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

378 10   Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: la teoria cinetica dei gas Riportando direttamente la relazione tra temperatura assoluta e pressione assoluta, la 2a legge di Gay-Lussac si esprime: nelle trasformazioni a V = cost P = cost T (10.5) esempio 10.3 Una bombola contiene metano alla temperatura di 20°C ed alla pressione di 241 kPa. Avendo esposto la bombola al sole la temperatura del gas è salita a 65°C. Determinare la nuova pressione. T1 = 20°C = 293 K; T2 = 65°C = 338 K P1 P = 2 T1 T2 E ricavando P2: P2 = P1   338 K T2 = 241 kPa   = 278 kPa 293 K T1 10.1.3 La legge di Avogadro Un altro interessante risultato di lavori sperimentali fu prodotto da Amedeo Avogadro che formulò l ipotesi, nota come legge di Avogadro, secondo cui: La stessa quantità di gas diversi occupa, nelle stesse condizioni di pressione e temperatura, lo stesso volume. In altre parole, una volta fissate pressione e temperatura, viene stabilita la proporzionalità diretta tra il volume e le moli di gas considerate: V=K n Condizioni standard Volume molare (10.6) Tuttavia, anche a parità di moli, nella valutazione del volume dei gas non si può prescindere dal riferimento alla pressione ed alla temperatura. Per questo è molto utile fissare una condizione standard di riferimento, detta anche STP (temperatura e pressione standard), in cui il volume di un gas è riferito alla pressione di 1 bar (100.000 Pa) ed alla temperatura di 0°C (273 K). Il valore di 1 bar per la pressione standard è raccomandato dalla 10 IUPAC in sostituzione del valore standard tradizionale di 1 atm. Per evidenziare che un certo volume di gas si riferisce a condizioni standard si utilizza come unità di misura del volume i Nm3 (normal metri cubi) o Smc (standard metri cubi). Un valore notevole è il volume molare Vm, cioè il volume occupato da una mole di qualunque gas ideale alla temperatura di 0 °C e alla pressione di 1 bar, che risulta essere: VmSTP = 22,71L/mol = 22,71m3 /kmol 10a CAPITOLO_371-400.indd 378 30/07/12 15.46 

379 10.1   Le leggi empiriche dei gas ideali Molto utilizzato è il riferimento tradizionale alla temperatura di 0 °C ed alla pressione di 1 atm. In queste condizioni il volume molare di un gas ideale assume il valore: Vm = 22,414L/mol = 22,414 m 3 /kmol esempio 10.4 Un contatore di gas ha erogato in un certo tempo 2 Smc di gas. Determinare le moli di gas erogato e il volume effettivo se la pressione era 150 kPa e la temperatura 30 °C. Calcolo moli gas Utilizzando il volume molare secondo lo standard IUPAC si ha: V = 2 Smc = 2 m3 = 2000 L n= 2000L V = = 88,1L Vm 22,71L /mol Calcolo del volume effettivo Possiamo immaginare di raggiungere le condizioni effettive tramite due trasformazioni: la prima a temperatura costante che porta ad uno stadio intermedio sino alla pressione finale di 150 kPa (legge di Boyle); la seconda a pressione costante sino alla temperatura finale (legge di Charles). Stato iniziale T1 = 0°C = 273 K; P1 = 1 bar = 100 kPa; V1 = 2000 L; Stato intermedio Ti = T1 = 273 K; Pi = P2 = 150 kPa; Vi ; Stato finale T2 = 30°C = 203 K; P2 = 150 kPa; V2 ; Legge di Boyle P1   V1 = Pi   Vi Legge di Charles Vi V = 2 T2 Ti Vi = V1   P1 100 kPa = 2000 L   = 1333 L Pi 150 kPa V2 = Vi   T2 303 K = 1333 L   = 1480 L 273 K Ti 10.1.4 L equazione di stato dei gas ideali Le leggi empiriche e l ipotesi di Avogadro vengono sintetizzate nella equazione di stato dei gas ideali, anche detta  legge di stato dei gas ideali , rappresentata dall espressione: P  V = n R  T (10.7) dove n è il numero di moli (quantità di sostanza) del gas e R rappresenta la costante di stato dei gas ideali. Il valore della costante R può essere ottenuto riferendo la (10.7) al volume molare in condizioni standard. 10a CAPITOLO_371-400.indd 379 30/07/12 15.46 

“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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