Alfonso Cacciatore

Mariano Calatozzolo

Il Manuale si compone principalmente di tre parti:
 
 La prima ha come contenuto specifico la normativa della rappresentazione grafica degli impianti che servono ai processi chimici e cura singolarmente la strumentazione finalizzata a servire tali processi.
 La seconda parte comprende esempi d’applicazione della predetta normativa e operazioni comportanti una determinata scelta d’impiantistica chimica piuttosto semplice, riservandosi l’esposizioni di più complessi esempi in proposito agli schemi d’impianti chimici implicati dai temi su parti avanzate del programma d’insegnamento della disciplina impiantistica inclusi nella terza parte del manuale.
 La terza parte è composta dalla risoluzione di tutti i temi ministeriali assegnati agli esami di maturità.
 Chiude l’opera un’appendice di tabelle che si rivelano spesso essenziali per l’esecuzione di disegni d’impianti chimici e per la risoluzione di problemi di impiantistica chimica.

PARTE PRIMA - L’Unificazione nella rappresentazione dei processi chimici

1.1 Generalità sull’unificazione industriale

2.1 Scopi dell’unificazione negli impianti chimici

3.1 La rappresentazione grafica dei processi chimici

Diagramma a blocchi

Schema semplificato o di principio

Schema di processo

Schema di marcia

4.1 Il controllo nei processi chimici

5.1 I componenti di un anello di regolazione

6.1 Esempi di strumenti di misura e di organi di regolazione

Strumenti di misura

Organi di regolazione

7.1 Esempi di strumentazione applicati a parti di processi chimici

Controllo della portata di una pompa centrifuga

Controllo della portata di una pompa a stantuffo

Controllo della temperatura applicata ad uno scambiatore

Controllo della pressione applicato ad un serbatoio e ad un compressore

Controllo del livello applicato ad un serbatoio

Controllo di rapporto di portata

8.1 Saggi di attuali norme UNICHIM

Sigle d’identificazione dei fluidi di servizio

Sigle d’identificazione dei fluidi di processo

Simboli tipici per schemi di processo e di marcia

Accessori per apparecchi

Tubazioni e componenti relativi

Componenti per tubazioni

Componenti per tubazioni – installazioni tipiche

Indicazioni varie

Simboli della strumentazione per schemi di marcia e di processo

A1.1 Generalità

A1.2 Identificazione funzionale

A1.3 Identificazione del loop

Significato delle lettere di identificazione

Designazione delle funzioni per relè

Simboli linee strumentali

Simboli generali per strumenti o funzioni

Simboli di attuatori

Simboli relativi all’azione dell’attuatore in caso di mancanza di energia

Simboli per regolatori, valvole ed altri dispositivi autoazionati

Simboli di elementi primari

PARTE SECONDA - Esempi di rappresentazione grafica di operazioni d’impianti chimici

Schema di processo di trasporto pneumatico ad aria compressa

Schema di processo di trasporto pneumatico ad aria aspirata

Schema di processo di un impianto di macinazione

Impianto di separazione per flottazione

Diagramma a blocchi qualitativo

Schema di processo di un impianto di filtrazione sotto vuoto

Impianto per la produzione dell’ammoniaca sintetica

Diagramma a blocchi quantificato

Schema di principio

Impianto per la produzione del metanolo

Impianto tipico per la preparazione industriale della formaldeide

PARTE TERZA - Temi ministeriali per la prova scritto-grafica di tecnologie chimiche industriali e di impianti chimici (vecchio ordinamento)

Premessa

Tema di impianti chimici e disegno – Sessione 1995

Tema di impianti chimici e disegno – PROGETTO DEUTERIO – Sessione 1995

Tema di impianti chimici e disegno – Sessione 1996

Tema di impianti chimici e disegno – PROGETTO DEUTERIO – Sessione 1996

Tema di impianti chimici e disegno – PROGETTO DEUTERIO – Sessione 1997

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 1998

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 1999

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2000

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2001

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2002

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2003

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2004

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2005

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2006

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2007

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2008

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2009

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2010

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2011

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2012

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2013

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2014

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2015

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2016

Tema di tecnologie chimiche ind li – Sessione 2017

Appendici

I – Tabella del vapore saturo

II – Costanti fisiche di alcune sostanze a 760 Torr

Indice

M417 - ESAME DI STATO DI ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE Indirizzo: CHIMICO CORSO DI ORDINAMENTO TEMA DI TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI, PRINCIPI DI AUTOMAZIONE E DI ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE Sessione ordinaria 2009 Testo valevole per i corsi di ordinamento e per i corsi sperimentali del Progetto  SIRIO   CHIMICO  In una soluzione acquosa è disciolto un composto organico a bassa concentrazione. Tale composto può essere estratto dalla soluzione con un solvente organico non miscibile con l acqua. L operazione viene realizzata a temperatura ambiente in una colonna a riempimento nella quale la soluzione acquosa immessa dalla sommità della colonna incontra il solvente organico che, immesso dal fondo della colonna, risale verso la sommità grazie alla differenza di densità. Il riempimento della colonna favorisce il frazionamento del solvente in gocce che realizzano lo scambio di materia con la soluzione acquosa. La soluzione acquosa, impoverita del soluto, viene estratta dal fondo della colonna ed inviata ad altre lavorazioni. Il solvente organico uscente dalla sommità della colonna con il soluto estratto viene inviato ad un operazione di evaporazione   cristallizzazione dalla quale i vapori recuperati e condensati rientrano nel ciclo di lavorazione, recuperando la quasi totalità del solvente. Il candidato disegni lo schema dell impianto idoneo a realizzare l operazione proposta limitatamente alla colonna di estrazione, completo delle apparecchiature accessorie (pompe, valvole, serbatoi, ecc.) e delle regolazioni automatiche principali, rispettando, per quanto possibile, la normativa UNICHIM. Il candidato, infine, risponda, a sua scelta, a due degli altri tre quesiti proposti. 1. Le sostanze solubili contenute in un prodotto di origine vegetale vengono estratte utilizzando acqua pura, opportunamente riscaldata, in un impianto, funzionante in modo continuo, nel quale si realizza un operazione di estrazione con solvente a stadi multipli in controcorrente. Il prodotto vegetale contiene il 10 % in peso di sostanze solubili in acqua (X = 0,10), il 40% in peso di acqua (Y = 0,40) ed il restante 50% in peso (Z = 0,50) di sostanze solidi inerti. La linea di equilibrio solido/soluzione può essere ritenuta in prima approssimazione rappresentata dalla retta di equazione Y = 0,6*(1-X). Si vuole che la soluzione uscente dall impianto abbia una concentrazione pari al 12% in peso (X = 0,12) e che il solido residuo non trattenga più dell 1% delle sostanze solubili (X = 0,01). Con tali dati a disposizione il candidato calcoli il numero di stadi di equilibrio che, in teoria, sarebbero necessari per realizzare l operazione proposta, utilizzando il metodo grafico sul diagramma triangolare, dopo aver scelto, in modo opportuno, le unità di misura per rappresentare le grandezze sugli assi X e Y. 2. I gas di petrolio liquefatti (GPL) stanno ottenendo il favore di molti automobilisti come combustibile per autotrazione, grazie al loro basso tenore di inquinamento atmosferico provocato dai gas di scarico. Il candidato descriva le materie prime e le tecnologie impiegate per la loro produzione e le procedure necessarie per realizzarne la liquefazione e lo stoccaggio in modo consono alle norme di sicurezza. 186 

3. L equilibrio chimico governa gran parte delle reazioni fondamentali della Chimica Industriale. Il candidato illustri il concetto generale di equilibrio chimico e, scegliendo liberamente un processo industriale da lui studiato nel corso dell anno scolastico, descriva in modo dettagliato i metodi impiegati per ottenere la più alta resa della reazione all equilibrio. Durata massima della prova: 6 ore. Durante lo svolgimento della prova è consentito soltanto l uso: - di manuali relativi alle simbologie UNICHIM; - di tabelle con dati numerici e diagrammi relativi a parametri chimico-fisici; - di mascherine da disegno e di calcolatrici tascabili. Non è consentito lasciare l Istituto prima che siano trascorse 3 ore dalla dettatura del tema. Schema Richiede di tracciare lo schema di processo di un impianto di estrazione liquido   liquido in continuo. Il tema accenna anche ad un operazione di evaporazione   cristallizzazione per il recupero del soluto e  della quasi totalità del solvente , se ne è quindi previsto il reintegro e il riciclo all estrazione.   esplicitamente richiesto di tracciare lo schema limitatamente all estrazione, per cui si è presupposto che lo schema continui in un altro foglio. Non è richiesta una relazione esplicativa dello schema. In questa sede la si allega comunque per una migliore comprensione e come guida per la discussione dell elaborato in sede di colloquio. Lo schema è riportato a pag. 195. Il solvente di riciclo, reintegrato in D1 con quello fresco, è inviato tramite la pompa G1 alla base della colonna C1, mentre l alimentazione è prelevata dalla pompa G2 dal serbatoio di stoccaggio D2 ed inviata in testa a C1. Dalla testa della colonna C1 esce il solvente ricco di soluto che si accumula in D3, da cui, tramite la pompa G4 è inviato alla sezione di evaporazione   cristallizzazione. Dal fondo di C1 esce il raffinato che, spinto dalla pompa G3, è inviato a ulteriori lavorazioni. Il sistema di regolazione adottato tiene conto dell importanza nell estrazione di mantenere il voluto rapporto tra le portate di alimentazione e solvente, regolato tramite il controllo di rapporto FFC2. Il bilancio di materia dell estrattore è controllato fissando la portata dell alimentazione, che è autoregolata (FC1) e che a sua volta controlla, attraverso FFC2, la portata del solvente. Le uscite sono regolate dal controllo di livello LC2 che agisce sullo scarico del raffinato, mentre l estratto esce per troppo pieno. I serbatoi di accumulo D1 e D3 isolano la sezione di estrazione da quella di evaporazione   cristallizzazione evitando il propagarsi dei disturbi. In D1 si reintegra il solvente in base al livello (LC1) presente nel serbatoio. In D3 si accumula l estratto da inviare all evaporazione con una portata il più possibile costante. La portata in uscita è manipolata in cascata (FC3) in funzione del livello nel serbatoio (LC3), con parametri tali da smorzare le variazioni indotte dalle fluttuazioni del livello. Il funzionamento degli anelli di regolazione è riassunto nella seguente tabella. Anello Variabile controllata e/o Variabile controllante misurata Azione del regolatore se si supera il set point FC1 Portata alimentazione a C1 Portata alimentazione a C1 Chiude la valvola FFC2 Rapporto di portata alimentazione/ solvente a C1 Portata solvente a C1 Apre la valvola FC3 Portata estratto da D3 Portata estratto da D3 Chiude la valvola LC1 Livello in D1 Portata solvente fresco a D1 Chiude la valvola LC2 Livello in C1 Portata raffinato da C1 Apre la valvola LC3 Livello in D3 Portata estratto da D3 Alza il set point di FC3 187 

Il manuale di Tecnologie chimiche industriali copre normativa, esempi e risoluzione di temi d'esame, con appendice di tabelle essenziali.

Manuale di disegno di impianti chimici

per Tecnologie chimiche industriali

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