ITIS e Liceo S. T. “E. Molinari “ – Milano- a.s. 2010-11

Triennio Chimica

PERCORSO FORMATIVO DI TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI, PRINCIPI DI AUTOMAZIONE E ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE

Obiettivi disciplinari generali

Le finalità dell'insegnamento sono:

1. la formazione culturale relativa agii aspetti di processo, impiantistici ed ecologici connessi alla produzione su scala industriale dei composti chimici
2. I'acquisizione di competenze necessarie per risolvere problemi di natura chimica nell'ambito di qualsiasi attività produttiva o di servizi
3. L'acquisizione di capacita operative necessarie per collaborare alla conduzione di impianti di produzione
4. la formazione di base per accedere a corsi di perfezionamento professionale o universitari.

Al termine del corso l'allievo dovrebbe essere in grado di:

1. inserirsi con adeguate competenze nell'industria chimica e operare con diversi gradi responsabilità nell'ambito della produzione fornendo corretti elementi di valutazione sugli aspetti chimici, chimico fisici, economici ed impiantistici di un processo chimico
2. interpretare e realizzare lo schema di un processo chimico valutando l'efficacia di un sistema di regolazioni automatiche
3. partecipare a lavori di equipe nella progettazione di apparecchiature industriali
4. comunicare, con proprietà di linguaggio tecnico, con gli specialisti di informatica ed automazione.

CLASSE QUARTA

Tempi del percorso formativo:

Ore di lezione previste: 5 ore settimanali 165 ore annuali (33 settimane)

Cosi ripartite: Svolgimento del programma: 65%

Verifiche: 20%

Attività di recupero: 15%

Le attività di recupero, salvo necessità particolari, sono curriculari e vengono generalmente svolte in itinere, perciò sono valutabili solo orientativamente.

Risorse

· Libro di testo: S. Natoli, M. Calatozzolo: Tecnologie Chimiche Industriali, vol. II, Edisco Editrice - Torino.

· Software:

LICSIMU, programma di simulazione di controllo di livello

Fogli elettronici allegati al libro di testo

· Laboratorio (apparecchiature specifiche per il IV corso):

Impianto pilota automatizzato e computerizzato per il controllo di livello;

Impianto pilota automatizzato e computerizzato per lo studio dello scambio termico

Contenuti e obiettivi disciplinari dei moduli

1 Bilancio di materia ed energia in condizioni stazionarie

1.1 Contenuti

• Bilancio di materia in regime stazionario

• Bilancio di energia in regime stazionario

1.2 Obiettivi specifici

• Conoscenza ed applicazione del principio di conservazione della materia

• Conoscenza ed applicazione del concetto di contenuto termico totale a pressione

costante

• Conoscenza ed applicazione del principio di conservazione dell'energia

1.3 Tempi

11 ore

1.4 Metodologie

• Lezione frontale

• problem solving guidato

1.5 Valutazione

• Quesiti a risposta breve.

• Prova scritta.

2 Scambio termico in condizioni stazionarie

2.1 Contenuti

• Conduzione attraverso una o più pareti

• Convezione e coefficiente di pellicola

• Irraggiamento e leggi relative

• Coefficiente di scambio termico globale, salto termico medio logaritmico e superficie di scambio

• Scambio termico in equi e controcorrente

• Coibentazione

• Apparecchiature: scambiatori a tubi concentrici, a fascio tubiero, a piastre, a spirale, serpentini, camicie,refrigeranti a pioggia, condensatori a superficie e a miscela

• Fluidi per lo scambio termico con particolare riferimento al vapore acqueo

2.2 Obiettivi specifici

• Conoscenza, comprensione ed applicazione dei meccanismi che presiedono al trasferimento dell'energia termica in condizioni stazionarie e capacita di calcolo del coefficiente di scambio termico globale, del salto termico medio logaritmico e della superficie di scambio

• Conoscenza delle problematiche relative alla coibentazione

• Conoscenza delle principali apparecchiature per lo scambio termico, delle modalita di funzionamento, dei settori di applicazione, della loro rappresentazione grafica secondo le norme UNICHIM, completa di schemi di controllo

• Conoscenza dei principali fluidi refrigeranti e riscaldanti e dei criteri di scelta

2.3 Tempi

32 ore

2.4 Metodologie

• Lezione frontale

• Lezione interattiva

• Problem solving guidato

• Esperienze di laboratorio

2.5 Valutazione

• Quesiti a risposta breve.

• Prova orale

• Relazione

• Problem solving

3 Evaporazione. concentrazione e cristallizzazione

3.1 Contenuti

• Ebullioscopia, ed equazioni di Clausius-Clap., di Dühring

• Apparecchiature di evaporazione: evaporatori a circolazione naturale, forzata, a film ed apparecchiature accessorie

• Bilancio di materia e di energia di un evaporatore in regime stazionario

• Evaporatori a multiple effetto in equi e controcorrente

• Termocompressione

• Analisi dei costi relativi ad un processo di concentrazione

• Cristallizzazione: curva di solubilità, saturazione e sovrasaturazione, apparecchiature

• Schemi di impianto completi di apparecchiature accessorie e di controllo

3.2 Obiettivi specifici

• Conoscenza, comprensione ed applicazione delle relazioni tra temperatura, composizione e concentrazione nell'evaporazione di un solvente da una soluzione

• Conoscenza dei diversi tipi di evaporatori ed apparecchiature ausiliarie e campi di applicazione

• Capacità di calcolare Ie principali grandezze di funzionamento in regime stazionario di un evaporatore a partire dai bilanci di materia e di energia

• Capacità di scelta, avendo consapevolezza anche del dato economico,

dimensionamento di massima di un evaporatore ed esecuzione dello schema di un impianto di concentrazione corredato delle necessarie apparecchiature accessorie e di controllo

• Conoscenza del funzionamento degli impianti di cristallizzazione

3.3 Tempi

32 ore

3.4 Metodologie

• Lezione frontale

• Lezione interattiva

• Problem solving guidato

• Esperienze di laboratorio

3.5 Valutazione

• Quesiti a risposta breve.

• Prova orale

• Relazione

• Prova scritto-grafica

4 Essiccamento

4.1 Contenuti

• Grandezze igrometriche, diagramma igrometrico

• Bilancio di materia e di energia di un essiccatore in regime stazionario e velocità di essiccamento

• Principali tipi di essiccatori, impianti di essiccamento e toro rappresentazione grafica completa di apparecchiature accessorie e di controllo

4.2 Obiettivi specifici

• Conoscenza del diagramma igrometrico e capacita di utilizzarlo per risolvere semplici problemi di essiccamento

• Conoscenza delle principali apparecchiature di essiccamento e capacita ad eseguire uno schema di un impianto di essiccamento, secondo le norme UNICHIM, complete di controlli

4.3 Tempi

15 ore

4.4 Metodologie

• Lezione frontale

• Lezione interattiva

• Problem solving guidato

4.5 Valutazione

• Quesiti a risposta breve.

• Prova orale

• Prova scritto-grafica

5 Industrie del saccarosio

5.1 Contenuti

• Caratteristiche delle materie prime, prodotti e sottoprodotti e principali parametri analitici nella produzione del saccarosio da barbabietole, preparazione del sugo grezzo, concentrazione del sugo leggero e cottura del sugo denso, cristallizzazione del saccarosio e sua raffinazione

• Trattamenti delle acque reflue

5.2 Obiettivi specifici

• Comprensione dei principali parametri analitici nell'industria della produzione del saccarosio da barbabietole, del processo di preparazione e purificazione del sugo grezzo, della concentrazione del sugo leggero e cottura del sugo denso, della cristallizzazione del saccarosio e della sua raffinazione

• Conoscenza dei principali cicli di trattamento delle acque reflue relative

5.3 Tempi

20 ore

5.4 Metodologie

• Lezione frontale

• Lezione interattiva

5.5 Valutazione

• Quesiti a risposta breve.

• Prova orale

• Relazione

• Prova scritto-grafica

6 Termodinamica. cinetica. catalisi e reattoristica

6.1 Contenuti

• Processi reversibili ed irreversibili

• Energia libera di reazione e spontaneità

• Energia libera di reazione e costante di equilibrio: conversione, resa e selettività

• Velocità di reazione e fattori che la influenzano: equazioni cinetiche, equazione di Arrhenius e tempo di semi vita

• Catalisi omogenea ed eterogenea

• Reattori e loro classificazione: tempo di residenza e velocità spaziale

6.2 Obiettivi specifici

• Conoscenza, comprensione ed applicazione delle relazioni tra spontaneità ed energia libera ed energia libera e costante di equilibrio, tra conversione, resa e selettività

• Capacita di applicare il concetto di velocità di reazione e sua dipendenza dalla concentrazione e dalla temperatura

• Conoscenza e comprensione del fenomeno catalitico e dei diversi tipi di catalizzatori

• Conoscenza delle principali tipologie e caratteristiche dei reattori chimici

6.3 Tempi

22 ore

6.4 Metodologie

• Lezione frontale

• Lezione interattiva

6.5 Valutazione

• Quesiti a risposta breve.

• Prova orale

• Relazione

• Problem solvine

7 Industria dell'azoto: gas di sintesi. ammoniaca ed acido nitrico

7.1 Contenuti

• Gas di sintesi: materie prime, aspetti termodinamici, cinetici e catalizzatori, principali schemi di processo

• Ammoniaca: caratteristiche e principali usi, aspetti termodinamici, cinetici e catalizzatori, principali reattori e schemi di processo

• Acido nitrico: caratteristiche e principali usi, aspetti termodinamici, cinetici e catalizzatori, principali reattori e schemi di processo

7.2 Obiettivi specifici

• Conoscenza delle materie prime per la produzione del gas di sintesi e dell' analisi termodinamica, cinetica e degli aspetti tecnologici dei processi industriali

• Conoscenza e comprensione dell'analisi termodinamica, cinetica ed economica della

sintesi dell'ammoniaca

• Conoscenza delle caratteristiche e degli usi dell'acido nitrico, dell'analisi

termodinamica, cinetica ed economica del ciclo produttivo

7.3 Tempi

33 ore

7.4 Metodologie

• Lezione frontale

• Lezione interattiva

7.5 Valutazione

• Quesiti a risposta breve.

• Prova orale

• Prova scritta e grafica