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

332 Sodium Absorbtion Ratio 9   Trattamenti delle acque grezze L elevata salinità danneggia le piante ed anche la presenza di particolari ioni, come sodio e boro, può essere particolarmente nociva. Un parametro rappresentativo è il S.A.R. (Sodium Absorbtion Ratio), che è dato dal rapporto percentuale tra la concentrazione di sodio e la somma delle concentrazioni del sodio, del potassio, del calcio e del magnesio. In base alle caratteristiche chimiche vengono definite le classi di qualità per le acque irrigue, secondo come illustrato nella Tab 9.9. na   100 Na+K+Ca+Mg Tds (mg/l) Classe I da eccellente a buona: utilizzabile nella maggior parte delle condizioni  75 Classi Tab. 9.9 parameTri ConduCiBiliTà speCiFiCa -1 ( s ? cm )  2100 > 3000 >2 > 355 > 1920 Classi di qualità per le acque irrigue. Infine, per le acque adibite a balneazione devono essere considerati sia parametri microbiologici, come la concentrazione di colibatteri, che parametri chimico-fisici, come la concentrazione di nutrienti o l ossigeno disciolto. In Italia l attenzione verso queste grandezze si è accentuata dopo i fenomeni di eutrofizzazione che hanno interessato ripetutamente tratti di mare chiuso come l alto Adriatico. 9.4 trattamenti delle acque Le caratteristiche delle acque grezze non coincidono generalmente con i requisiti richiesti per la loro utilizzazione. Scelta la fonte di approvvigionamento il raggiungimento dei requisiti sarà possibile tramite una opportuna sequenza di operazioni unitarie e di processi unitari. Tra le operazioni unitarie già studiate lo stoccaggio, il trasporto dei liquidi e le separazioni solido-liquido si ritrovano sempre nei processi di trattamento sia per la produzione di acque industriali che di acque destinate al consumo umano. Nei prossimi paragrafi saranno trattati i diversi processi unitari che possono essere impiegati nei trattamenti delle acque. La sequenza ottimale di operazioni e processi sarà scelta in relazione alle caratteristiche dell acqua grezza ed ai requisiti finali da raggiungere. 09a CAPITOLO_313-362.indd 332 27/04/12 11.55 

333 9.4   Trattamenti delle acque Se si prescinde dai costi, la tecnologia mette a disposizione soluzioni per il trattamento anche di acque di caratteristiche pessime e sono disponibili le soluzioni tecniche anche per un completo riutilizzo dei reflui di impianti di depurazione, anche se solo l uso irriguo è ammesso dalle normative in vigore. 9.4.1 trattamenti di addolcimento Vengono chiamati trattamenti di addolcimento i trattamenti delle acque per l eliminazione della durezza. Rifacendosi alla classificazione delle acque industriali, le acque di raffreddamento richiedono quantomeno l eliminazione della durezza temporanea, mentre spesso le acque di processo richiedono una eliminazione totale dei solidi disciolti. Ricordando le reazioni (9.1), (9.2) e (9.3), la presenza degli ioni indurenti è determinata dal contatto dell acqua con rocce calcaree, con la dolomite e con il gesso. Di conseguenza le acque sotterranee sono sovente più dure delle acque superficiali. Anche per questi motivi i grandi impianti di potabilizzazione, che spesso trattano acque superficiali, non adottano trattamenti di addolcimento. Le tecniche più usate per l addolcimento delle acque sono il processo calce-soda e il trattamento con resine scambiatrici sodiche. Il processo calce-soda è un trattamento semplice, efficace anche nella rimozione di solidi sospesi, del colore e nella riduzione della carica microbica. D altra parte è necessario un complesso di apparecchiature principali ed ausiliarie e vengono prodotte significative quantità di fanghi che richiedono ulteriore trattamento. Per questi motivi viene impiegato solo per il trattamento di grandi portate. L uso di resine sodiche è operativamente molto più semplice, non produce fanghi e l acqua in uscita presenta una durezza inferiore rispetto a quella ottenuta col metodo calce-soda. Per contro, l acqua deve essere preventivamente filtrata per evitare intasamenti e si produce una certa quantità di acqua salmastra. 9.4.1.1 Il metodo calce-soda Il metodo calce-soda consiste nell aggiungere Ca(OH)2 (calce) e Na2CO3 (soda) alla corrente di acqua. Per comprendere l azione dei due reagenti è utile immaginare che essi vengano aggiunti in sequenza, prima la calce e poi la soda, cosa che in pratica non deve necessariamente verificarsi. La calce è una base molto più economica rispetto alle basi forti come NaOH e KOH e, nonostante sia una base debole, gli ioni ossidrile che reagiscono vengono immediatamente rimpiazzati grazie all equilibrio: Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH  Reazioni nel metodo calce-soda (Kps =10 3) Gli ioni ossidrile messi a disposizione dalla calce reagiscono con i bicarbonati responsabili della durezza temporanea trasformandoli quantitativamente in carbonato secondo la reazione (in forma ionica): HCO3  + OH    CO2  3 + H2O 09a CAPITOLO_313-362.indd 333 (9.7) (9.8) 27/04/12 11.55 

“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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