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

424 12   Misura e controllo nei processi chimici   chiaro che se vogliamo che la pompa eroghi la portata di progetto dobbiamo dotare il sistema di tutti i mezzi adatti a misurare il valore della portata erogata e ad intervenire qualora tale valore risultasse diverso da quello stabilito. In questo specifico caso, le fasi per attuare una strategia di regolazione possono essere: 1. stabilire il valore di riferimento per la portata; 2. misurare la portata erogata dalla pompa; 3. confrontare la portata misurata con quella di riferimento; 4. agire sulla valvola di regolazione se c è una differenza tra portata misurata e portata di riferimento. Funzionalità principali dei sistemi di controllo 12a CAPITOLO_421-496.indd 424 Questa strategia di controllo può essere attuata anche da un operatore che, conoscendo il valore di portata da mantenere, legga il valore della portata sullo strumento ed agisca manualmente sulla valvola di regolazione. Se è un sistema poco soggetto a disturbi, se sono tollerabili fluttuazioni più o meno ampie della portata, se è un impianto che è in funzione solo per limitati periodi di tempo, sicuramente può essere ammissibile anche un controllo manuale. Se, come spesso accade, bisogna continuamente correggere la portata per evitare eccessive fluttuazioni se è un impianto continuo in funzione 24/24 h, non si può fare a meno di un sistema di controllo automatico, anche perché raramente c è solo una pompa da regolare. In relazione alla complessità di un impianto si possono pertanto avere anche centinaia e migliaia di controlli. La diffusione dell elettronica digitale ha reso disponibili sistemi di controllo sempre più potenti e a basso costo, tanto che possiamo trovarli in tanti ambienti, anche in quello domestico: il controllo della temperatura dell acqua calda nello scaldabagno, della temperatura e dell umidità dell aria nei climatizzatori, del livello dell acqua in un serbatoio condominiale, dell apertura delle porte in un ascensore e così via. In generale, le funzionalità principali, assicurate dai moderni sistemi di controllo automatico dei processi industriali, sono le seguenti. n Mantenimento dello stato stazionario.   una funzione di base, specie per i processi continui. Il sistema di controllo, attraverso apposite regolazioni, contrasta l azione di tutte quelle fluttuazioni, dette disturbi, dei parametri che influenzano il processo, quali le caratteristiche delle materie prime (composizione, temperatura, ecc.), le prestazioni delle apparecchiature, le condizioni ambientali (temperatura, umidità, ecc.). n Cambiamento delle condizioni operative.   spesso richiesto, per adattare la produzione a nuove specifiche o a diversi volumi produttivi, per utilizzare un impianto per altre lavorazioni, ecc. Le variazioni dei valori di riferimento dei parametri operativi sono tipiche dei processi discontinui. n Messa in marcia e fermata. Sono operazioni che diventano critiche con impianti anche non molto complessi e che sono attuabili correttamente solo con l ausilio di un sistema di controllo automatico. n Monitoraggio e archiviazione dati. Grazie ai computer tutti i parametri e tutti gli interventi sono archiviati e resi disponibili agli operatori autorizzati. Risulta molto semplice visualizzare l andamento dell impianto del giorno o della settimana precedente o anche di anni addietro. 27/04/12 12.05 

425 12.2   Definizioni principali n Sicurezza. Di primaria importanza. Tutte le possibili disfunzioni sono segnalate da allarmi che richiedono l intervento del personale. Se le disfunzioni mettono a rischio la sicurezza delle persone, dell ambiente e delle apparecchiature il sistema di controllo interviene automaticamente con procedure di blocco, fino alla fermata in emergenza dell impianto. 12.2 DeFiniZioni PrinciPali Termini come  sistema  e  processo  sono utilizzati spesso trattando di controllo automatico. Precisamente un sistema è l insieme di elementi che, operando in concorso tra loro, permettono di raggiungere un particolare obiettivo (p.e. un impianto di filtrazione, di trasporto pneumatico, ecc.). Mentre il processo è l insieme di operazioni che nel tempo permettono di raggiungere tale obiettivo (p.e., la filtrazione, il trasporto pneumatico, ecc.). Per il controllo automatico il sistema e il processo da considerare sono solo quella parte interessata allo specifico controllo (p.e., di portata, di livello, ecc.). Sistemi e processi hanno ingressi e uscite. Le variabili in ingresso si possono considerare stimoli applicati dall esterno al sistema sotto controllo che producono specifiche risposte, che costituiscono le variabili in uscita. Quindi tra ingressi e uscite c è una relazione di causa-effetto (v. Fig. 12.2). Variabili in ingresso (disturbi) Variabili in ingresso Variabili in uscita PROCESSO (Manipolate o controllanti) Fig. 12.2 (Controllate e/o misurate) Variabili in ingresso e in uscita da un processo. Le variabili in ingresso possono essere: n variabili manipolate: sono variate dal sistema di controllo (o da un operatore) per attuare l azione di controllo. Queste variabili sono dette anche controllanti e sono sempre misurabili; n disturbi: non sono manipolabili dal sistema di controllo del processo e possono non essere misurabili. Nei processi industriali le tipiche variabili in ingresso sono grandezze caratteristiche delle correnti di materia e/o energia che fisicamente possono essere entranti o uscenti dal processo, spesso sono portate, ma anche corrente elettrica, tensioni, ecc. Le variabili in uscita sono quelle grandezze fisiche o chimiche che permettono di caratterizzare il processo, dipendenti da quelle in ingresso. Le variabili in uscita più comuni nei processi chimici sono livello, portata, pressione, temperatura, composizione. Sono sempre misurabili. Alcune sono controllate manipolando la variabile controllante da cui dipendono. 12a CAPITOLO_421-496.indd 425 27/04/12 12.05 

“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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