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

382 10   Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: la teoria cinetica dei gas Densità di un gas ideale La legge di stato dei gas ideali può essere utilizzata per valutare la densità   di un gas in determinate condizioni di temperatura e pressione. Infatti, è possibile adattare la (10.7) moltiplicando i due membri per la massa molare Mm del gas. Ricordando che il prodotto tra moli di gas e massa molare fornisce la massa di gas, e che il rapporto tra massa e volume è la densità cercata, elaborando la (10.7) si ottiene: P   V   Mm = n   R   T   Mm P   Mm R  T  = = n   Mm V P   Mm R  T (10.12) esempio 10.7 Calcolare la densità P del metano, Mm = 16 g/mol, e del propano, Mm = 44 g/mol, alla temperatura di 20°C ed alla pressione atmosferica.   sufficiente applicare la (10.12) nei due casi: Metano  metano = P   Mmetano 101325 Pa   16 g/mol = = 666 g/m 3 = 0,666 kg/L R T 8,31 J/(mol   K)   293 K Propano  propano = P   Mpropano R T = 101325 Pa   44 g/mol = 1831 g/m 3 = 1,831 kg/L 8,31 J/(mol   K)   293 K Confrontando le densità calcolate con quella dell aria di 1,29 kg/L, come si vedrà nell esempio 10.8, si può concludere che il metano essendo meno denso tende ad andare verso l alto, mentre all opposto il propano tende a stare al suolo. 10.1.5 Legge di dalton sulle miscele di gas Pressione parziale 10a CAPITOLO_371-400.indd 382 Spesso le operazioni unitarie riguardano miscele di gas o vapori. John Dalton si interessò allo studio delle miscele gassose ed in particolare del contributo di ogni singolo componente alla pressione totale. A questo scopo introdusse determinate quantità di gas in un recipiente di determinato volume V misurando la pressione totale. Successivamente Dalton introdusse nello stesso volume V singolarmente ciascun gas nelle stesse quantità usate precedentemente, quando i gas erano presenti tutti insieme. In questo modo misurò la cosiddetta pressione parziale, ovvero la pressione che il componente di una miscela gassosa determinerebbe se occupasse da solo l intero volume a disposizione della miscela. 27/04/12 11.57 

383 10.1   Le leggi empiriche dei gas ideali Il risultato delle misurazioni indicò che la pressione totale, ovvero quella misurata introducendo i gas tutti insieme, era ottenuta dalla somma delle pressioni parziali. Per esempio, per una miscela di gas A e B, indicando con pA la pressione parziale del gas A e pB quella del gas B, si ha: Ptot = p A + pB (10.13) Possiamo ottenere un ulteriore importante relazione applicando la legge di stato al recipiente contenente i due gas insieme e successivamente al recipiente contenente i due gas presi singolarmente, ottenendo: gas insieme Ptot   V = ( n A + n B )   R   T (10.14) solo gas A pA   V = n A   R   T (10.15) solo gas B pB   V = n B   R   T (10.16) Dividendo la (10.15) per la (10.14) e semplificando i termini uguali otterremo: nA pA = (10.17) Ptot ( n A + n B ) pA = yA ; pA = yA . Ptot Ptot Ed analogamente, dividendo la (10.16) per la (10.14), si avrà: nB pB = Ptot ( n A + n B ) pB = yB ; pB = yB   Ptot Ptot (10.18) (10.19) (10.20) Dove si è indicato con yA e yB rispettivamente le frazioni molari del gas A e del gas B nella miscela. Le (10.18) e la (10.20) indicano che le pressioni parziali di ciascun componente sono ottenute moltiplicando la pressione totale per le rispettive frazioni molari. pA = Ptot   yA e pB = Ptot   yB esempio 10.8 I costituenti principali dell aria sono l azoto per 78,08%, l ossigeno per il 20,95% e l argon per lo 0,93% con tutte le percentuali in volume. Tutti gli altri costituenti sono presenti in quantità trascurabili pari ad una percentuale totale di 0,04%. Determinare le pressioni parziali esercitate dai singoli componenti, la massa molare media e la densità media dell aria alla pressione di 1 atm. Innanzitutto bisogna sottolineare che per le miscele gassose, ad assegnati valori di pressione e temperatura, le frazioni volumetriche coincidono con le frazioni molari. Infatti applicando la (10.7) ai singoli gas immaginati alle stesse condizioni: P   VO2 = nO2   R   T P   (VO2 + VN2 + VAr ) = (nO2 + nN2 + nAr )   R   T 10a CAPITOLO_371-400.indd 383 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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