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

294 8   Separazione solido-liquido prossimità del fondo. Ciò consente ai fiocchi di maturare in dimensioni sufficienti a sedimentare prima che il liquido passi nella zona di chiarificazione e raggiunga l uscita in superficie. 3 2 7 7 5 4 1 9 9 10 6 10 6 8 8 1. Ingresso acqua grezza. 2. Uscita acqua trattata. 3. Motore turbina. 4. Turbina miscelazione. 5. Zona di miscelazione primaria. 6. Zona miscelazione secondaria. 7. Acqua chiarificata. 8. Ricircolazione fanghi. 9. Zona concentrazione fanghi. 10. Estrazione fanghi in eccesso. Fig. 8.11 Ispessitore Accelator. I fanghi estratti dal fondo di queste apparecchiature contengono ancora una percentuale di solidi estremamente bassa e devono perciò essere sottoposti a trattamenti per aumentarne la concentrazione. Una apparecchiatura adatta a questo scopo, abbastanza simile al sedimentatore, è l ispessitore (v. Fig. 8.12) che viene alimentato con le correnti fangose estratte dai sedimentatori e dagli accelator. Gli ispessitori, lavorano con i solidi già in fase di compressione (v. § 8.2.2) e quindi devono agevolare il rilascio di acqua dai sedimenti. A questo scopo è provvisto di un sistema di pale o di lance che viene periodicamente posto in lenta rotazione per facilitare la separazione tra l acqua e gli aggregati fangosi. 1 2 2 3 4 4 5 1. Ingresso fanghi. 2. Uscita surnatante. 3. Setto deviatore. 4. Aste in rotazione. 5. Uscita fanghi ispessiti. Fig. 8.12 08a CAPITOLO_275-311.indd 294 Ispessitore. 27/04/12 11.53 

295 8.4   I sedimentatori Il dimensionamento di queste apparecchiature può essere effettuato secondo diversi criteri. Uno dei più semplici è applicato nell esempio seguente. esempio 8.3 Dimensionare un sedimentatore longitudinale per una sospensione per cui è stata misurata una velocità di sedimentazione di massa vs = 0,3 mm/s. La portata volumetrica da trattare è Fv = 0,1 m3/s ed il tempo di ritenzione nel sedimentatore tr non deve superare 3 h. Approssimiamo il volume utile del sedimentatore a quello di un parallelepipedo di lunghezza L, larghezza B e profondità H. Una particella posta in un vertice del sedimentatore si muoverà con velocità risultante vr data dalla somma vettoriale della velocità di trascinamento dell acqua vt e della velocità di sedimentazione vs. Si assume che la particella sedimenti se la sua velocità risultante forma un angolo tale da consentire alla particella di raggiungere il fondo prima di toccare la parete opposta a quella di ingresso. Nella condizione limite una particella posta inizialmente nel vertice a dovrà toccare il fondo nel vertice opposto b. a Partic ella n on sedim enta vt vs ta en dim se ella rtic Pa vs H vr vt vs vt vr vr Dire zion e li Fv mit ed i se dim ent azio ne b L Fig. 8.13 B Dimensionamento di un sedimentatore longitudinale. In questa condizione la velocità risultante dovrà formare un angolo uguale a quello della diagonale. Per le leggi sui triangoli simili si dovrà, pertanto, avere: vt L = (8.17) vs H La velocità di trascinamento sarà data dal rapporto tra la portata volumetrica e la sezione di passaggio, ovvero: F vt = v (8.18) B  H Sostituendo nella (8.17) ed esplicitando vs si ottiene: vs = Fv B  L (8.19) Il secondo membro della (8.19) è tradizionalmente definito Carico Idraulico Superficiale (Cis) e rappresenta il rapporto tra la portata e la superficie del sedimentatore. Il Cis è un parametro largamente impiegato nel dimensionamento dei sedimentatori e la (8.19) mette in luce la relazione tra Cis e velocità di sedimentazione limite, valida anche in caso di sedimentazione indipendente. In pratica un sedimentatore con un determinato Cis riuscirà a separare 08a CAPITOLO_275-311.indd 295 30/07/12 15.36 

“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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