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

282 8   Separazione solido-liquido Il grafico di Fig. 8.3 è analogo all Abaco di Moody già visto i precedenza con qualche differenza. Nel moto di un liquido in un tubo c è una discontinuità tra la retta che descrive il moto laminare e le curve che descrivono il moto turbolento. In questo caso la curva è continua e descrive una transizione graduale tra il moto laminare e quello turbolento. Inoltre, il moto laminare è caratterizzato da traiettorie del liquido che non si distaccano dalla sfera e non creano vortici. Questo tipo di moto si verifica approssimativamente fino a valori Re   0,1. Fino a questi valori di Re il grafico è rappresentato da una retta decrescente che restituisce un valore del coefficiente di attrito: CD = 24 Re (8.7) Sostituendo la (8.6) e la (8.7) nella (8.5) si otterrà: Fat = 24 d2 1 24 d 2 1           v2 =           v2   v d 4 2 4 2 Re   Da cui, semplificando, si ottiene: Fat = 3           d   v Equazione di Stokes (8.8) nota come legge di Stokes, che esprime la forza di attrito in regime laminare. Sostituendo la (8.8) nella (8.4) ed esprimendo la forza peso e la spinta di Archimede in funzione dei pesi specifici e dei volumi si ottiene: (  s    l )   V = 3           d   v Tenendo conto che il volume della sfera in funzione del diametro è dato dalla: V = 1       d3 6 ed esplicitando rispetto alla velocità, si ottiene, dopo semplici passaggi: v= (   s    l )   d 2 18     (8.9) nota come equazione di Stokes per la velocità di sedimentazione in regime laminare. La (8.9) può essere espressa anche in funzione delle densità, tenendo conto che il peso specifico si ottiene moltiplicando la densità per l accelerazione di gravità: v= 08a CAPITOLO_275-311.indd 282 (   s    l )   g   d 2 18     (8.10) 27/04/12 11.53 

283 8.2 Il moto relativo dei solidi in un liquido esempio 8.1 Determinare la velocità di sedimentazione di una particella sferica di diametro 0,02 mm, densità s = 1350 kg/m3 immersa in un liquido di densità l = 900 kg/m3 e viscosità = 0,002 Pa s. Applicando direttamente l equazione di Stokes nella forma (8.10) si ottiene: 2 (1350 900 ) kg/m3 9,81 m/s2 ( 0,02 10 3 ) m2 v = = 4,905 10 5 m/s 18 0,002 kg/ (m s ) necessario adesso verificare se il moto è effettivamente laminare sostituendo la velocità ottenuta nell espressione di Re. In caso contrario non sarebbe possibile utilizzare l espressione di Stokes. Re = 900 4,905 10 5 0,00002 = 0,00044145 < 0,1 0,002 Pertanto l equazione di Stokes è applicabile. Dopo il regime laminare il grafico comincia a deviare dalla retta di equazione CD = 24/Re. Per valori 0,1 < Re < 1, con moto in regime di transizione, viene proposta la relazione: 24 1 + 0,14 Re0,70 CD = (8.11) Re ( ) Per moto turbolento completamente sviluppato vale l approssimazione, dovuta a Isaac Newton: CD = 0,445 (8.12) Sostituendo nella (8.5) si otterrà per la forza di attrito: Fat = 0,445 d 2 1 v2 4 2 (8.13) Sostituendo nella (8.4) e sviluppando si otterrà per la velocità in regime turbolento: d g ( s l ) 4 d g ( s l ) = 1,73 3 0,445 l l v= (8.14) esempio 8.2 Una particella di diametro d = 4 mm e densità 3500 kg/m3, è posta in acqua. Considerando il moto turbolento determinare la velocità di sedimentazione e verificare che il moto sia turbolento. Applicando la (8.14) si ottiene: v = 1,73 d g ( s l ) l Re = 08a CAPITOLO_275-311.indd 283 = 1,73 0,001 9,81 ( 3500 1000 ) = 0,27 m/s 1000 1000 0,27 0,004 l v d = = 1080 0,001 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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