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

334 9   Trattamenti delle acque grezze Gli ioni carbonato così formati reagiscono con il calcio presente nell acqua, che a questo punto proviene sia dalla durezza che dalla calce aggiunta, precipitando come carbonato di calcio. La reazione complessiva, in forma molecolare, è la seguente: Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 2 CaCO3 +2 H2O (9.9) Tutti i bicarbonati sono pertanto trasformati in carbonati che precipitano sia il Ca2+ equivalente alla durezza temporanea che quello aggiunto con la calce. L azione nei confronti dello ione magnesio si basa sulla precipitazione dell idrossido di magnesio: Ca(OH)2 + Mg2+ Mg(OH)2 + Ca2+ (9.10) Questa reazione elimina il magnesio, ma non ha alcun effetto sulla durezza in quanto il magnesio è stechiometricamente sostituito dal calcio. In altre parole l idrossido trasforma la durezza magnesiaca in una equivalente durezza calcica. La calce viene ulteriormente consumata per la reazione con la CO2 disciolta: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O (9.11) Che è la somma delle due reazioni: CO2 + 2OH    CO2  3 + H2O Ca2+ + CO2  3   CaCO 3 (9.12) Riassumendo, la calce tramite la (9.9) ha eliminato la durezza temporanea, tramite la (9.10) ha eliminato il magnesio senza cambiare la durezza, come non ha cambiato la durezza residua l eliminazione della CO2 tramite la (9.11). Quindi, per la valutazione della calce da aggiungere si dovrà tenere conto della durezza temporanea, della durezza magnesiaca e della CO2 disciolta. Nella pratica operativa, per assicurare la completa precipitazione dell idrossido di magnesio e la rapida formazione dei precipitati, è necessario utilizzare un eccesso di calce rispetto alle quantità stechiometriche di circa il 5   10%. esempio 9.3 L analisi di un campione di acqua ha dato i seguenti risultati: speCie CHimiCa CO2 Ca2+ Mg2+ HCO 3 ConCenTrazione (mg/l) 22 100 10 120 Dovendone trattare 500 m3/h, determinare la quantità stechiometrica di calce necessaria al trattamento e la massa di precipitato secco. I risultati ed i calcoli sono riportati nella tabella seguente. Le prime cinque righe si riferiscono ai dati del problema così elaborati: 1. la colonna delle portate in massa è ottenuta moltiplicando la concentrazione per la portata di acqua (500 m3/h); 2. la colonna della portata molare è ottenuta dividendo la portata in massa per la massa molare; è ottenuta sommando le portate molari di HCO  3 e CO2. 3. la portata molare di CO 2  3 09a CAPITOLO_313-362.indd 334 27/04/12 11.55 

335 9.4   Trattamenti delle acque E per le ultime tre righe: 4. la portata molare di Ca(OH)2 è ottenuta sommando le portate molari di CO2, Mg2+ e metà di quella di HCO 3; prodotto; 5. la portata molare di CaCO3 è uguale alla portata molare di CO 2  3 6. la portata molare di Mg(OH)2 è uguale alla portata molare di Mg2+; 7. le portate in massa di Ca(OH)2, CaCO3 e Mg(OH)2 sono ottenute moltiplicando le rispettive portate molari per le masse molari. I risultati richiesti, riportati in grassetto, indicano una portata di calce di 70,12 kg/h. La portata totale di solidi secchi è data dalla somma del carbonato di calcio e dell idrossido di magnesio prodotti, ovvero 135,36 kg/h. SPECIE CHIMICHE CONC. (mg/L) PORTATA IN MASSA (mg/h) Ca2+ 100 50000000 2+ 10 HCO 3 CO2 Mg PORTATA IN MASSA (kg/h) MASSA MOLARE (kg/kmol) PORTATA MOLARE (kmol/h) 50 40,1 1,25 5000000 5 24,3 0,21 120 60000000 60 61 0,98 22 11000000 11 44 0,25 CO 2  3 1,23 Ca(OH)2 70,12 74 0,95 CaCO3 123,36 100 1,23 Mg(OH)2 12,00 58,3 0,21 Tab. 9.10 Ricordando che avevamo ipotizzato di aggiungere prima la calce e poi la soda, a questa non rimane che rimuovere lo ione Ca2+ rimasto, dopo il trattamento con calce, in quantità equivalente alla durezza permanente: Na2CO3 + Ca2+ CaCO3 + 2 Na+ (9.13) In ogni caso il metodo calce-soda non riesce ad abbattere totalmente la durezza ed a causa delle solubilità dei due precipitati principali, CaCO3 e Mg(OH)2, permane una durezza residua compresa tra 2°F e 3°F. esempio 9.4 Si decide di trattare con il metodo calce-soda una portata di 0,5 m3/s di acqua delle seguenti caratteristiche: DUREZZA TOTALE DUREZZA CALCICA DUREZZA MAGNESIACA DUREZZA TEMPORANEA DUREZZA PERMANENTE 28°F 20°F 8°F 14°F 14°F Non è presente CO2 disciolta. Determinare le quantità stechiometriche di calce e di soda richieste per l addolcimento. 09a CAPITOLO_313-362.indd 335 30/07/12 15.40 

“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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