Nell eq. di Bernoulli per fluidi reali cosa rappresenta ( ) nel

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1 NOME: N. MATRICOLA: CONTROLLO E SICUREZZA DEI PROCESSI PRODUTTIVI IN AMBITO FARMACEUTICO 15 GENNAIO 2015 Informazioni sulla valutazione delle risposte: nel caso di domande con risposte multiple, più di una risposta può essere giusta; nel caso di risposta sbagliata verranno tolti 0.25 punti; nel caso di risposte contenenti valori numerici si richiede di riportare i calcoli che hanno portato a tali risultati, altrimenti, anche nel caso di risposta giusta, non verrà assegnato alcun punteggio. ESERCIZIO 1 Nell eq. di Bernoulli per fluidi reali cosa rappresenta ( ) nel caso in cui p1 p2, h1 = h2 e u1= u2? a) differenza di altezza piezometrica tra la posizione 1 e la posizione 2; b) perdita di carico lungo il percorso da 1 a 2; c) differenza del carico idraulico tra la posizione 1 e la posizione 2. ESERCIZIO 2 In un tubo orizzontale che trasporta acqua ad una portata di 1500 L/h si hanno sezioni diverse con raggio R 1 = 5 cm e R 2 = 2.5 cm. In condizioni stazionarie si valutino le velocità u 1 e u 2 relative alle due diverse sezioni espresse in m/s. ESERCIZIO 3 Si devono trasferire 5 L/s di acqua da un serbatoio ad un altro. La prevalenza del circuito è di 20 m.c.a. (densità dell acqua ρ = 1 g/cm 3 ). Sapendo che il rendimento della pompa utilizzata è η = 0,75, quanto sarà la potenza utile, Wu, e quella assorbita, Wa (in W o kw)? 1

2 ESERCIZIO 4 Se si vuol far superare ad un gas lungo un circuito livelli di pressione pari ad una prevalenza H = 100 m.c.a. si userà: a) una pompa b) un compressore c) un ventilatore. ESERCIZIO 5 Per regolare la portata di una pompa si può agire su: a) numero di giri; b) valvola di mandata; c) valvola di intercettazione sull aspirazione. ESERCIZIO 6 Secondo la Farmacopea Europea in che modo viene classificato il vapore e qual è il suo utilizzo in breve? -Vapore: e utilizzo. ESERCIZIO 7 Quale dei seguenti fattori riportati sotto gioca a vantaggio dei processi continui: a) Rintracciabilità dei prodotti; b) Produzione < 100 tonn/anno; c) ESERCIZIO 8 Nel caso di un sistema di reazioni multiple in parallelo: A + B PRODUCT r 1 = k1cacb A BYPRODUCT r 2 = k2ca a parità di temperatura di reazione e conversione finale di B, quale dei seguenti reattori continui è preferibile usare per avere selettività più alta? a) un PFR; b) un CSTR; c) entrambi mostrano la stessa selettività. Giustificare la risposta. 2

3 ESERCIZIO 9 Si elenchino i principali sistemi di controllo di un reattore chimico batch ESERCIZIO 10 Il processo reattivo 2A P (r A = kc A 2, k = 0,1 L/(mol min)) è condotto in fase liquida in un reattore batch; il tempo morto t m (tempo di carico + scarico) è di 30 min. Nel reattore è inizialmente presente solo il reagente A (C A0 = 1 mol/l). Si valuti il tempo di reazione t R necessario per ottenere una conversione del 90% e il volume del sistema di reazione per avere una produzione oraria di P di 500 mol/h. ESERCIZIO 11 Quali tra i seguenti processi consente di ottenere acqua per preparazioni iniettabili: a) resine a scambio ionico; b) ultrafiltrazione e a seguire osmosi inversa; c) distillazione. ESERCIZIO 12 Nell essiccamento, per ridurre il tempo di essiccamento si può: a) diminuire la temperatura dell eventuale gas essiccante se presente; b) operare sottovuoto nell essiccatore; c) aumentare la pressione nell essiccatore. ESERCIZIO 13 Nel caso in cui si vuole essiccare una sospensione liquida contenente prodotti termolabili si può pensare di utilizzare un: a) essiccatore a spray in contro-corrente ad aria; b) essiccatore spray in co-corrente ad aria; c) essiccatore a letto fluidizzato. 3

4 ESERCIZIO 14 Si devono asportare 50 kg/h di acqua da un solido umido. A tale scopo si utilizza aria atmosferica a 20 C e 40% di U.R. che viene riscaldata a 50 C nel riscaldatore E1. Dopo aver svolto l'azione essiccante, l aria esce dall'essiccatore con 80% di U.R.. Determinare la portata di aria essiccante, in kg a.s. /h, necessaria e la potenza termica richiesta per il riscaldamento dell aria nel riscaldatore E1. Si disegni sul diagramma igrometrico allegato il percorso dell aria essiccante da 0 a 1 e da 1 a 1*. E1 ESERCIZIO 15 Si completi (campi tratteggiati) il diagramma riportato sotto relativo ad un ciclo completo di liofilizzazione industriale, evidenziando sull asse del tempo le fasi di: congelamento, essiccamento primario e secondario. 4

5 ESERCIZIO 16 Un manometro misura la differenza di pressione tra una sezione a monte e una sezione a valle di un Venturi. Si indichi lo schema corretto. a) Schema 1 b) Schema 2 Si giustifichi la risposta ESERCIZIO 17 Un manometro a mercurio (d=13,5 g/cm 3 ) misura la pressione in un punto di una tubazione in cui scorre un gas. Si indichi se il manometro misura: a) Una pressione assoluta b) Una pressione relativa c) Sia la pressione assoluta che quella relativa Se il dislivello h del fluido del manometro nei due rami risulta pari a 350 mm, quale è la pressione assoluta del gas? a) 46,3 Pa b) 1,46 atm c) 46,3 KPa Si giustifichino con il calcolo la/le risposte corrette 5

6 ESERCIZIO 18 Una tubazione trasporta 10 kg/h di azoto (N 2 ) a 25 C e 3 atm. Quale è la portata volumetrica? a) 50 m 3 /min b) 0,05 m 3 /min c) 2,9 m 3 /h Si giustifichino con il calcolo la/le risposte corrette ESERCIZIO 19 Nell immagine sono raffigurati: a) Rotametri per la misurazione di portata b) Rotametri per la misurazione di temperatura c) Misuratori di portata del tipo positive displacement ESERCIZIO 20 Nell immagine è raffigurato lo schema tipico di: a) Un termistore b) Una termoresistenza c) Una termocoppia ESERCIZIO 21 Volendo ottenere cristalli che offrano minore resistenza alla filtrazione è preferibile far iniziare la cristallizzazione: a) Per nucleazione spontanea b) Per accrescimento indotto da inseminazione c) Indifferentemente tra le due precedenti 6

7 ESERCIZIO 22 Calcolare la differenza media logaritmica di temperatura in uno scambiatore a doppio tubo equicorrente (T in /T out fluido caldo 250 C/180 C; T in /T out fluido freddo 100 C/130 C): a) 91 C b) 196 F c) 164 F Si disegni l andamento dei profili di temperatura e si giustifichi con il calcolo la risposta corretta ESERCIZIO 23 In un reattore incamiciato il coefficiente globale di scambio della camicia è 380 W/m 2 K. Per mantenere all interno del reattore una temperatura di 50 C viene fatto circolare in camicia un fluido che entra a 90 C ed esce a 70 C. Sapendo che la potenza termica trasferita è pari a 150 kw, la superficie di scambio della camicia è: a) 30 m 2 b) 14 m 2 c) Non è possibile calcolare la superficie di cambio Si giustifichi con il calcolo l eventuale risposta corretta ESERCIZIO 24 Se un reattore incamiciato del volume di L la camicia ha una superficie di scambio di 50 m 2, un reattore (della stessa geometria) del volume di 1000 L potrà avere una superficie di scambio pari a: a) 3 m 2 b) 10 m 2 c) 5 m 2 7

8 ESERCIZIO 25 Per il seguente cammino di cristallizzazione, condotto per aggiunta di antisolvente, si indichi: e si descrivano i punti La variabile di processo in ascissa 1. Soluzione prevalentemente attraverso 3-6. Avanzamento cristallizzazione prevalentemente attraverso. ESERCIZIO 26 La camicia di un reattore è attraversata da un fluido riscaldante, avente calore specifico 5 J/g C, che entra a 90 C ed esce a 70 C. Se il fluido deve fornire una potenza termica di 30 kw, quale dovrà essere la sua portata? d) 0,3 kg/s e) 18 kg/min f) 300 g/s Si giustifichino con il calcolo la/le risposte corrette 8

9 ESERCIZIO 27 Una soluzione satura di un API (solubilità dell API 20 g/l) viene sottoposta a cristallizzazione per evaporazione del solvente a temperatura costante. Se il volume di solvente iniziale è 1000 Litri e la resa di cristallizzazione è del 90%, quale sarà il volume finale del solvente? a) 100 L b) 1000 L c) 0,1 m 3 Si giustifichi con il calcolo la/le risposte corrette ESERCIZIO 28 Nel caso di centrifugazione di ingredienti attivi ad elevato profilo tossicologico la/le apparecchiature preferibili sono: a) Centrifughe a inversione di sacca filtrante b) Centrifughe ad asse verticale con prelievo della sacca filtrante dall alto c) Centrifughe peeler ESERCIZIO 29 Nell equazione di Fourier espressa dal termine: a) (T 1 -T 2 ) b) la resistenza al trasferimento di potenza termica è c) ESERCIZIO 30 Nell immagine è raffigurato: a) Un filtro essiccatore con sistema di agitazione b) Un filtro essiccatore senza sistema di agitazione c) Un filtro a foglia su scala di laboratorio 9

10 Diagramma igrometrico allegato 10