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

364 8   Concentrazione e cristallizzazione Di conseguenza la superficie di scambio termico deve essere molto grande. Per lo stesso motivo anche l IPE non deve essere troppo elevato, in quanto si ridurrebbe il  T utile per il trasferimento di calore. Inoltre, è necessaria una fonte di calore esterna, da adoperare sia in fase di avviamento, sia durante l esercizio, ad integrazione del calore fornito dal vapore. Anche per questo è necessario mandare la condensa, ma anche la soluzione concentrata in uscita, in un preriscaldatore dell'alimentazione. Il calore di integrazione può essere fornito anche tramite una resistenza elettrica. bar MPa 400 600 100 60 40 PC 10 5 2 1 5 kPa 2 1 50 20 2600 kJ/kg 3600 kJ/kg T °C 10 kPa 2400 500 2200 3400 2000 400 5 1800 Liquido 3200 1600 TC 260 °C 300 2 C 1400 3000 C  1200 200 2800 800 TW 155 °C Te 115 °C 1 kPa 1000 600 100 400 D E 0,2 0,4 0,6 0,8 B A 2600 200 0 0 2 4 6 8 10   kJ/(K   kg) S, Fig. 8.17 Termocompressione La ricompressione meccanica sul diagramma entropico. In alternativa all uso di compressori, la ricompressione può essere effettuata anche con l ausilio di un eiettore. Ciò è particolarmente conveniente quando è necessario effettuare l operazione sottovuoto piuttosto che in pressione. Gli eiettori presentano il vantaggio di non avere parti meccaniche in movimento e di non richiedere, rispetto ai compressori, manutenzione frequente. Per contro, si devono usare quantità di vapore che eccedono quella necessaria per il fabbisogno termico. Inoltre, il vapore di rete impiegato per il funzionamento degli eiettori viene fornito sempre alla stessa pressione, per cui la termocompres- 

365 8.8   Caratteristiche costruttive degli evaporatori sione risulta poco flessibile e non possono essere variate le condizioni operative all interno dell evaporatore. VB Wf J1 V P Te TW E1 S C CB F G1 Fig. 8.18 8.8 S G2 Evaporazione in singolo effetto per termocompressione. CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE DEGLI EVAPORATORI Come si nota dalla Tab. 8.1, i materiali a cui si può applicare la concentrazione presentano caratteristiche e problemi molto diversificati correlati alla: n viscosità delle soluzioni; n sensibilità termica; n formazione di incrostazioni e depositi; n formazione di schiume e trascinamenti; n necessità di agitare e facilitare lo scambio termico. Per rispondere alle varie esigenze sono stati sviluppati un gran numero di evaporatori dalle caratteristiche differenti. Per studiarne le caratteristiche funzionali può essere utile la seguente classificazione: n Evaporatori a circolazione libera n Evaporatori a circolazione forzata n Evaporatori a film Tutti gli evaporatori in queste classi realizzano un riscaldamento indiretto, ovvero tramite vapore. In particolari applicazioni si possono attuare anche tecniche a riscaldamento diretto, come il riscaldamento solare, storicamente utilizzato nelle saline, o a combustione sommersa, storicamente impiegato per la concentrazione di acido solforico e fosforico. Gli evaporatori descritti di seguito utilizzano tutti vapore come vettore termico. L uso del vapore, come abbiamo accennato a proposito degli scambiatori di calore, 

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

Flowbooks è una piattaforma di distribuzione dedicata al mondo della scuola e dell'università.  Con questa piattaforma di distribuzione, il team di sviluppo Flowbooks  si impegna a soddisfare le esigenze degli utenti digitali, rendendo l'utilizzo accessibile e piacevole.  Entra nella tua area di interesse!

Edisco è una Casa editrice indipendente che opera prevalentemente nel settore educativo.

Edisco

Flowbooks è innovazione didattica a portata di click