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

46 esercizi Capitolo 1 esercizio 1 Una stufa elettrica della potenza di 1000 W viene accesa in una stanza perfettamente isolata termicamente dall esterno. Nella stessa stanza è in funzione un ventilatore da 50 W. Determinare la variazione di energia interna dopo 2 h ipotizzando che nessun oggetto o persona entri o esca dalla stanza nel periodo considerato (v. Fig. 1.26). Definizione del sistema Il nostro sistema è costituito dalla stanza e da tutto quello che è contenuto all interno e costituisce un sistema chiuso (per l assenza di scambi di materia) e adiabatico (per il perfetto isolamento termico). Lavoro meccanico Wm Superficie di controllo We Lavoro elettrico Fig. 1.26 Applicazione primo principio Essendo il sistema adiabatico non vi sono termini di calore in ingresso o uscita. L energia immessa dalla stufa viene considerata come lavoro elettrico. Calore scambiato Q  = 0 Lavoro meccanico W  m =  50 W Lavoro elettrico W  e =  1000 W Primo principio  U  =  W  tot =  W  e   W  m =  ( 1000) W   (   50) W = 1050 W = 1,05 kW Variazione energia interna  U =  U    t = 1,05 kW   7200 s = 7560 kJ 

47 Esercizi esercizio 2 Il forno di una cucina è provvisto di una resistenza scaldante della potenza di 1200 W. Definire il sistema e determinare la variazione nel tempo dell energia libera (v. Fig. 1.27a e b). Resistenza elettrica Resistenza elettrica Superficie di controllo We Q Superficie di controllo a) b) Fig. 1.27 Definizione del sistema e applicazione del primo principio Per la scelta del sistema e il posizionamento della superficie di controllo possiamo avere due alternative: a) la superficie di controllo include la resistenza elettrica all interno del sistema; b) la superficie di controllo pone la resistenza all esterno del sistema. Caso a) Attraverso la superficie di controllo passa una corrente elettrica, per cui l ambiente compie sul sistema un lavoro elettrico. W  =  1200 W Lavoro elettrico e Primo principio  U  =  W  e =  ( 1200) W = 1200 W Caso b) Attraverso la superficie di controllo passa calore, dato che la resistenza non fa parte del sistema. Q  = 1200 W Calore scambiato Primo principio  U  = Q = 1200 W esercizio 3 In un cilindro munito di un pistone, una certa quantità di gas si espande rapidamente di 250 cm3 contro una pressione costante di 8 bar. Determinare la variazione di energia interna del sistema nell ipotesi che il cilindro sia termicamente isolato dall ambiente (v. Fig. 1.28). Definizione del sistema e applicazione del primo principio Il sistema, delimitato dalle pareti del cilindro e dal pistone che sale, è un sistema adiabatico chiuso agli scambi di materia. Applicando il primo principio si ottiene: Q = 0;  U =  W 

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