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

462 esercizi Capitolo 9 esercizio 1 Determinare la pressione parziale del vapor d acqua se l umidità assoluta dell aria è Ua = 0,015 kgv/kgas alla pressione totale di 1 atm. Si può ricavare dalla (9.4) esplicitando pv. Ua = Ua pv P pv pv Mas = Mv P pv Mas Mv (P pv ) = pv Ua Mas P Mv Ua Mas pv = pv Mv Ua Mas P = pv Mv 1 + Ua = 101325 Pa 28,97 18,01 28,97 1 + 0,015 18,01 Ua Mas Mv Mas 1 + Ua Mv Mas Mv 0,015 Ua pv = P Mv Mas = 2387 Pa esercizio 2 Determinare la percentuale di saturazione alla pressione totale di 1,013 bar. Per aria umida alla temperatura di 20 °C e con una pressione parziale del vapore di 1228 Pa. Umidità di saturazione Dalla Appendice 7 la tensione di vapore a 20°C risulta Pv = 2339 Pa. L umidità di saturazione dalla (9.5) risulta: Us = 2339Pa 18,01kg v /kmol Pv M   v =   = 0,0147 kg v /kg as P   Pv Mas 101325Pa   2339Pa 28,97kg as /kmol Umidità assoluta Si determina direttamente dalla (9.4): Ua = 1228Pa 18,01kg v /kmol pv M   v =   = 0,007 kg v /kg as P   pv Mas 101325Pa   1228Pa 28,97kg as /kmol Umidità relativa Dalla (9.6) si ottiene: Ur = Ua 0,007 = = 0,519 = 51,9% Us 0,0147 

463 Esercizi esercizio 3 Determinare il volume specifico di aria con una umidità relativa del 30% alla temperatura di 35 °C Si può applicare la (9.10) disponendo dell umidità assoluta. Questa si può ricavare algebricamente o, più rapidamente, si può leggere sul diagramma psicrometrico. Dalla Fig. 9.5 si ottiene: Ua = 0,0105 kg v /kg as Volume specifico Risolvendo la (9.5) si ottiene: V s = V s = 1 U + a Mas Mv RT P 0,0105 kg v /kg as 1 + 18,01kg v /kmol 28,97kg as /kmol 8310 J/(Kmol K) 308 K 101325 Pa V s = 0,887 m3/kg as Lo stesso volume specifico poteva essere letto direttamente sul diagramma psicrometrico. esercizio 4 Determinare il volume specifico di aria di umidità assoluta Ua = 0,01 kgv/kgas a temperatura di 28 °C ed alla pressione di 101325 Pa. (Risposta: V s = 0,866 m3/kg as ) esercizio 5 Determinare l entalpia di aria con umidità relativa del 30% alla temperatura di 60 °C. Leggere direttamente il valore dalla Fig. 9.5. (Risposta: H u = 163 kJ/kg as ) esercizio 6 Determinare la temperatura di rugiada dell aria di umidità assoluta Ua = 0,02 kgv/kgas. Utilizzando il diagramma psicrometrico di Fig. 9.5 è sufficiente leggere la temperatura all intersezione tra l ordinata all umidità assoluta data e la curva di saturazione relativa al 100%. (Risposta: Tru = 25°C ) esercizio 7 Aria umida a 27 °C presenta una umidità relativa del 50 %. Facendo uso del diagramma igrometrico determinare: l umidità assoluta, la temperatura di saturazione adiabatica, la temperatura di rugiada e l entalpia. 

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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