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

392 10   Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: la teoria cinetica dei gas che può essere riscritta nella forma: PV =1 nRT (10.46) Molti gas in realtà mostrano un comportamento che può deviare significativamente dalla idealità. In riferimento ad un determinato stato i valori delle variabili P, V e T che lo definiscono, sostituiti nella (10.46), possono fornire un valore molto diverso da 1. Risulta utile per i gas reali definire un fattore di comprimibilità così espresso: Z= PV nRT (10.47) Z= PVm RT (10.48) o anche Fattore di comprimibilità dove Vm è il volume molare definito al § 10.1.3. I dati relativi a diversi stati ad uguale temperatura si possono diagrammare rappresentando sulle ascisse le pressioni e sulle ordinate il prodotto PV. Il risultato è illustrato in Fig. 10.7. Come si può notare i gas N2, CH4 e CO2 mostrano un valore di Z inferiore a 1 (deviazione negativa) per valori di pressione relativamente bassi. Superato un certo valore di pressione a cui si manifesta un valore di comprimibilità minimo (P* nella curva della CO2) Z ricomincia a crescere evidenziando deviazioni positive. In ogni caso un ipotetico gas ideale dovrebbe esibire un fattore uguale ad 1 a qualunque pressione. N2 2,0 Z= CH 4 PVm H2 RT CO 2 1,5 Comportamento dei gas ideali 1,0 0,5 Zmin P* Fig. 10.7 10a CAPITOLO_371-400.indd 392 200 400 600 800 P (atm) Fattore di comprimibilità a 300 K per alcuni gas reali. 30/07/12 15.47 

393 10.3   Il comportamento dei gas reali Cambiando la temperatura il comportamento dei gas cambia avvicinandosi a quello ideale (comprimibilità uguale ad 1) quando le temperature crescono (v. Fig. 10.8). 3,0 200 K Z= PVm 500 K RT 2,0 1000 K Gas ideali 1,0 600 300 Fig. 10.8 900 P (atm) Fattore di comprimibilità dell azoto a diverse temperature. 10.3.2 correzioni al modello cinetico-particellare Assegnando determinati valori a pressione e temperatura è possibile confrontare i volumi risultanti per un gas ideale, secondo la legge di stato (10.46), e per un gas reale secondo la (10.47) ottenendo: Fattore di comprimibilità e volume nei gas reali 10a CAPITOLO_371-400.indd 393 Videale = nRT P (10.49) Vreale = nZRT P (10.50) I dati sperimentali relativi al fattore di comprimibilità indicano che alcuni gas, a pressioni relativamente basse, presentano fattore di comprimibilità inferiore ad 1. Di conseguenza, confrontando la (10.49) e la (10.50), il gas avrà un volume reale inferiore a quello calcolato come gas ideale nelle stesse condizioni di temperatura e pressione. In altre parole, in quelle condizioni le sue molecole si trovano mediamente più vicine tra loro rispetto a quelle di un gas ideale. Riferendosi alla Fig. 10.6, questo è il caso del metano sino a circa 380 atm e dell anidride carbonica sino a circa 500 atm. A valori di pressione più elevati si ha Z > 1 e tutti i gas reali mostrano volumi superiori rispetto al comportamento ideale. 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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