: (8.4) FR = m   a = Fp   FAr   Fat = 0 In queste condizioni l accelerazione sarà nulla e la velocità costante. Riassumendo, il moto per un periodo transitorio sarà accelerato con accelerazione decrescente, seguirà un regime permanente con accelerazione nulla e velocità costante. Viene chiamata velocità di sedimentazione proprio la velocità raggiunta nelle condizioni di regime. Il tempo necessario per raggiungere il regime permanente è tanto più breve quanto minore è la massa della particella e quanto maggiori sono il suo raggio e la viscosità del liquido. x FAr Fat Fp Fig. 8.2 08a CAPITOLO_275-311.indd 280 Forze agenti su una particella solida immersa in un liquido. y 27/04/12 11.53 

281 8.2   Il moto relativo dei solidi in un liquido Forza di attrito La velocità di sedimentazione a regime dipenderà dalle tre forze che si equilibrano al raggiungimento del moto permanente. Esplicitate forza peso e spinta di Archimede, non rimane che rivolgere l attenzione alla forza di attrito. Comunemente, questa si esprime tramite l espressione seguente: 1 Fat = C D   Ap       v 2 2 (8.5) dove: CD coefficiente di attrito, adimensionale AP superficie della particella proiettata su un piano perpendicolare alla direzione del moto in m2   densità del liquido in kg/m3 v velocità relativa in m/s Legge di Stokes Nel caso di una particella sferica, la superficie proiettata è rappresentata dall area del cerchio di raggio pari a quello della sfera. Pertanto per una sfera di diametro d si avrà: Ap =     d2 4 (8.6) Come per il fattore attrito l già visto per il moto in condotte forzate, il coefficiente di attrito CD è adimensionale ed il suo valore dipende dal numero di Reynolds Re, oltre che dalla forma della particella. Per particelle di forma sferica valgono i valori dedotti dal grafico riportato in Fig. 8.3. 10.000 C 1000 600 400 200 100 60 40 20 10 6 4 2 1 0,6 0,4 0,2 0,1 0,001   = 0,125   = 0,220   = 0,600   = 0,806   = 1,000 0,01 0,1 1 2 4 6 10 100 1000 10.000 105 106 Re Fig. 8.3 08a CAPITOLO_275-311.indd 281 Coefficiente di attrito per il moto di particelle in liquido fermo. Il tipo di sfericità è espresso dai rapporti indicati nel grafico (v. anche Tab. 8.1 con i fattori di forma  ). 27/04/12 11.53 

“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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