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

532 10   Processi biotecnologici 10.2.4 Altri antibiotici Per diversi motivi la ricerca nel campo degli antibiotici è sempre attiva e nel tempo si sono avvicendate quattro generazioni di antibiotici (v. Tab. 10.3). Innanzitutto, la penicillina G non può essere somministrata per via orale a causa della scarsa resistenza in ambiente acido. La penicillina V, al contrario, è più stabile in ambiente acido e mantiene la sua efficacia anche per via orale. Nel tempo è stato accertato lo sviluppo di forme di resistenza di molti batteri dovute alla comparsa di enzimi  -lattamasi (penicillinasi), in grado di distruggere l anello  -lattamico. L oxacillina e la meticillina sono stati i primi antibiotici resistenti alle penicillinasi. Gli antibiotici di seconda generazione, amoxicillina e ampicillina, diventano ad ampio spettro, ovvero sono efficaci anche verso i Gram . Non essendo resistenti alle penicillinasi, devono essere somministrati insieme a inibitori di  -lattamasi, come l acido clavulanico. Gli antibiotici di terza e quarta generazione tendono ad estendere ulteriormente lo spettro di azione. Le generazioni di antibiotici PENICILLINE DI PRIMA GENERAZIONE CH2 CH3 S NH PENICILLINE DI SECONDA GENERAZIONE NH2 O COOH CH2 C CH3 NH2 CH3 C C O O COOH Penicillina V O COOH N CH3 O O NH S CH3 CH3 Ampicillina O COOH NH O S CH3 C COOH CH3 S NH Carbenicillina Mezlocilina H S O N O CH3 CH3 CH3 N COOH O Ticarcillina N O O NH CH3 O O S N CH3 O COOH C H3CO S S O NH CH3 S CH3 O OCH2 NH CH3 O HO O NH Amoxicillina S NH CH3 COOH Penicillina G O S NH CH3 PENICILLINE DI QUARTA GENERAZIONE COOH C O PENICILLINE DI TERZA GENERAZIONE S NH O CH3 C COOH CH3 O Meticillina O COOH Piperacillina N O H3C S NH CH3 N NH S C O CH3 CH3 O O COOH COOH Oxacillina Tab. 10.3 CH3 Mecillinam Generazioni di antibiotici. Molto diffusi sono anche alcuni antibiotici non  -lattamici, come l eritromicina e la streptomicina, attivi contro cocchi sia Gram+ che Gram . La streptomicina (v. Fig. 10.13) viene prodotta utilizzando lo Streptomyces griseus. Rispetto alla penicillina il ciclo produttivo si differenzia per le operazioni di estrazione e purificazione del prodotto. Infatti, data la sua natura fortemente idrofila, la 

10.2.4 Altri antibiotici

533 10.3   Produzioni di massa streptomicina non può essere estratta con solventi organici, ma deve essere separata con resine acide deboli e successivamente estratta da queste per lavaggio acido. O HO CH3 OH HO H HO O HO N O HO Fig. 10.13 O NH2 NH H2 N CH3 Streptomicina. L eritromicina (v. Fig. 10.14) viene prodotta dallo Streptomyces erithreus e viene estratta per lavaggio con amil acetato in ambiente alcalino per aggiunta di NaOH. O H 3C CH3 HO H3 C OH CH3 OH N CH3 H3 C O H3 C H3 C O HO O O 10.3 CH3 OH O Eritromicina. CH3 O CH3 CH3 Fig. 10.14 O CH3 PRODUZIONI DI MASSA I prodotti delle biotecnologie bianche impiegati nell industria alimentare raggiungono, generalmente, volumi di affari notevoli, sia per le grandi capacità produttive che per i prezzi di mercato elevati (v. Tab. 10.3). Tra quelli non trattati nei prossimi paragrafi è opportuno accennare all acido lattico ed alla vitamina C. Il primo è utilizzato in moltissimi alimenti industriali, come salse, bibite marmellate e prodotti caseari, mentre la vitamina C viene usata in preparazioni farmaceutiche e, grazie alle sue qualità antiossidanti, sia in cosmetica che per la formulazione di cibi dietetici. PRODOTTO PRODUZIONE (MILIONI TONNELLATE) PREZZO $/kg VOLUME DI AFFARI MILIONI $ Acido glutammico 1700 1,44 2448 Lisina 1400 2,4 3360 Acido citrico 1000 0,96 960 Acido lattico 275 2,16 594 Vitamina C 80 9,6 768 Tab. 10.3 Produzioni biotecnologiche su larga scala. 

10.3 Produzioni di massa

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

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