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

64 3   Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: diagrammi di stato e materiali Regola della leva un solido di composizione C0, e che descrive lo stato di equilibrio sulla linea di corrispondenza tra il liquido L, di composizione CL, ed il solido S di composizione CS. Le quantità percentuali di fase liquida e solida si ottengono dalla regola della leva, così detta perché analoga ai risultati ottenuti applicando l equilibrio dei momenti ad una leva di fulcro C0, cui sono applicate forze proporzionali ai valori delle composizioni percentuali e aventi bracci R ed S. Dall elaborazione algebrica di questa condizione di equilibrio si ottengono le espressioni: frazione liquida = Cs   C 0 C s   CL (3.1) frazione solida = C0   C L C s   CL (3.2) Liquido 1300 Temperatura (°C) Linea coniugata corrispondente  +liquido B    +liquido 1200 S R   20 30 40 CL C0 50 CS Composizione (% in massa Ni) Fig. 3.2 Regola delle fasi Particolare del diagramma di stato rame-nichel ad 1 atm. Alcuni parametri implicati nei diagrammi di stato, come numero di componenti, numero delle fasi e numero delle variabili di stato, sono legati da una relazione chiamata regola delle fasi. V=C F+N Dove Varianza 03a CAPITOLO_059-070.indd 64 (3.3) V è la varianza o numero di gradi di libertà C il numero dei componenti (elementi o composti) F il numero delle fasi N il numero delle variabili fisiche (non si considera la composizione) La varianza V rappresenta il numero di variabili sufficienti a definire lo stato del sistema. Il numero di variabili fisiche N considerate può essere 2, temperatura 27/04/12 11.29 

65 3.2   Diagrammi di stato per soluzioni solide e pressione, o, in questo tipo di diagrammi di stato in cui la pressione è fissata, 1, ovvero solamente la temperatura. La regola delle fasi, pertanto, si può scrivere: V=C F+1 (3.4) Applicando la regola delle fasi al punto A della Fig. 3.1 in cui si hanno due componenti, il rame ed il nichel, e una fase solida otteniamo: V=2 1+1=2 (3.5) Ovvero, per definire lo stato di un sistema con due componenti ed una fase sono sufficienti due variabili, la temperatura e la composizione. Per i punti sulle curve di liquidus o solidus si hanno 2 fasi e 2 componenti. Applicando la regola delle fasi si ottiene una varianza pari ad 1. Ciò significa che è sufficiente definire una variabile, temperatura o, in alternativa, composizione: il valore dell altra variabile sarà vincolato dal fatto che il punto dovrà trovarsi sulla curva. 3.2 Curve di solvus 03a CAPITOLO_059-070.indd 65 DIAGRAMMI DI STATO PER SOLUZIONI SOLIDE PARZIALMENTE MISCIBILI In molte leghe la miscibilità degli elementi allo stato solido è molto parziale con limiti che dipendono dalla temperatura ed il diagramma di stato assume una forma particolare. Un esempio è rappresentato in Fig. 3.3, relativo alle leghe rame-argento. Le zone riconoscibili sono la fase solida  , in cui la soluzione solida è costituita dal rame, che rappresenta il solvente, che può sciogliere una limitata quantità di argento, elemento che costituisce il soluto. La fase solida b, al contrario, rappresenta soluzioni solide di rame, il soluto presente in più limitata quantità, in argento, il solvente. Le curve BC e GH, che delimitano le fasi solide   e b al di sotto del segmento BEG, sono dette curve di solvus, e rappresentano i limiti di solubilità in funzione della temperatura. Ad esempio, alla temperatura di 779°C si ha il massimo di solubilità dell argento nel rame (8,0% in massa). Alla stessa temperatura si ha il massimo di solubilità del rame nell argento (8,8% in massa). La zona all interno delle due curve di solvus delimita il campo di immiscibilità allo stato solido. Punti come il punto P indicato in figura, non rappresentano una soluzione solida, ma un sistema costituito da due fasi distinte, la fase   e la fase b, con le composizioni date dalle curve di solvus e le percentuali in massa delle due fasi ottenute dalla regola della leva. Al di sopra del segmento BEG si hanno le consuete curve di solidus e liquidus, che racchiudono le zone bifasiche   + L a sinistra e b + L a destra, e, al di sopra delle curve di liquidus, la zona monofasica delle soluzioni liquide. Raffreddando una soluzione liquida rappresentata dal punto Q, si raggiunge la curva di liquidus dove si comincia a separare una fase solida   in equilibrio con il liquido L. Proseguendo il raffreddamento si procede attraverso una serie di stati di equilibrio tra fase liquida, lungo la curva A-E, e fase solida   lungo la 30/07/12 15.17 

“Chimica, Materiali e Biotecnologie” con le nuove indicazioni ministeriali dell’indirizzo ispirandosi ad una logica di “razionalizzazione”

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