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

38 2   Materiali per le tecnologie chimiche POLIMERO SIGLA USI E PROPRIET  Termoplastici Polietilene PE Tubazioni, valvole e raccorderia. Polietilene bassa densità LDPE Contenitori per reagenti, per bevande e alimenti. Resiste agli acidi, basi, alcoli ed esteri. Polietilene alta densità HDPE Contenitori e tubazioni resistenti a reagenti chimici. Non resiste a solventi alifatici. Polipropilene PP Molto resistente agli acidi, viene utilizzato nella produzione di tubazioni e recipienti per acqua e gas anche in pressione. Può essere usato in alternativa al polietilene per le migliori caratteristiche chimiche e meccaniche. Policloruro di Vinile PVC Molto resistente sia agli acidi che alle basi. Utilizzato per tubazioni a pressione atmosferica e componenti di valvole. PTFE Resistente a tutti i solventi organici e ad ogni agente chimico tranne ai metalli alcalini fusi e ad alcuni derivati del fluoro. Contrariamente al vetro resiste all acido fluoridrico. Per le sue qualità antiaderenti è usato per gli elementi di tenuta e nelle valvole. Politetrafluoroetilene (TEFLON) Termoindurenti Poliuretani PUR Utilizzato sotto forma di schiume come isolante termico. Resine Fenoliche PF Per la loro resistenza chimica vengono impiegate come rivestimento in apparecchiature che trattano agenti corrosivi. Resine Epossidiche EP Resistono agli alcali diluiti e agli acidi deboli. Non resistono agli acidi ossidanti. Vengono utilizzate per tubazioni, valvole, pompe e rivestimenti. elastomeri Gomma Nitrile Tab. 2.14 NR Resiste agli oli. Usata per guarnizioni e membrane per pompe a diaframma per il trasporto di combustibili. Caratteristiche dei materiali polimerici. Inoltre, possono presentare una struttura cristallina ben definita oppure essere completamente amorfi, come il caso dei vetri, che presentano una elevata resistenza nei confronti delle soluzioni saline e degli acidi, eccetto l acido fluoridrico. Materiali ceramici Vetri Vetri Fig. 2.10 02a CAPITOLO_015-055.indd 38 Vetroceramici Prodotti argillosi Prodotti Porcellane argillosi bianche strutturali Refrattari Argillosi Silicei Basici Abrasivi Cementi Ceramici avanzati Speciali Classificazione dei materiali ceramici. 27/04/12 11.26 

39 2.5   Altri materiali Caratteristiche dei materiali ceramici materiali refrattari materiali compositi Le caratteristiche più interessanti per le tecnologie chimiche sono, senza dubbio, l inerzia chimica, la bassa densità, l elevata temperatura di fusione e la bassa conducibilità termica. Inoltre, la resistenza meccanica e l inerzia chimica vengono mantenute anche ad elevate temperature, mentre le prestazioni degli acciai decadono già sopra i 700°C, anche in riferimento alla sensibilità alla corrosione. Per questi motivi i materiali ceramici, come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di silicio (Si3N4), vengono impiegati nelle apparecchiature di scambio termico ad elevate temperature, fino a 1500°C, temperature alle quali non si possono impiegare materiali metallici. Vengono utilizzati anche per giranti di pompe e turbine, come elementi di raccorderia per l impiego ad elevate temperature di esercizio o che trattano fluidi aggressivi, come materiale di riempimento delle colonne di distillazione, come rivestimento di camini. Molto importante anche il settore dei materiali refrattari, ovvero quei materiali utilizzati per resistere alle elevate temperature o agli agenti aggressivi (v. Tab. 2.15). Tipica applicazione è il rivestimento di fornaci e reattori, in cui i refrattari sono utilizzati in forma di mattoni. I processi produttivi, che partono da polveri, consentono il controllo della porosità finale dei mattoni: maggiore è la porosità minore è la conducibilità termica e di conseguenza maggiore è la capacità isolante. D altra parte, all aumentare della porosità, diminuisce la resistenza meccanica. Un altra importante classe di materiali è quella dei compositi, costituiti da almeno due componenti presenti in fasi differenti (v. Fig. 2.11). Uno dei materiali costituisce la fase matrice, generalmente dura e duttile, e l altro o gli altri la fase rinforzante o dispersa, generalmente forte e di bassa densità. La combinazione consente di raggiungere caratteristiche che i singoli materiali non possiedono. La fase matrice può essere costituita da metalli, polimeri o materiali ceramici. In base alla natura della fase rinforzante si possono classificare in compositi rinforzati con particelle, con fibre o strutturali. TIPO DI REFRATTARI CARATTERISTICHE argille refrattarie Costituite da allumina (Al2O3) e silice (SiO2). I mattoni vengono utilizzati per il rivestimento interno di forni industriali in maniera da non esporre alle elevate temperature gli acciai delle strutture. refrattari di silice Costituiti soprattutto da silice, vengono detti anche refrattari acidi. Possono sopportare carichi elevati fino a 1600°C. Non sono adatti agli ambienti basici. refrattari basici Ricchi in magnesia (MgO) sono resistenti agli agenti basici. Utilizzati negli altiforni per la produzione di acciaio. refrattari speciali Comprendono materiali di natura diversa come ossidi ad elevata purezza (Al2O3, SiO2, BeO, ZrO2, etc.), carburi (SiC) utilizzati per crogiuoli e per componenti di forni, carbonio e grafite di elevate caratteristiche refrattarie, ma utilizzabili sino a 800°C in ambiente privo di ossigeno. Tab. 2.15 02a CAPITOLO_015-055.indd 39 Caratteristiche dei materiali refrattari. 27/04/12 11.26 

“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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