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

366 9   Trattamenti delle acque grezze esercizio 6 Calcolare la durezza temporanea e permanente di un campione di acqua sapendo che la durezza totale è 20°F e la concentrazione di ioni  HCO3    è 150 mg/L. (Risposta: Dtemp = 12,3°F; Dperm = 7,7°F) esercizio 7 100 m3 di acqua che presentano una durezza temporanea di 40°F devono essere trattati con calce per ridurre la durezza temporanea fino a 5°F. Determinare la quantità di calce da impiegare. Massa molare Ca(OH)2 = 74,1 g/mol. La calce reagisce con la durezza temporanea secondo la reazione seguente, riferita al solo calcio e scritta in forma molecolare: 2 CaCO3 +2 H2O Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 Calcolo CaCO3 da rimuovere Durezza da rimuovere = 40°F   5°F = 35°F equivalente a CCaCO3rimosso = 35°F   10 mg/L = 350 mg/L °F e in moli    CaCO3    rimosso = mCaCO3rimosso MmCaCO3 = 350 mg/L = 3,50 mmol/L 100,09 mg/mmol Calcolo Ca(OH)2 da aggiungere Secondo la reazione precedente la calce reagisce in quantità equimolare con il bicarbonato di calcio, ovvero con la durezza temporanea. Pertanto:    Ca2 +    = 3,50 mmol/L CCa(OH)2 = 3,50 mmol/L   74,1 mg/mmol = 259 mg/L di acqua da trattare E per 100 m3: mCa(OH)2 = 259 mg/L   100 m 3 = 259 g/m 3   100 m 3 = 25900 g = 25,9 kg esercizio 8 Un campione d acqua presenta una durezza permanente di 80°F. Calcolare la soda necessaria a ridurre la durezza permanente di 100 m3 di tale acqua a 10°F. Massa molare Na2CO3 = 106,0 g/mol La durezza permanente si elimina con la soda, ovvero Na2CO3, secondo le reazioni: 09b CAPITOLO_363-370.indd 366 CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4 MgCl2 + Na2CO3 MgCO3 + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4 27/04/12 11.56 

367 Esercizi Calcolo Ca2+ e Mg2+ equivalente da eliminare Come è possibile notare dagli esercizi precedenti le mmol di Ca2+ e Mg 2+ equivalenti stanno in un rapporto 1:10 con le varie durezze in °F. Si ha quindi: Durezza rimossa = 80°F   10°F = 70°F; e per le moli da rimuovere    Ca2 +    +   Mg 2 +    = 7,0 mmol/L Calcolo soda necessaria Osservando la stechiometria delle reazioni precedenti si nota che il rapporto tra soda e Ca2+ o Mg2+ è 1:1 2+ 2+   Na2 CO3    aggiunto =    Ca    +   Mg    = 7,0 mmol/L; CNa2CO3aggiunto = 7,0 mmol/L   106,0 mg/mmol = 741,9 mg/L E per 100 m3 di acqua da trattare: mNa2CO3aggiunto = 741,9 mg/L   100 m 3 = 741,9 g/m 3   100 m 3 = 74190 g = 74,1 kg esercizio 9 L analisi dell acqua di un pozzo fornisce le seguenti concentrazioni: CCa2+ = 100 mg/L; CMg2+ = 65 mg/L; CHCO 3 = 200 mg/L Dovendo trattare 10 m3/h di tale acqua con il metodo calce-soda determinare il costo orario dei reagenti impiegati nel trattamento. Si ipotizzi un prezzo di 30  /Ton per la calce e 300  /Ton per la soda. Calcolo delle durezze I dati ed i primi risultati per il calcolo delle durezze sono riportati nella tabella seguente. I calcoli sono svolti come negli esercizi precedenti. SPECIE MASSA CONC. (mmol/L) CONC. CaCO3 (mmol/L) CONC. CaCO3 (mg/L) DUREZZE CHIMICHE CONC. (mg/L) Ca2+ 100 40,1 2,49 2,49 249 24,9°F Mg2+ 65 24,3 2,67 2,67 267 26,7°F HCO 3 200 61,0 3,28 1,64 164 16,4°F MOLARE (mg/mmol) Na2CO3 106,0 Ca(OH)2 74,1 CaCO3 100,1 Tab. 9.16 DCa2 + = 24,9°F DMg 2 + = 26,7°F 09b CAPITOLO_363-370.indd 367 30/07/12 15.43 

“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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