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

432 12   Misura e controllo nei processi chimici Quando LIC-1 è su OFF il livello scende per effetto del disturbo; quando è su ON il livello risale in quanto la portata della corrente 1 (controllante) è superiore al disturbo. Per calcolare il tempo in cui il controllore è su OFF, partiamo da un livello del liquido a 5,5 m con LIC-1 su OFF. Il serbatoio si svuota per effetto della corrente 2 che ha una portata costante F2 = 0,020 m3/s, mentre la corrente 1 ha portata nulla perché LIC-1 è su OFF. Poiché la sezione del serbatoio è A = 4 m2, la velocità con cui si abbassa vale: v2 = 0,020 m3/s F2 = = 0,005 m/s 4 m2 A Il tempo in cui il LIC-1 resta su OFF è pari al tempo che impiega il livello a calare dall estremo superiore del differenziale a quello inferiore. Poiché la portata è costante, anche la velocità sarà costante; tenendo presente che la banda differenziale è bd = 1m, il tempo per attraversarla in discesa è: bd 1m tOFF = = = 200 s v2 0,005 m/s Quando LIC-1 commuta su ON, la portata della corrente 1 è F1 = 0,028 m3/s e contribuisce allo spostamento del livello con una velocità verso l alto: v1 = 0,028 m3/s F1 = = 0,007 m/s 4 m2 A In questa fase il livello si sposta con una velocità che è la risultante della somma vettoriale di v1 e v2. Poiché v1 è rivolta verso il basso e v2, maggiore di v1, è rivolta verso l alto, la risultante, vON, è pari alla differenza delle due velocità e rivolta verso l alto: vON = v1   v2 = 0,007   0,005 = 0,002 m/s Il tempo in cui LIC-1 resta su ON è pari al tempo che impiega il livello ad attraversare la banda in salita: bd 1m tON = = = 500 s v ON 0,002 m/s Livello, m Possiamo tracciare ora il grafico richiesto. Utilizziamo la stessa scala dei tempi per la variabile controllata e controllante; possiamo limitare la scala del livello praticamente alla banda differenziale, in modo da evidenziare la parte che va da 4,5 a 5,5 m con delle linee orizzontali. Tracciamo l andamento della controllata tenendo presente che, per scendere da 5,5 a 4,5 m, il livello impiega 200 s, mentre per salire ne impiega 500. Sotto il livello tracciamo l andamento della controllante che commuta da OFF a ON quando il livello, scendendo, tocca 4,5 m e da ON a OFF, quando, in salita, tocca i 5,5 m (Fig. 12.11). 6 5,5 5 4,5 Fig. 12.11 12a CAPITOLO_421-496.indd 432 Andamento della variabile controllata e controllante relativo al controllo di livello dell Esempio 12.2. ON OFF 0 500 1000 1500 t, s 2000 2500 Controllante 4 3000 27/04/12 12.05 

433 12.5   Rappresentazione degli anelli di regolazione Dall esempio precedente possiamo notare come, in presenza di disturbi costanti, la controllata oscilli sostanzialmente entro il limite della zona morta, anche se, in casi reali, gli inevitabili ritardi portano un po  d inerzia, per cui la commutazione ON-OFF avviene quando si supera di poco la banda. Inoltre, con un serbatoio di diametro maggiore, le oscillazioni sarebbero state più contenute. 12.5 Simboli UNICHIM Fig. 12.12 raPPresentaZione DeGli anelli Di reGolaZione Per descrivere processi e impianti chimici si utilizzano schemi che rappresentano un modo immediato e chiaro per comunicare sinteticamente la maggiore quantità di informazioni possibili. Esistono diverse tipologie di schemi che sono trattati nell Appendice 1, insieme alle norme UNICHIM, a cui si rimanda. In questo paragrafo affronteremo gli elementi di base per la rappresentazione degli anelli di regolazione negli schemi di processo. Gli schemi di processo si riferiscono più al processo piuttosto che a uno specifico impianto, pertanto contengono solo le apparecchiature e le linee principali. Della strumentazione, si riporta solo quella di controllo in modo semplificato (p.e., senza trasduttori, trasmettitori, ecc.). Tuttavia, se la comprensione del processo lo richiede, si può riportare l azione delle valvole (aria apre/chiude, v. Cap. 7) e altra strumentazione. Nelle pagine precedenti abbiamo già visto alcuni esempi di schemi di regolazione. La strumentazione è rappresentata con una sigla racchiusa in un cerchio ed è connessa al processo con un breve tratto sottile; la connessione agli attuatori (valvole) o ad altra strumentazione è realizzata con una linea strumentale; negli schemi di processo, in mancanza di specifiche indicazioni, si utilizza quella per i segnali pneumatici (Fig. 12.12). LIC 1 FC 1 TC 1 a) b) c) d) e) f) Esempi di simboli UNICHIM di strumentazione e linee strumentali: a) regolazione e indicazione di livello; b) regolazione di portata con flangia tarata come elemento primario; c) regolazione di temperatura; d) connessione al processo; e) segnale pneumatico o segnale indefinito per schemi di processo; f) segnale elettrico. La prima lettera della sigla identifica la variabile misurata e/o controllata, le lettere successive identificano letture, funzioni passive, funzioni di uscita dello strumento (v. Tab. 12.2). Nella seconda riga si riporta la numerazione dell anello di tipo seriale, di solito, in base alla prima lettera. Tutta la strumentazione di un anello di regolazione è identificata con lo stesso numero (raramente negli schemi di processo è necessario riportare strumentazione accessoria). Così considerando l anello LIC-1 si ha: 12a CAPITOLO_421-496.indd 433 27/04/12 12.05 

“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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