IIS “A.Avogadro” Abbadia S.Salvatore
Materia: - Tecnologie Chimiche Industriali, Principi di
automazione e Organizzazione Industriale Classe 4a A
Anno Scolastico 2014/2015
Libri di testo in adozione:
Tecnologie chimiche industriali di S. Natoli e M. Calatozzolo ed. EDISCO (Vol. II°)
Fondamenti di Chimica-Fisica di S. Pasquetto e L. Patrone ed. ZANICHELLI (Vol.
Unico)
Aree tematiche
CONTENUTI parte Teorica
MODULO 1 : Termodinamica Chimica
MODULO 2 : Il Trasporto dei gas
MODULO 3 : Bilancio materiale ed energetico
MODULO 4 : Trasmissione e scambio di calore
MODULO 5 : Le operazioni unitarie di evaporazione e cristallizzazione
MODULO 6 : Il processo di essiccamento e l’igrometria
MODULO 7: I processi industriali
CONTENUTI parte Scritto-Grafica
MODULO 8 : Il disegno di impianti chimici
CONTENUTI parte Teorica
MODULO 1: Termodinamica Chimica
U.D.1.1 : I sistemi termodinamici
Introduzione alla termodinamica. Concetto di calore e lavoro e loro equivalenza. Sistema, contorno
ed ambiente. Variabili e funzioni di stato. Sistemi a due e tre variabili. Trasformazioni aperte e
chiuse. Convenzione dei segni. Il principio zero della termodinamica.
U.D.1.2 : Il primo principio della termodinamica
Equivalenza tra calore e lavoro. Concetto di energia interna e sue proprietà. Definizione del I°
principio della termodinamica. Calore e lavoro come funzioni di percorso. Processi reversibili e
irreversibili. Calore specifico e capacità termica. Calore specifico a volume costante (cv) e a
pressione costante (cp) e relazione tra i due. Applicazione del I° principio della termodinamica alle
trasformazioni isocora, isobara, isoterma e adiabatica. L’entalpia: definizione e proprietà
caratteristiche. Diagrammi P-V per i vari tipi di trasformazioni
U.D.1.3 : Il secondo e il terzo principio della termodinamica
Validità e limiti del I° principio della termodinamica e introduzione al II° principio. Le macchine
termiche motrici, frigorifere e le pompe di calore: schematizzazione, principio di funzionamento,
esempi e rendimento. Enunciati di Clausius e Kelvin. Il ciclo di Carnot. Considerazioni sul
rendimento di una macchina termodinamica. L’uguaglianza di Clausius e l’entropia. Caratteristiche
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e significato dell’entropia. L’entropia nelle trasformazioni isocore, isobare, isoterme, adiabatiche,
reversibili e irreversibili. Il terzo principio della termodinamica.
U.D.1.4 : L’energia libera e gli equilibri chimici
L’energia libera. Definizione, caratteristiche, espressione e significato. Relazione tra energia libera,
entalpia ed entropia in una reazione. Variazione dell’energia libera standard in una reazione.
Equazione di Vant’Hoff. Importanza della funzione energia libera, isobara di Vant’Hoff e suo
significato.
II° MODULO: Il trasporto dei gas
U.D.2.1 : Mezzi di trasporto dei gas
Macchine pneumofore e il lavoro di compressione. Apparecchiature per il trasporto di aeriformi:
generalità e classificazione ( ventilatori e compressori). I ventilatori: classificazione, tipi ed usi I
compressori: classificazione, tipi ed usi. Apparecchiature per il vuoto (pompe ad anello liquido ed
eiettori). Apparecchiature ausiliarie negli impianti sottovuoto (condensatori a miscela).
III° MODULO: Bilancio materiale ed energetico
U.D.3.1 : Equazioni di bilancio e di trasferimento
Equazioni di bilancio di materia e di energia nei processi chimici in relazione ai principi di
conservazione. Processi continui e discontinui. Concetto di stato stazionario, transitorio e di
accumulo materiale ed energetico. Contenuto termico di una corrente ed equazione relativa di
scambio termico. Bilanci di energia in sistemi aperti di tipo fisico. Contenuto termico di una massa
o di un flusso in ingresso e/o uscita dal sistema. Equazioni di trasferimento e di bilancio termico.
Contenuto termico di una miscela.
IV° MODULO: Trasmissione e scambio di calore
U.D.4.1 : La trasmissione del calore
Generalità sulla trasmissione del calore. Trasmissione del calore per conduzione ed equazione di
Fourier (parete piana e parete cilindrica, mono e multistrato). La convezione: tipi, applicazioni ed
equazione di trasferimento. Il coefficiente di pellicola e il suo significato. L’irraggiamento.
L’isolamento termico. Trasmissione di calore fra 2 fluidi separati da una parete, in stato di quiete e
in movimento.
U.D.4.2 : Lo scambio di calore
Generalità sugli scambiatori di calore. Tipi principali di scambiatori: refrigeranti a pioggia,
scambiatori a fascio tubiero, scambiatori a piastre, a pioggia, condensatori a miscela e a superficie,
evaporatori, scambiatori a tubi alettati, ribollitori (di tutti: principio di funzionamento,
caratteristiche, tipi ed usi). Dimensionamento ed esercitazioni. Il controllo della temperatura negli
scambiatori di calore. Scambiatori a doppio tubo. Scambio di calore in equi e in controcorrente:
profili termici, calcolo del Tmlog, applicazioni, vantaggi e svantaggi. Condensazione a goccia e a
film. Il coefficiente di trasferimento globale. I fattori di sporcamento. Fluidi lato “tubo” e fluidi
“lato shell” e loro criteri di scelta. Il controllo di temperatura negli scambiatori.
U.D.4.3 : Generazione e distribuzione del calore
Produzione del calore e combustibili (classificazione, reazioni di combustione, PCI e PCS).
Distribuzione del calore. Vapor acqueo. Fluidi usati per il trasferimento dell’energia termica.
V° MODULO: Le operazioni unitarie di evaporazione e di cristallizzazione
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U.D.5.1 : L’evaporazione
Il concetto di operazione unitaria. Aspetti generali della concentrazione e applicazioni industriali.
Trasferimento di calore tra vapore di rete e soluzione. Problemi energetici connessi
all’evaporazione. Effetti ebullioscopici nelle soluzioni acquose e concetto di IPE. Diagramma di
Dhuring e suo uso. Il bilancio di materia e di energia negli evaporatori. Equazione di trasferimento
per il calcolo della superficie evaporante. Bilancio termico al condensatore e funzionamento del
condensatore barometrico. I controlli e le regolazioni di processo negli impianti di evaporazione.
Descrizione ed usi dei più comuni tipi di evaporatori
U.D.5.2 : Tecniche di evaporazione
Schemi operativi per l’evaporazione: evaporazione a semplice e a multiplo effetto, in equi e
controcorrente (descrizione dell’impianto e applicazioni). Bilanci di materia e di energia negli
impianti a multiplo effetto. Evaporazione per termocompressione. Apparecchiature accessorie negli
impianti di evaporazione. Controlli e regolazioni di processo.
U.D.5.3 : La cristallizzazione
Generalità sulla cristallizzazione: solubilità e temperatura, concetto di Kps, meccanismo della
cristallizzazione e fattori influenzanti. Fenomeno dell’impaccamento. Cristallizzatori: struttura,
principio di funzionamento e schemi di processo relativi. Controlli e regolazioni di processo.
VI° MODULO: Il processo di Essiccamento
U.D.6.1 : L’essiccamento
Generalità e principi chimico-fisici che regolano l’essiccamento: grado di secchezza dei solidi e
fattori che influenzano l’essiccamento. Velocità di essiccamento: modi per realizzare
l’essiccamento e il trasferimento del calore al solido da essiccare. Le apparecchiature per
l’essiccamento: tipi, usi, caratteristiche. Bilanci di materia ed energia sul processo di essiccamento
(monostadio). Controlli e regolazioni di un impianto di essiccamento.
U.D.6.2 : L’igrometria
Igrometria dell’aria. Concetto di umidità assoluta, di saturazione, relativa, volume specifico, calore
specifico ed entalpia dell’aria umida. Temperature caratteristiche: temperatura di rugiada,
temperatura a bulbo secco e temperatura a bulbo umido. Diagramma igrometrico del sistema aria
acqua e suo utilizzo.
VII° MODULO: I processi industriali
U.D.7.1 : Le produzioni di importanti prodotti chimici
Produzione del saccarosio e sintesi dell’ammoniaca.
SONO STATI INOLTRE SVOLTI ESERCIZI DI CALCOLO, (soprattutto relativamente a bilanci
di materia ed energia su un intero impianto o su singole apparecchiature di questo), LA’ DOVE
PREVISTO DALLE VARIE UNITA’ DIDATTICHE TRATTATE.
CONTENUTI parte Scritto-Grafica
VIII° MODULO: Progettazione e disegno di impianti chimici
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Le esercitazioni grafiche hanno avuto la funzione di introdurre prima, e di approfondire dopo, le
conoscenze degli alunni verso la realizzazione pratica di impianti industriali di:
-
reazione tra due componenti organici a diversa densità
reazione tra due solidi in soluzione acquosa
idrogenazione catalitica di un olio vegetale
scambio termico tra fluidi in movimento (N° 2 progetti)
filtrazione sottovuoto
evaporazione a singolo effetto
evaporazione a duplice effetto in controcorrente
cristallizzazione ed essiccamento
Tutti i progetti, intesi come schemi di processo, sono stati realizzati secondo normativa UNICHIM
Abbadia S.Salvatore lì 04/06/2015
Gli insegnanti
Prof. Cristina Vegni
Prof. Claudio Fabbrini
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