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

350 9   Trattamenti delle acque grezze Un elettrodo è costituito da un tubo ricoperto internamente da un foglio di materiale dielettrico, mentre l altro elettrodo è posto in posizione assiale nello stesso tubo. L aria passa dentro il tubo e, per l elevata tensione, si ionizza e si producono scariche elettriche che fanno avvenire la reazione: 1/2 O2 + O2 O3 (9.37) Una batteria di questi elettrodi tubolari costituisce un ozonizzatore. Nel processo si sviluppano grandi quantità di calore per cui la batteria di elettrodi è allocata dentro un mantello entro cui scorre acqua di raffreddamento che smaltisce il calore prodotto (v. Fig. 9.17). Calore da dissipare Elettrodo esterno Dielettrico O2 O2 Elettrodo interno O O3 3 Calore da dissipare Fig. 9.17 Ozonizzazione dell aria. La necessità di produrre in sito e gli elevati consumi di energia comportano rilevanti spese di installazione e gestione. Una volta prodotto l ozono deve essere immediatamente miscelato con l acqua ed occorre assicurare un tempo di contatto dell ordine di una decina di minuti. A causa della sua bassa solubilità ed estrema reattività l ozono non permane in acqua e non possiede una attività residuale come i composti del cloro. 9.4.4.3 Disinfezione con raggi U.V. Quando le portate di acqua da disinfettare sono molto basse, al limite per le esigenze di singole unità abitative, si può valutare l installazione di un sistema di disinfezione a raggi ultravioletti. Queste radiazioni sono efficaci nell eliminazione di batteri, spore, muffe, virus ed altri microrganismi. L energia associata alle radiazioni UV consente l attraversamento delle pareti cellulari e l interazione con DNA ed RNA per impedire la replicazione o causare direttamente la morte dei microrganismi. I raggi UV sono prodotti da lampade a vapori di mercurio che producono una radiazione quasi interamente nel campo degli UV alla lunghezza d onda ottimale per l azione disinfettante. La lampada può essere posta all interno di un tratto di tubazione entro cui passa l acqua da disinfettare. Sono sufficienti tempi di esposizione molto brevi ma è necessario rimuovere prima tutti i solidi sospesi, tramite uno stadio di filtrazione, per evitare di ridurre l intensità radiante e limitare l efficienza del trattamento. 09a CAPITOLO_313-362.indd 350 27/04/12 11.55 

351 9.4   Trattamenti delle acque 9.4.5 eliminazione del ferro e del manganese Quantità significative di ioni Fe2+ e Mn2+ si ritrovano in particolare nelle acque sotterranee e possono impartire all acqua colore e sapore sgradevoli. Inoltre alcuni batteri possono proliferare grazie anche all energia ricavata dall ossidazione di questi ioni. Si sviluppano di conseguenza mucillagini colorate particolarmente fastidiose per determinate produzioni delle industrie tessili, della carta ed alimentari. Le tecniche di rimozione più comuni prevedono l ossidazione a Fe3+ e Mn4+ e successiva precipitazione dei composti insolubili Fe(OH)3 e Mn(OH)4, che devono essere separati tramite filtrazione. Negli impianti di potabilizzazione l uso di reattivi ossidanti, come il cloro ed i suoi derivati impiegati nella disinfezione, è in grado di realizzare anche l ossidazione di Fe2+ e Mn2+. Ad esempio, le reazioni utili con biossido di cloro sono le seguenti: 5Fe2+ + ClO2 + 13H2O 5Fe(OH)3 + Cl  + 11H+ (9.38) 5Mn2+ + 2ClO2 + 6H2O 5MnO2 + 12H+ + 2Cl  (9.39) Uno schema di trattamento frequentemente adottato prevede uno stadio di predisinfezione, posto prima della coagulazione e della filtrazione. Questa sequenza operativa è perfettamente coerente con le necessità della deferrizzazione e demanganizzazione. Inoltre la calce usata per aggiustare il pH durante la flocculazione aiuta la precipitazione degli idrossidi. Anche l uso di resine scambiatrici impiegate per addolcimento e demineralizzazione è efficace per la rimozione degli ioni interessati. Altre volte può essere necessario un trattamento specifico per cui si possono utilizzare, oltre alle tecniche sopra riportate, anche l ossidazione per aerazione seguita da filtrazione. 4Fe2+ + O2 + 10H2O 4Fe(OH)3 + 8H+ (9.40) 2Mn2+ + O2 + 2H2O 2MnO2 + 4H+ (9.41) Molto diffuso anche l uso di particolari minerali come la glauconite che a seguito di trattamento con MgCl2 e KMnO4 si ricoprono di uno strato di MnOx che impartisce una colorazione verde al minerale (da cui il nome inglese greensand). L indice atomico x dell ossigeno indica che il rapporto tra gli atomi di manganese e quelli di ossigeno è compreso tra 1,1 e 1,9. Indicando con GS la matrice di glauconite, le reazioni di ossidazione di ferro e manganese sono le seguenti (non bilanciate): Fe2+ + GS(MnOx) Fe3+ + GS(Mn2Ox) (9.42) Mn2+ + GS(MnOx) Mn4+ + GS(Mn2Ox) (9.43) I precipitati che si formano immediatamente dopo vengono trattenuti sul filtro dalla glauconite. Quando viene esaurita la capacità ossidante, si sospende il trattamento e si procede con un lavaggio per espellere i precipitati e con la successiva rigenerazione con permanganato di potassio. 09a CAPITOLO_313-362.indd 351 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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