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

396 10   Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: la teoria cinetica dei gas Gas ideale Applicando l equazione di stato dei gas ideali (10.7), si ottiene: P = 45,45 mol   0,0821 atm/(mol   K)   298 K n R T = = 24,24 atm V 50   L Gas reale La Tab. 10.2 fornisce i valori delle costanti a e b della CO2 da inserire nell equazione di van der Waals. a = 3,59 atm   L2   mol 2 b = 0,043 L   mol 1 Ricavando la pressione dalla (10.53) si ottiene: P = P = nRT   n   a  V  (V   nb )   2   45,45 mol   0,0821 atm/(mol   K)   298 K   45,45 mol     3,59 atm   L2   mol  2     50 L   50 L   45,45 mol   0,043 L/mol   2   P = 20,18 atm 10.4 i diagrammi di aNdreWs Il comportamento degli aeriformi durante le varie trasformazioni può essere efficacemente illustrato nei piani di Clapeyron, in cui si pongono sulle ascisse i volumi V e sulle ordinate le pressioni P. Una trasformazione isocora (a volume costante) è rappresentata su questo piano da un segmento rettilineo verticale, una isobara (pressione costante) da un segmento rettilineo orizzontale, mentre le isoterme, rappresentate dalla Legge di Boyle P   V = cost, sono un tratto di iperbole equilatera (Fig. 10.9). Isocora Pressione T=K V =K Iso ter ma Fig. 10.9 Trasformazioni dei gas sul piano di Clapeyron. Isobara P=K Volume Intorno al 1870 il chimico Thomas Andrews studiò il comportamento di alcuni gas tra cui l anidride carbonica. Particolarmente interessanti sono i risultati relativi 10a CAPITOLO_371-400.indd 396 27/04/12 11.57 

397 10.4   I diagrammi di Andrews Temperatura critica Distinzione tra gas e vapori a trasformazioni isoterme condotte a diverse temperature e rappresentate su un piano di Clapeyron (Fig. 10.10) detto diagramma di Andrews. Immaginiamo, solo per comodità, di ottenere queste isoterme partendo da destra per valori di basse pressioni e alti volumi e valutare il volume man mano che aumenta la pressione. Come si può notare, per temperature relativamente elevate, al di sopra di circa 50°C, le curve sono molto simili ad una iperbole, ovvero alle isoterme di Boyle. Per temperature più basse, circa 40°C, la curva perde il tipico profilo di una iperbole e presenta una sella poco sotto 90 atm. Tuttavia per queste isoterme, per quanto bassa possa essere la pressione, non si ha alcuna condensazione. Invece, per temperature di 31°C e inferiori, l isoterma cambia radicalmente forma perché interviene la condensazione dell anidride carbonica quando la pressione ha raggiunto un determinato valore. Durante il passaggio di stato la pressione, oltre alla temperatura, si mantiene costante ed al passaggio di stato corrisponde un tratto orizzontale dell isoterma. Completata la condensazione il liquido risulta pressoché incomprimibile, per cui l isoterma è praticamente una retta verticale. La prima temperatura alla quale si verifica la condensazione è detta temperatura critica (Tc) e rappresenta una condizione limite del comportamento degli aeriformi. Al di sopra della temperatura critica gli aeriformi non possono condensare per semplice compressione, quale che sia il valore di pressione finale. Al contrario, al di sotto della temperatura critica è possibile, comprimendo a sufficienza, ottenere la condensazione. In questo caso il valore della pressione di inizio condensazione dipende dalla sostanza e dalla temperatura. Per un uso corretto dei termini, chiameremo gas un aeriforme al di sopra della temperatura critica, e quindi non condensabile, mentre chiameremo vapore un aeriforme che si trova sotto la sua temperatura critica. Una stessa sostanza può quindi essere gas o vapore. Ad esempio, l anidride carbonica sotto i 31°C è un vapore, mentre è un gas (non condensabile) sopra i 31°C. Pressione 48,1°C 32,6°C 35,5°C 31,1°C 24,1°C Fig. 10.10 10a CAPITOLO_371-400.indd 397 Diagramma di Andrews per l anidride carbonica. 13,1°C Volume 27/04/12 11.57 

“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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