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

52 2   Materiali per le tecnologie chimiche SERIE GALVANICA DEI METALLI Platino Oro Grafite Titanio Argento Acciaio inossidabile 316 (passivo) Acciaio inossidabile 304 (passivo) Sempre più inerte (catodico) Inconel (80Ni-13Cr-7Fe) (passivo) Nichel (passivo) Monel (70Ni-30Cu) Leghe rame-nichel (passivo) Bronzi (leghe Cu-Sn) Rame Ottoni (leghe Cu-Zn) Inconel (attivo) Nichel (attivo) Stagno Piombo Acciaio inossidabile 316 (attivo) Acciaio inossidabile 314 (attivo) Sempre più attivo (anodico) Ghisa Ferro ed acciaio Leghe di alluminio Cadmio Alluminio commercialmente puro Zinco Magnesio e leghe di magnesio Tab. 2.18 Serie galvanica di alcuni materiali. Molto comune è l uso di coperture metalliche con zinco o stagno descritto in Fig. 2.18. Acqua Zn2+ Zn2+ 2+ Zn Zn Zn2+ Zona anodica Zn2+ Zinco Zn   Zn2+ + 2e  Zona catodica e  Acciaio Fig. 2.18 02a CAPITOLO_015-055.indd 52 2+ Zn   Zn2+ + 2e  Zona catodica Zona anodica e  Copertura protettiva degli acciai con zinco. 27/04/12 11.26 

53 2.8   Prevenzione della corrosione Protezione catodica Nel caso dell acciaio zincato la superficie di acciaio viene ricoperta con zinco. In caso di scheggiatura che andrebbe a scoprire l acciaio questo funzionerebbe come catodo inerte per la riduzione dell ossigeno, mentre lo zinco, meno nobile del ferro, funzionerebbe da anodo ossidandosi. La protezione catodica è una tecnica utilizzata per contrastare qualunque forma di corrosione, particolarmente utile nella protezione di serbatoi e tubazioni interrati, come gli oleodotti, navi e piattaforme off-shore, come anche serbatoi e scambiatori di calore. La tecnica consiste nel forzare una corrente di elettroni verso il materiale da proteggere, che in questo modo non può funzionare da anodo. Come mostrato in Fig. 2.19, che si riferisce alla protezione di una tubazione interrata in acciaio al carbonio, il risultato si può ottenere in due modi. Una prima alternativa prevede il collegamento elettrico tra il ferro e un anodo  sacrificale , costituito da un metallo meno nobile come zinco o magnesio. Questi si ossideranno fornendo gli elettroni al ferro che agirà da catodo inerte e fornirà gli elettroni agli elettroliti presenti nel suolo. La seconda alternativa prevede il collegamento della tubazione al polo negativo di un generatore di corrente, che forzerà gli elettroni verso il ferro dell apparecchiatura impedendo così la reazione di ossidazione (2.7). Il polo positivo si collega ad un anodo che può essere sacrificale o anche  inerte . In questo caso la reazione di ossidazione sarà fornita dagli elettroliti del terreno, che chiudono il circuito. e  Mg2+ + Fe Fe2+ Mg a) Ad anodo sacrificale Fig. 2.19 legge di Faraday   Fe Lega ferrosa b) A corrente impressa Protezione catodica. La quantità di metallo perso all anodo sacrificale è data dalla legge di Faraday che stabilisce che la massa reagita durante un processo galvanico è proporzionale alla carica circolata: m= q M F z (2.18) Con m massa, q carica, M massa molare, F costante di Faraday detta equivalente elettrochimico pari a 96500 coulomb/mol, z numero di elettroni trasferiti. 02a CAPITOLO_015-055.indd 53 27/04/12 11.26 

“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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