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

374 10   Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: la teoria cinetica dei gas In particolare Boyle studiò le variazioni di volume di una certa quantità di aria al variare della pressione applicata. A questo scopo utilizzò un apparato costituito da un tubo ad U con uno dei due bracci chiuso. Nel braccio aperto veniva introdotto mercurio che andava ad occupare il braccio aperto e parte del braccio chiuso, in cui rimaneva intrappolata una certa quantità di aria. Questa viene sottoposta ad una certa pressione assoluta determinata dalla somma tra la pressione atmosferica che agisce sulla superficie del mercurio nel braccio aperto, e la pressione esercitata dal dislivello del mercurio tra i due rami, ricavabile dalla legge di Stevin (Fig. 10.1). Apparato di Boyle Patm= 76 cmHg Patm= 76 cmHg Haria= 30,5 cm Haria= 25,4 cm Patm= 76 cmHg Haria= 20,3 cm   = 38,3 cm   = 15,7 cm  =0 S = 3,14 cm2 Haria = 30,5 cm S = 3,14 cm2 Haria = 25,4 cm S = 3,14 cm2 Haria = 20,3 cm Varia = 95,7 cm Varia = 79,8 cm Varia = 63,8 cm3 Ptot = 76,0 cmHg = 101 kPa Ptot = 91,7 cmHg = 122 kPa Ptot = 114,3 cmHg = 152 kPa Ptot   Varia = 969 J Ptot   Varia = 975 J Ptot   Varia = 972 J 3 Fig. 10.1 3 Esperienza di Boyle. L aggiunta di ulteriore mercurio faceva aumentare la pressione assoluta e diminuire il volume dell aria. Per ogni valore di pressione assoluta è possibile misurare il volume di gas intrappolato nel ramo chiuso semplicemente conoscendo il diametro del tubo e misurando l altezza del braccio occupato dal gas. Boyle ottenne così una serie di coppie di valori volume-pressione assoluta, (V1; P1), (V2; P2), (V3; P3) ecc. e notò che la moltiplicazione di ogni pressione assoluta per il volume corrispondente dava approssimativamente sempre lo stesso prodotto, ovvero: P1   V1 = P2   V2 = P3   V3 (10.1) Nel XVII secolo non erano ancora conosciuti e disponibili gas puri come idrogeno, azoto, ossigeno ecc. Solo in seguito fu possibile confermare l esperienza con altri gas, ma soprattutto venne evidenziato che la temperatura durante l esecuzione dell esperienza, doveva essere mantenuta rigorosamente costante. Con questa accortezza, e con sistemi di misurazione più accurati, i prodotti dalla (10.1) risultaro- 10a CAPITOLO_371-400.indd 374 27/04/12 11.57 

375 10.1   Le leggi empiriche dei gas ideali no assolutamente uguali e non approssimativamente uguali. Pertanto, oggi la legge di Boyle viene espressa nella forma: nelle trasformazioni a T = cost (10.2) P   V = cost esempio 10.1 Un campione di aria del volume V = 2 L si trova alla pressione assoluta P = 2 atm. Determinare la pressione necessaria per portare isotermicamente il volume a 0,5 L. Applicando la (10.1) si ottiene: P1   V1 = P2   V2 P2 = P1   La rappresentazione di stati e trasformazioni V1 2L = 2 atm   = 8 atm 0,5 L V2 Nello studio dei gas è utile rappresentare gli stati e le trasformazioni su un piano cartesiano che riporta il volume sulle ascisse e la pressione sulle ordinate (Fig. 10.2). Nel rappresentare gli stati iniziale e finale di trasformazioni isoterme notiamo che i punti corrispondenti sono posizionati sull iperbole di equazione (10.2). Ogni punto di questa curva rappresenta un particolare stato del gas caratterizzato da propri valori di volume, pressione e temperatura, che in questo caso è uguale per tutti i punti. Inoltre, sul punto che rappresenta lo stato S1 di coordinate (V1; P1) è possibile costruire un rettangolo di vertici l origine O(0,0) e S1(V1; P1) i cui lati sono proprio V1 e P1. Lo stesso si può fare per gli altri stati S2, ecc. Dalle relazioni (10.1) e (10.2) discende che tutti i rettangoli così costruiti hanno la stessa area. Pressione er ot Is a m > T2 T1 er ot Is a m S2 T1 P2 V2   P2 S1 P1 V1   P1 = V2   P2 V2 Fig. 10.2 Gas ideali 10a CAPITOLO_371-400.indd 375 V1 Volume La Legge di Boyle sul piano cartesiano. Non tutti i gas si adattano bene alla (10.2) e lo scostamento dipende sia dalla natura del gas che dalla temperatura a cui viene effettuata la trasformazione. 27/04/12 11.57 

“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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