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

404 10   Le basi chimico fisiche delle operazioni unitarie: La teoria cinetica dei gas esercizio 8 A John William Rayleigh, un importante fisico vissuto tra la fine dell 800 e gli inizi del  900, sono dovute importanti scoperte scientifiche, quali, ad esempio, la prima determinazione di un valore sufficientemente approssimato del numero di particelle presenti in una mole di sostanza (il Numero di Avogadro). Si guadagnò il premio Nobel per la Fisica nel 1904 grazie alla scoperta della presenza dell argon nell atmosfera. Per ottenere le prove scientifiche di questa presenza partì da un campione di aria ed eliminò per assorbimento chimico tutti i gas di cui conosceva la presenza, ossigeno, azoto, anidride carbonica e vapor d acqua. Ottenne così un gas residuo la cui densità era 1,63 g/L alla temperatura di 25°C ed alla pressione di 1 atm. Determinare la massa molare di questo gas.   sufficiente applicare la (10.12) che stabilisce la relazione tra massa molare e densità di un gas a determinate condizioni di temperatura e pressione.   = P  M R T Da cui, esplicitando la massa molare: Molto vicino alla misura odierna della massa molare atomica dell argon, pari a 39,948 g/mol. esercizio 9 Il GPL (gas di petrolio liquefatto) è un combustibile costituito da una miscela i cui componenti principali sono propano e butano, con tracce di altri gas. Il GPL è gassoso a pressione atmosferica ma può facilmente liquefare a pressioni relativamente basse (già intorno a 200 kPa). Una bombola contiene GPL gassoso alla pressione di 150 kPa. Determinare le frazioni molari di propano e butano se la pressione parziale del propano è pP = 100 kPa. Le leggi di Dalton sulle miscele gassose, espressioni (10.13) e (10.20), consentono di determinare frazioni molari e pressioni parziali. Calcolo pressione parziale butano Dove si è indicato con pb la pressione parziale del butano. Per la legge di Dalton sulle miscele gassose la pressione totale è data dalla somma delle pressioni parziali. Calcolo frazioni molari pP 100 kPa = = 0, 67 Ptot 150 kPa p 50 kPa yB = B = = 0, 33 Ptot 150 kPa yP = 10b CAPITOLO_401-406.indd 404 27/04/12 12.01 

405 Esercizi esercizio 10 Una bombola del volume di 50 L contiene 100 g di azoto alla pressione di 200 kPa. Determinare la velocità quadratica media.   sufficiente applicare la (10.38) ed esplicitare la velocità quadratica media. Dati V = 50 L = 0,050 m3 P = 200 kPa = 200000 Pa = 200000 N/m2 = 200000 (kg   m   s 2)/m2 mAz = 100 g MN2 = 28 g /mol = 0,028 kg/mol La conversione della massa molare in kg/mol è necessaria per la coerenza dimensionale dell espressione (10.38). Calcolo velocità quadratica media nN2 = mN2 100 g = = 3, 57 mol MN2 28 g/mol P = v2 = 1 nMm v 2 da cuii: 3 V 3 P  V 3   200000 N/m2   0, 05 m3 = = 300000 m2/s2 n   MN2 3,57 mol   0, 028 kg/mol esercizio 11 Determinare la velocità quadratica media delle molecole di azoto alla temperatura di 20°C. Dati T = 293 K MN2 = 28 g/mol = 0,028 kg/mol Calcolo velocità quadratica media Dalla (10.39) si ottiene: 1 Mm v 2 = RT 3 (10.39) La radice della velocità quadratica media, anche se non rappresenta in maniera esatta la velocità media della molecole, ne può fornire comunque un valore con un approssimazione del 10%. v = 10b CAPITOLO_401-406.indd 405 v 2 = 511 m /s 30/07/12 15.52 

“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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