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

346 9   Trattamenti delle acque grezze le percentuali di HClO, sull ordinata sinistra, e ClO , sull ordinata destra, alla temperatura di 20°C. 100 %ClO  %HClO 20 80 68 32 60 40 40 60 20 80 100 5 Fig. 9.15 Azione dell acido ipocloroso 6 7 8 9 10 pH Percentuali di HClO e ClO  in funzione del pH. Proprio l acido ipocloroso è la specie a cui si attribuisce l azione disinfettante più efficace in quanto, oltre ad essere un buon ossidante, si ritiene che attacchi diversi enzimi tra cui l enzima triosofosfato deidrogenasi, essenziale per la metabolizzazione del glucosio e il soddisfacimento del fabbisogno energetico. Usato a concentrazioni e con tempi di contatto opportuni, l acido ipocloroso è attivo anche nei confronti dei virus, mentre sembra inferiore l attività verso i protozoi che, d altra parte, vengono efficacemente rimossi dai processi di chiariflocculazione (vedi § 8.3). Lo ione ipocloroso presenta una attività disinfettante bassa, si suppone a causa della carica che non consente un agevole attraversamento della parete cellulare. A causa delle difficoltà di esercizio legate allo stoccaggio ed alla manipolazione del cloro gassoso, negli ultimi decenni la tendenza è stata quella di utilizzare i derivati del cloro modificando gli impianti esistenti. Agenti disinfettanti che hanno un azione analoga al cloro gassoso sono l ipoclorito di sodio (NaClO) e l ipoclorito di calcio (Ca(ClO)2). Questi sali si dissociano in acqua fornendo lo ione ClO- che per idrolisi fornisce l acido ipocloroso: ClO  + H2O HClO + OH  (9.23) per cui, anche usando questi sali, l azione sterilizzante è ancora dovuta in buona misura all acido ipocloroso, anche se l efficacia è decisamente inferiore rispetto all acido ipocloroso puro. 09a CAPITOLO_313-362.indd 346 27/04/12 11.55 

347 9.4 Trattamenti delle acque COEFFICIENTE DI LETALIT K = AGENTE DISINFETTANTE L ln100 (C t99 ) mg min CISTI AMEBICHE ENTEROBATTERI SPORE VIRUS Ipoclorito, ClO 0,0005 0,2 < 0,0005 < 0,02 Acido ipocloroso, HClO 0,05 20 0,05 1 Monoclorammina, NH2Cl 0,02 0,1 0,001 0,005 Ozono, O3 0,5 500 2 5 L ln100 Dove: C è la concentrazione residua del disinfettante in mg/L e t99 il tempo di estinzione (C t99 ) mg min della carica microbica al 99% in minuti (Fonte: Morris, J.C.). K = Tab. 9.11 Clorazione al break point Reattività dei derivati del cloro rispetto ad HClO. Per comprendere gli aspetti chimici più significativi dell impiego di questi prodotti è utile riferirsi ai risultati di una prova sperimentale che consiste nell aggiungere gradualmente il disinfettante ad un campione di acqua da trattare e valutare ad ogni aliquota la corrispondente quantità di cloro residuo. I dati ottenuti vanno posti in un diagramma che riporta sulle ascisse il cloro aggiunto e sulle ordinate il cloro residuo. Riferendosi al grafico di Fig. 9.16, che illustra i risultati di questa prova, si nota che fino al punto A non si riscontra cloro residuo. Ciò in quanto l HClO viene consumato nell azione disinfettante e per l azione ossidante che si esplica verso le varie specie riducenti presenti nell acqua. Tra queste si ritrovano comunemente gli ioni Fe2+ e Mn2+, presenti in particolare nelle acque sotterranee, nonché specie chimiche provenienti dalla degradazione di materiale organico vegetale o animale, come nitriti ed eventualmente acido solfidrico: 2Fe2+ + HClO + H+ 2+ Mn + HClO + H + 2Fe3+ + Cl + H2O 4+ (9.24) Mn + Cl + H2O (9.25) NO2 + HClO + H+ NO3 + Cl + 2H+ (9.26) + H2S + 4HClO SO2 4 + 4Cl + 6H (9.27) Analoghe reazioni si possono scrivere in riferimento al cloro anziché all acido ipocloroso. Altre sostanze che derivano dalla degradazione di materia organica sono le ammine e l ammoniaca, che reagiscono con l acido ipocloroso quando si sono completate le precedenti reazioni di ossidazione, per formare le cloroammine mono e bi-sostituite: NH3 + HClO H2O + NH2Cl (9.28) NH2Cl + HClO H2O + NHCl2 (9.29) Analoghe reazioni si possono scrivere relativamente alle ammine RNH2. Le cloroammine formate hanno un azione disinfettante in quanto, in presenza di sostanze ossidabili o microrganismi che consumano l acido ipocloroso, gli equilibri (9.28) e (9.29) possono retrocedere verso sinistra restituendo HClO ancora disponibile per la disinfezione. Per questo motivo le mono e di cloroammine vengono indicate come cloro residuo combinato. 09a CAPITOLO_313-362.indd 347 22/07/13 12.02

“Chimica, Materiali e Biotecnologie” con le nuove indicazioni ministeriali dell’indirizzo ispirandosi ad una logica di “razionalizzazione”

Volume 1

Tecnologie chimiche industriali, Vol. 1

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