Silvestro Natoli

Mariano Calatozzolo

Le nuove indicazioni ministeriali dell’indirizzo “Chimica, Materiali e Biotecnologie” articolazione “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. I fondamenti chimico-fisici delle operazioni unitarie: il primo principio della termodinamica

1.1 Definizioni e concetti fondamentali

1.2 Temperatura e calore: il principio zero

1.3 L'energia interna e il primo principio

1.4 Il calore specifico

1.5 Entalpia

1.6 Applicazioni del primo principio

Glossario

Esercizi

2. Bilanci di materia ed energia

2.1 Le equazioni di bilancio ed i principi di conservazione

2.2 I bilanci di materia

2.3 Bilanci di energia nei sistemi aperti in cui non si realizzano reazioni chimiche

3. Il trasferimento di calore

3.1 Equazioni di trasferimento

3.2 La conduzione

3.3 La convezione

3.4 Trasmissione di calore per irraggiamento

3.5 Applicazione delle equazioni di bilancio e di trasferimento

3.6 Isolamento termico

4. Le apparecchiature per lo scambio termico

4.1 Gli scambiatori di calore

4.2 Gli scambiatori a doppio tubo

4.3 Gli scambiatori a fascio tubiero

4.4 Altri tipi di scambiatori

4.5 I condensatori e ribollitori

4.6 Il vapore e il trasferimento di energia termica

4.7 Il controllo della temperatura negli scambiatori

5. I fondamenti chimico-fisici dei processi: il secondo ed il terzo principio

5.1 Le macchine termiche

5.2 Secondo principio. gli enunciati di kelvin-planck e clausius

5.3 Il ciclo di carnot

5.4 L'entropia

5.5 Frigoriferi e pompe di calore

5.6 Bilancio entropico

5.7 L'energia “libera” – lavoro ed equilibrio

6. Il trasporto dei gas

6.1 Il lavoro di compressione

6.2 Le apparecchiature per il trasporto dei gas

7. I fondamenti chimico-fisici delle operazioni unitarie: i diagrammi di fase

7.1 I diagrammi di fase di sostanze pure: l'acqua

7.2 Evaporazione ed ebollizione di sostanze pure

7.3 L'equilibrio liquido-vapore nelle soluzioni

8. Concentrazione e cristallizzazione

8.1 Aspetti generali della concentrazione

8.2 Impianti di evaporazione a singolo effetto

8.3 Il comportamento reale delle soluzioni

8.4 Influenza delle variabili di processo

8.5 Gli impianti a multiplo effetto

8.6 Bilanci e dimensionamento degli evaporatori a multiplo effetto

8.7 Evaporazione per ricompressione meccanica del vapore

8.8 Caratteristiche costruttive degli evaporatori

8.9 Le apparecchiature ausiliarie

8.10 Gli schemi di controllo negli impianti di evaporazione

8.11 La cristallizzazione

9. Essiccamento

9.1 Generalità e ambiti applicativi

9.2 I processi in fase gassosa: la psicrometria

9.3 Parametri termometrici dell'aria umida

9.4 Il diagramma psicrometrico

9.5 Le trasformazioni dell'aria umida

9.6 Le caratteristiche interne dei solidi umidi

9.7 Bilanci di materia ed energia nell'essiccamento

9.8 Classificazione e caratteristiche degli essiccatori

9.9 La liofilizzazione

9.10 Il controllo negli impianti di essiccamento

9.11 Le torri di raffreddamento

10. I fondamenti chimico-fisici dei processi: la termodinamica chimica

10.1 Il primo principio e la termochimica

10.2 Spontaneità ed equilibrio chimico

11. I fondamenti chimico-fisici dei processi: cinetica chimica, catalisi, reattori

11.1 La velocità di reazione

11.2 Velocità di reazione e concentrazione

11.3 Velocità di reazione e temperatura

11.4 La velocità di reazione al variare di concentrazione e temperatura

11.5 Catalisi e catalizzatori

11.6 I reattori chimici

12. Processi industriali

12.1 Idrogeno e gas di sintesi

12.2 La sintesi dell'ammoniaca

288 6   Il trasporto dei gas 6.2 LE APPARECCHIATURE PER IL TRASPORTO DEI GAS Le macchine impiegate per il trasporto dei gas possono essere classificate in base al rapporto di compressione tra mandata e aspirazione. Una comune classificazione proposta dalla ASME (American Society of Mechanical Engineers) è riportata in Fig. 6.3.  c   1,1 Centrifughi Ventilatori A flusso assiale Macchine per il trasporto gas 1,1    c   1,20 Centrifughi Soffianti A flusso assiale A palette Alternativi Ad anello liquido Volumetrici Rotativi 1,20    c A vite Compressori A lobi Centrifughi Dinamici A flusso assiale Fig. 6.3 Classificazione delle macchine per il trasporto dei gas. 6.2.1 Ventilatori e soffianti Ventilatori centrifughi I ventilatori sono impiegati soprattutto per il trasporto di aria, lo scarico di fumi di combustione o il raffreddamento di apparecchiature. Si possono avere ventilatori elicoidali (Fig. 6.4a) o ventilatori centrifughi (Fig. 6.4b). I primi sono a flusso assiale e possono trasportare, in funzione delle dimensioni, portate sino a 80000 m3/h di gas impartendo una pressione in mandata strettamente sufficiente a superare le perdite di carico del condotto e normalmente non superiore a 1000 Pa. I ventilatori centrifughi presentano un principio di funzionamento analogo a quello delle pompe centrifughe e sono costituiti da una carcassa entro cui ruota una girante. Questa può essere a palette radiali, indicate per correnti a temperature relativamente elevate ed eventuale presenza di polveri, a palette ad azione, rivolte in avanti, indicate per aria pulita e fumi non polverosi, e palette a reazione, o rovesce, che riescono a procurare aumenti di pressione maggiori anche a basse portate. 

289 6.2   Le apparecchiature per il trasporto dei gas In base alle dimensioni i vari tipi di ventilatori possono trasportare da 1 m3/s sino a 20 m3/s di gas, con un aumenti della pressione che possono andare da 1 Pa sino a 4000 Pa. a) Fig. 6.4 Soffianti Fig. 6.5 b) a) Ventilatore elicoidale; b) ventilatore centrifugo. Le soffianti possono raggiungere pressioni in mandata più elevate con un campo di portate, in funzione delle dimensioni, sempre molto ampio. Molto comune è la soffiante Root, una soffiante volumetrica il cui funzionamento è molto simile a quello di una pompa a lobi. Possono essere usate in campo di portate ampio, da 30 a 80000 m3/h di aria, e innalzare la pressione dei gas di 1 bar. Un problema comune a molte soffianti e compressori è la presenza di tracce di lubrificante sui gas in mandata. In questo tipo di soffianti i lobi si muovono senza attrito tra loro e con l armatura. Pertanto i gas in uscita risultano privi di lubrificante. Inoltre, queste soffianti possono essere impiegate anche come macchine da vuoto, per gradi di vuoto fino a 500 mbar. Un modello di soffiante volumetrica con caratteristiche simili è la soffiante a vite, anche questa con gas esenti da olio. Principio di funzionamento delle soffianti Root. 

Le nuove indicazioni ministeriali per "Chimica e Materiali" influenzano il manuale, mantenendo i punti chiave ma consentendo flessibilità.

Tecnologie chimiche industriali

Tecnologie chimiche industriali, Vol. 2

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