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

418 7.21 7   Petrolio, energia e materiali ESTRAZIONE DEGLI AROMATICI Le sostanze aromatiche, benzene, toluene e xilene, sono materie prime richiestissime per la produzione di un gran numero di materie plastiche, detergenti, coloranti ed esplosivi, come illustrato in Fig. 7.49. Xilene o-xilene m-xilene Benzene, toluene, xilene, etilbenzene p-xilene Acido nitrico Toluene Acetilene (idrogeno) Benzene Propilene Aria Anidride ftalica Aria Acido isoftalico Aria Acido tereftalico Nitrotoluene Toluen diammina Viniltoluene Toluene diisocianato Cumene Aria Idroperossido di cumene Acidi Etilbenzene Solfonazione e fusione alcalina Etilene Deidrogenazione Stirene Tetrameri propilene Clorazione e idrolisi Dodecil benzene Polimerizzazione Polistirene Fig. 7.49 Detergenti Fenolo Acetone Bisfenolo Trimeri propilene Epicloridrina formaldeide urea Nonilfenolo Resine epossidiche Resine fenoliche Prodotti ottenibili dagli aromatici. In raffineria gli aromatici vengono prodotti specialmente all impianto di reforming, ma frazioni significative si possono ottenere anche allo steam cracking. In ogni caso gli aromatici si trovano in miscela con altri idrocarburi, che presentano lo stesso intervallo di distillazione, da cui devono essere isolati. Estrazione con Tra le tecniche utilizzabili allo scopo, la più utilizzata è l estrazione con solventi solventi selettivi selettivi, in grado di formare miscele con gli aromatici, ma non con le paraffine. Molto spesso gli stessi solventi presentano una elevata affinità anche verso le olefine e le diolefine, per cui è necessario isolare queste con una tecnica diversa. Alla fase di estrazione segue una fase di frazionamento in benzene, toluene e xileni. Processo UDEX Un processo molto comune è il processo UDEX illustrato in Fig. 7.50, che adopera, come solvente, glicole etilenico. La carica viene preriscaldata in E1, recuperando calore dal raffinato in uscita, quindi viene portata alla temperatura di estrazione nello scambiatore E2, ed infine immessa, ad una quota intermedia, nella colonna di estrazione C1. 

7.21 Estrazione degli aromatici

419 7.22   Il trattamento dei reflui liquidi Dall alto viene immessa la soluzione acquosa di glicole rigenerata in C2 che, miscelata alla carica, estrae gli idrocarburi aromatici che escono dal fondo, mentre la fase idrocarburica, contenente le paraffine, esce dall alto. Il fondo colonna viene quindi inviato alla colonna di strippaggio C2 che separa dalla testa una frazione leggera che, raffreddata in E3 e separata dalla condensa in D1, viene riciclata all estrattore come contro solvente. Dal fondo di C2 esce la soluzione di glicole etilenico rigenerato. Gli aromatici, estratti lateralmente come vapori, vengono condensati in E4 e separati dall acqua in D2. Quindi vengono ulteriormente lavati con acqua per recuperare tracce di solvente ed infine inviato all impianti di frazionamento degli aromatici. Alifatici leggeri e benzene AR E3 D1 VB AR E4 Aromatici da reforming E1 E2 A S D2 D3 Raffinato C1 C2 VB E5 Fig. 7.50 7.22 Benzene, toluene, xileni S Processo UDEX per la estrazione degli aromatici. IL TRATTAMENTO DEI REFLUI LIQUIDI Le lavorazioni di uno stabilimento petrolchimico comportano il consumo di notevoli quantità di acqua che devono essere trattate prima di qualunque smaltimento finale in un corpo idrico. In genere possiamo distinguere: n acque di processo; n acque lavaggio piazzali; n acque di zavorra; n acque dei servizi; n acque di raffreddamento. Acque di processo Le prime sono quelle che entrano direttamente nei vari processi e sono presenti in maniera diffusa in moltissimi processi dell impianto. Infatti, già nell operazione di dissalaggio viene utilizzata acqua per asportare i sali, mentre il vapore viene 

7.22 Il trattamento dei reflui liquidi

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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