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 2014 Testo valevole per i corsi di ordinamento e per i corsi sperimentali del Progetto SIRIO CHIMICO Il candidato esegua il disegno dello schema descritto nel primo esercizio e, a sua libera scelta, risponda a due degli altri tre quesiti proposti. 1. In un impianto continuo si vuole ossidare con aria atmosferica, su un opportuno catalizzatore selettivo, un composto organico volatile, liquido a temperatura ambiente. Il prodotto ossidato si separa dal miscuglio di reazione per assorbimento con acqua. La soluzione acquosa così ottenuta procede verso altre lavorazioni. I gas non assorbiti vanno ad opportuni trattamenti prima dello scarico. Sapendo che: a) i reagenti, disponibili a temperatura e pressione ambiente, si preriscaldano a temperatura relativamente elevata; b) il composto organico volatile si nebulizza direttamente nella corrente gassosa prima del preriscaldamento; c) la reazione, alquanto esotermica, è condotta ad alta temperatura (circa 350 °C) e in leggera sovrapressione, solo per vincere le perdite di carico; d) si opera in eccesso d aria sia per restare fuori dai limiti d esplosività della miscela di reazione sia per mantenere attivo il catalizzatore; e) nelle condizioni date, l equilibrio di reazione è totalmente spostato verso i prodotti; f) il catalizzatore, solido, è sensibile ai surriscaldamenti, per cui il reattore è munito di un apposito circuito di raffreddamento tale da garantire un efficiente scambio termico; g) il prodotto della reazione è molto solubile in acqua tanto che l assorbimento si realizza facilmente in leggera sovrapressione, solo per vincere le perdite di carico; anche la temperatura è di poco superiore a quella ambiente, comunque alquanto inferiore a quella di ebollizione dell acqua; il processo d assorbimento si può considerare atermico. Il candidato, in base alle informazioni date, disegni lo schema di processo dell impianto produttivo sopra descritto, individuando la tipologia di reattore più idonea e prevedendo i recuperi termici che ritiene opportuni, completo di tutte le apparecchiature accessorie ritenute necessarie in base alle condizioni operative ipotizzate (compressori, pompe, scambiatori, serbatoi, ecc.) e delle regolazioni automatiche principali, seguendo, per quanto possibile, le norme UNICHIM. 2. In un reattore continuo a tino ben agitato (CSTR) si alimenta una miscela reagente con una portata complessiva F = 2 kg/s. Sapendo che: a) la reazione è esotermica ( H = 700 kJ/kg di miscela reagente) e la conversione raggiunta è x = 80%; b) la miscela reagente entra a TFi = 30 °C ed i prodotti escono a TFu = 90 °C, la temperatura all interno del reattore è uniforme e corrisponde a quella d uscita dei prodotti; c) il calore specifico medio di reagenti e prodotti vale Cp = 2,2 kJ/(kg °C); 227