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. Il controllo automatico nei processi chimici

1.1 Premessa

1.2 Il comportamento dei processi

1.2.1 La caratteristica statica

1.2.2 Le caratteristiche dinamiche dei processi

1.2.2.1 Ricettività, resistenza e tempo morto

1.2.2.2 Il comportamento dinamico dei processi

1.2.2.2.1 Processi dotati di autoequilibrio

1.2.2.2.2 Processi di ordine zero con autoequilibrio

1.2.2.2.3 Processi con solo tempo morto

1.2.2.2.4 Processi con autoequilibrio del primo ordine

1.2.2.2.5 Processi con autoequilibrio del secondo ordine

1.2.2.2.6 Processi con autoequilibrio di ordine superiore

1.2.2.2.7 Processi privi di autoequilibrio

1.3 Il regolatore nei sistemi di controllo

1.3.1 Il comportamento dinamico dei regolatori continui in retroazione

1.3.1.1 I regolatori ad azione proporzionale (P)

1.3.1.2 I regolatori ad azione integrale (I)

1.3.1.3 I regolatori ad azione derivativa (D)

1.3.1.4 I regolatori ad azione PI

1.3.1.5 I regolatori ad azione PD

1.3.1.6 I regolatori ad azione PID

1.3.1.7 I regolatori reali

1.4 Il processo regolato in retroazione

1.4.1 Il regolatore ad azione proporzionale

1.4.1.1 Offset e reset

1.4.1.2 Stabilità dell'azione proporzionale

1.4.2 Il processo con regolatore ad azione integrale e PI

1.4.3 Il processo con regolatore ad azione PD

1.4.4 Il processo con regolatore ad azione PID

1.4.5 Caratterizzazione della regolazione e taratura (tuning) dei regolatori PID

1.4.5.1 Caratterizzazione delle risposte oscillatorie

1.4.5.2 La taratura (tuning) dei parametri del regolatore

1.5 Altri metodi di regolazione

1.5.1 La regolazione in cascata

1.5.2 I comandi

1.5.3 La regolazione in avanti (feedforward)

1.5.4 Regolazione di rapporto

1.5.5 Regolazione selettiva

1.5.6 Regolazione adattativa

1.6 Il problema della regolazione multivariabile e la scelta del sistema di regolazione

1.6.1 I gradi di libertà e il controllo di un sistema

1.6.2 Scelta dell'accoppiamento controllante - controllata. Associazione e dissociazione

1.7 Il controllo dei processi discontinui (batch)

1.7.1 L'organizzazione modulare del controllo nei processi discontinui

1.7.2 Sistemi e tipologie di controllo per i processi batch

Glossario

Esercizi

2. Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: equilibri liquido-vapore

2.1 Equilibrio liquido-vapore nei sistemi ad un componente

2.2 Grandezze parziali molari

2.2.1 Il volume parziale molare

2.2.2 Il comportamento delle miscele ideali

2.3 Equilibrio liquido-vapore per i sistemi a due componenti

2.4 La legge di Raoult e i diagrammi di equilibrio liquido-vapore

2.5 Le deviazioni dal comportamento ideale

2.6 Gli equilibri gas-liquido

3. La distillazione

3.1 Aspetti generali della distillazione

3.2 La rettifica continua

3.3 I bilanci di materia

3.4 Determinazione degli stadi con il metodo Mccabe e thiele

3.4.1 Le rette di lavoro

3.4.2 Le condizioni dell'alimentazione

3.4.3 Intersezione delle due rette di lavoro

3.4.4 La determinazione del numero di stadi

3.4.5 Scelta del rapporto di riflusso

3.5 Tipi di piatti

3.6 Efficienza della colonna e calcolo degli stadi reali

3.7 Diametro della colonna

3.8 Colonne a riempimento

3.9 Distillazione flash

3.10 Distillazione discontinua

3.11 Stripping

3.12 Distillazione estrattiva

3.13 Distillazione azeotropica

3.14 Distillazione in corrente di vapore

3.15 Il controllo di processo nella distillazione

4. Assorbimento e strippaggio

4.1 Aspetti generali dell'assorbimento e dello strippaggio

4.2 Le equazioni di trasferimento di materia

4.2.1 Il modello del doppio film

4.2.2 Il coefficiente di trasferimento globale

4.3 Il dimensionamento delle colonne di assorbimento

4.3.1 I bilanci di materia e la retta di lavoro

4.3.2 Il rapporto minimo solvente/gas

4.3.3 Determinazione del numero di stadi

4.4 Le colonne di assorbimento

4.5 Assorbimento chimico

4.6 Il controllo automatico

5. L'estrazione liquido-liquido

5.1 Principali impieghi dell'estrazione liquido-liquido

5.2 L'equilibrio di ripartizione e lo stadio d'equilibrio

5.3 Modalità di conduzione dell'estrazione

328 Glossario glossario Per alcune voci, in comune con l estrazione liquido-liquido, si veda il glossario del Cap. 5.   Fluidi supercritici. Fluidi a temperatura e pressione superiori a quelle critiche.   Allineamento delle correnti. Regola secondo cui,   Inerte. Nell estrazione solido-liquido, quella quando due correnti a diversa composizione si mescolano, il punto rappresentativo sui diagrammi di composizione del miscuglio ottenuto giace sul segmento che unisce i punti rappresentativi delle due correnti. Similmente, se una corrente si separa in due, i punti rappresentativi delle correnti ottenute si trovano su una retta che passa per il punto rappresentativo della corrente originaria. Vale anche in condizioni discontinue per miscele che si uniscono o che si separano.   Corpo di fondo. Vedi Residuo.   Corrente netta all interstadio. Nell estrazione solido-liquido in controcorrente è la differenza tra la corrente del raffinato e quella dell estratto tra uno stadio e l altro. Non le corrisponde un entità fisica, per cui è detta anche corrente fittizia e può assumere valori negativi. Può essere definita anche come differenza tra estratto e raffinato. Dà la relazione di lavoro che lega le concentrazioni all interstadio per il calcolo degli stadi teorici.   Estrazione frazionata. Estrazione con fluidi super- critici in cui si ottiene la separazione di più componenti. Tipicamente applicata a matrici liquide. parte del solido che è insolubile nel solvente d estrazione.   Lacuna di miscibilità. Intervallo di concentrazioni in cui in una miscela si ha la formazione di fasi immiscibili. Varia al variare di T e P.   Linea dei residui. Detta anche linea d equilibrio operativo, rappresenta il luogo dei punti, in un diagramma di composizione, dei residui che si formano in un processo d estrazione. Non è una linea d equilibrio nel senso termodinamico del termine in quanto, pur dipendendo dalle proprietà chimico fisiche dei componenti presenti, risulta notevolmente influenzata dalla modalità di conduzione del processo e dalla tipologia delle apparecchiature utilizzate.   Linea d equilibrio operativo. Vedi Linea dei residui.   Lisciviazione. Sinonimo di estrazione solido- liquido, usato soprattutto per indicare l estrazione di metalli dai minerali con soluzioni acide o di altri reagenti. Operazione antichissima con cui si estraevano, con acqua, ceneri di vegetali per ottenere una soluzione alcalina, la liscivia, che poi veniva usata nel lavaggio e nella sbianca dei tessuti.   Estrazione gas-solido. Vedi Estrazione supercritica.   Regola della leva. Regola che lega le quanti  Estrazione supercritica. Estrazione in cui si tà alla posizione dei punti rappresentativi nei utilizzano come solvente fluidi in condizioni supercritiche, cioè a temperatura e pressione superiori a quelle critiche.   prevalentemente applicata a matrici solide, ma trova applicazioni anche con le liquide.   Flottazione. Processo di separazione di solidi fi- nemente suddivisi in cui si favorisce il galleggiamento in un liquido di un particolare tipo di solidi. Sfrutta le differenze di tensione interfacciale dei diversi solidi presenti, per cui alcuni vengono meglio bagnati di altri e, in presenza di bolle d aria, queste aderiscono preferenzialmente a un solo tipo di solido e lo fanno flottare. diagrammi di composizione di due correnti che si uniscono per formarne una terza o di una corrente che si separa in due. Le portate delle due correnti (o le quantità, in un processo discontinuo) sono inversamente proporzionali alle distanze, sul diagramma di concentrazione, tra i punti rappresentativi delle due correnti e quello del loro miscuglio.   Residuo. Detto anche corpo di fondo, rappre- senta quanto resta della matrice solida dopo l estrazione. Contiene praticamente tutto l inerte oltre a soluto e solvente, in quantità più o meno limitata. 

329 esercizi Capitolo 6 Molti esercizi utilizzano i grafici a triangolo rettangolo isoscele, spesso riportati nel testo. Si consiglia allo studente di esercitarsi a tracciare i grafici costruendo i triangoli su carta millimetrata con cateti da 200 mm, sì da avere un accettabile accuratezza del calcolo grafico. esercizio 1 Tracciare su un diagramma a triangolo rettangolo le linee d equilibrio operative per l estrazione solido-liquido per i seguenti casi: a) rapporto soluzione/inerte costante, 3 kg di inerte trattengono 1 kg di soluzione; b) rapporto soluzione/inerte costante, 5 kg di inerte trattengono 2 kg di soluzione; c) rapporto solvente/inerte costante, 4 kg di inerte trattengono 1 kg di solvente; d) rapporto solvente/inerte costante, 7 kg di inerte trattengono 4 kg di solvente; e) relazione data dall equazione y =   0,8   x + 0,4; f) relazione data dall equazione y =   0,8   x2   0,2   x + 0,4. esercizio 2 Da un minerale si vuole estrarre un sale con acqua. Alla temperatura d esercizio la solubilità del sale è di 33,33 g in 100 cm3 d acqua. Inoltre 3 kg di inerte trattengono 1 kg di solvente. Riportare su un diagramma a triangolo rettangolo la linea d equilibrio e quella di solubilità. Si consideri che la densità dell acqua sia di 1 kg/dm3. (Risposta: v. Fig. 6.28) B 1 S 0,9 0,8 P E 0,7 y Solvente 0,6 N 0,5 M 0,4 Linea di solubilità 0,3 R 0,2 Linea di equilibrio 0,1 0 Fig. 6.28 F I 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 x Soluto C 0,6 0,7 0,8 0,9 Costruzioni grafiche richieste dall Esercizio 6.2 e dall Esercizio 6.3. 1 

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. 3

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