PROGRAMMAZIONE DI TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI, PRINCIPI DI AUTOMAZIONE E ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE

Transcript

1 PROGRAMMAZIONE DI TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI, PRINCIPI DI AUTOMAZIONE E ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE VB chimica a.s. 2012/2013 Teorico: Prof.ssa Mirabelli Gaetana FINALITA' Scopo di questa materia è di fornire una conoscenza sostanziale delle principali caratteristiche strutturali e funzionali degli impianti chimici così, da contribuire alla formazione di un tecnico in grado di rilevare ed interpretare i dati forniti dagli strumenti di misurazione e controllo di impianti e di trattamenti disinquinanti. SITUAZIONE DI PARTENZA La classe poco numerosa, è composta da alunni incontrati nel corso del III ITIS. Un piccolo gruppo si impegna prendendo appunti e seguendo con attenzione per recuperare alcune lacune, altri sono ancora poco coscienti dell'impegno necessario per affrontare serenamente l'esame di stato. E stata effettuata una prova d ingresso in forma scritto grafica per valutare il grado di comprensione di un impianto, la capacità grafica e la conoscenza delle norme UNICHIM. Il risultato della prova è stato scadente rendendo così necessario un modulo di ripasso di argomenti propedeutici al programma della classev. OBIETTIVI FORMATIVI GENERALI - Comprensione graduale, secondo il punto di vista scientifico, dei problemi di fondo, metodologici e culturali, posti dalle caratteristiche peculiari della materia - Acquisire e saper sviluppare capacità di analisi, di riflessione, di sintesi, di memorizzazione e saper utilizzare le nozioni apprese - Essere consapevoli che la ricerca scientifica è in forte sviluppo e che le acquisizioni in questo settore avranno in futuro un forte impatto sulla nostra vita quotidiana - Utilizzare la terminologia specifica della disciplina - Capacità di autovalutazione - Acquisizione di esperienze legate al territorio, tramite uscite didattiche e viaggi di istruzione - Essere consapevole delle responsabilità e dell impegno assunto al fine di renderlo appieno partecipe del percorso didattico intrapreso. OBIETTIVI MINIMI DIDATTICI - Conoscenze: Conoscere le leggi che governano I'equilibrio liquido-vapore di miscele binarie ideali; Saper applicare il metodo di McCabe e Thiele per la determinazione grafica del numero di stadi ideali Conoscerere le caratteristiche del piatti Conoscere le tecniche di distillazione Conoscere i processi di formazione dei giacimenti petroliferi Descrivere le caratteristiche e gli impieghi delle frazioni petrolifere, con specifico riferimento alle benzine 1

2 Descrivere i processi di trattamento delle acque di scarico di raffinerie Saper tracciare, utilizzando le norme UNICHIM, gli schemi di processo relativi alle tipologie di distillazione studiate, completi di regolazione automatica Saper descrivere i principi dell'estrazione e le principali applicazioni industriali Conoscere le principali apparecchiature industriali utilizzate nell'estrazione Saper tracciare, utilizzando le norme UNICHIM, gli schemi di processo relativi alle tipologie d'estrazione studiate, completi di regolazione automatica Saper descrivere le caratteristiche strutturali dei polimeri Conoscere le caratteristiche e i meccanismi delle reazioni di polimerizzazione Conoscere le reazioni di sintesi e le caratteristiche applicative dei principali polimeri Conoscere le caratteristiche dei principali tipi di fermentatori e i parametri controllati Conoscere gli aspetti tecnologici e gli schemi di processo delle produzioni di L-lisina, bioetanolo e birra Conoscere i principi di funzionamento della digestione anaerobica per la produzione di biogas. - Competenze: saper applicare autonomamente le conoscenze con i compiti semplici senza errori - Capacità: saper cogliere il senso e interpretare correttamente i contenuti di informazioni semplici - Abilità linguistico espressive: saper in modo semplice ma corretto quanto appreso INDIVIDUAZIONE STRUMENTI DI MISURA PER EVENTUALI VERIFICHE SOMMATIVE Il monitoraggio degli apprendimenti sarà continuo attraverso prove in itinere di vario genere. Le tipologie che potranno essere adottate sono: - Prove orali: interrogazioni - Prove scritto/grafico: test strutturati, test semi-strutturati, relazioni di laboratorio, produzioni personali (ricerche e approfondimenti), schemi di processo su carta millimetrata Le simulazioni d'esame saranno corrette utilizzando la griglia riportata di seguito 2

3 GRIGLIA DI VALUTAZIONE DELLA SECONDA PROVA SCRITTA Studente... Classe... Indicatori Livelli di valutazione Puntegg io livello Schema impianto (obbligato ro) Non è stato elaborato nessuno schema o la soluzione presentata non ha nessuna attinenza con la traccia del tema. Lo schema manca di alcune parti importanti ed è disegnato in maniera poco precisa. 2 Schema completo per la parte delle apparecchiature ma incompleto nella parte relativa al controllo automatico. Schema completo sia nelle apparecchiature che nei controlli ma poco corrispondente alle norme UNICHIM Schema completo in tutte le sue parti, disegnato in maniera precisa e in linea con la normativa UNICHIM A scelta del candidato 2 dei 3 esercizi Parte numerica Relazione 1 Relazione 2 La parte numerica non è stata svolta oppure la soluzione risulta completamente sbagliata. 1 Soluzione solo parziale della parte numerica e risultati poco precisi. 2 Lo svolgimento è quasi sufficiente ma i risultati non hanno la precisione richiesta. 3 Lo svolgimento dei calcoli è completo ma privo di struttura logica e con risultati non sempre precisi Lo svolgimento evidenzia conoscenze complete e ben strutturate. I risultati sono espressi con il giusto grado di precisione. Gli argomenti trattati non hanno alcuna attinenza con il tema proposto. 1 Attinenza solo parziale fra gli argomenti trattati e il tema. Svolgimento insufficiente e non strutturato Svolgimento sufficiente ma l uso della terminologia caratteristica della disciplina non è sempre corretto L esposizione e la struttura degli argomenti risultano sufficienti e la terminologia è usata in maniera appropriata Svolgimento completamente in linea con la traccia. Argomenti strutturati in maniera logica e chiara. Gli argomenti trattati non hanno alcuna attinenza con il tema proposto. 1 Attinenza solo parziale fra gli argomenti trattati e il tema. Svolgimento insufficiente e non strutturato Svolgimento sufficiente ma l uso della terminologia caratteristica della disciplina non è sempre corretto L esposizione e la struttura degli argomenti risultano sufficienti e la terminologia è usata in maniera appropriata Svolgimento completamente in linea con la traccia. Argomenti strutturati in maniera logica e chiara Puntegg io assegnat o Punteggio ottenuto /1 CRITERI DI VALUTAZIONE Saranno presi in considerazione: - progresso - conoscenza e comprensione degli argomenti - competenza linguistica - capacità di individuare e sintetizzare concetti chiave 3

4 - capacità di formulare ipotesi interpretative di fatti - partecipazione al dialogo educativo. Le condizioni necessarie per considerare sufficiente il percorso formativo dell allievo relativamente alla formalizzazione del giudizio di fine anno scolastico saranno individuate nei seguenti punti: - Capacità intesa come potenzialità ad affrontare l anno successivo - Conoscenza essenziale di termini, principi e teorie - Capacità espositiva semplice, senza errori sostanziali anche se con alcune incertezze - Capacità di concettualizzazione con esatta interpretazione di nessi logici - Competenza applicativa delle conoscenze acquisite nel trattare contenuti specifici, metodologie e generalizzazioni senza errori sostanziali anche se con alcune incertezze nell esecuzione di elaborazioni semplici - Interesse e impegno per la disciplina - Frequenza scolastica regolare La griglia di valutazione degli obiettivi raggiunti sarà quella che verrà approvata in sede di Cdd. ITINERARI METODOLOGICI DIDATTICI FUNZIONALI ALLE ATTIVITA DI RECUPERO Considerate le ore di lezione previste: ore settimanali per un totale di 16 ore annuali; si intende dedicare alle attività di recupero, intese come revisione degli argomenti svolti durante le ore curriculari, il 20% circa del tempo. Altre attività di recupero, nel caso si rendessero necessarie, potranno anche svolgersi attraverso dei corsi di recupero pomeridiani o lo sportello didattico METODI La relazione di insegnamento è una relazione biunivoca: il docente insegna, ma allo stesso tempo apprende, sia il modo di apprendere degli altri, ma anche i propri meccanismi di conoscenza. L'insegnante non sa tutto, impara con i propri studenti. Per questo la lezione non sarà mai sfoggio del proprio sapere bensì momento di crescita collettiva attraverso un dialogo sempre aperto con gli studenti. Per cui l approccio che prediligerò sarà del tipo dialogato nel tentativo di coinvolgere e incuriosire gli studenti. L approccio alla materia sarà graduale, senza porre gli alunni immediatamente di fronte o questioni specifiche concettualmente piuttosto impegnative. Il linguaggio espositivo sarà semplice ed essenziale, i termini appartenenti al linguaggio proprio della disciplina verranno di volta in volta chiariti. Nella trattazione dei vari argomenti si farà riferimento, per quanto possibile, a fatti ad esperienze della vita quotidiana e si darà particolare rilievo agli argomenti che trovano e completano il loro sviluppo sia negli insegnamenti affini sia in quelli professionali.

5 STRUMENTI Gli strumenti dei quali mi avvarrò sono in primo luogo l'uso di un libro di testo scelto con cura per fornire allo studente un mezzo chiaro e rigoroso per approfondire gli argomenti trattati in classe oltre ad appunti esemplificativi preparati dall insegnante. Testi: Tecnologia chimica industriale Di Pietro ed.hoeply - Biotecnologie Petrone. ed. Siderea ORGANIZZAZIONE MODULARE DELL ATTIVITA DIDATTICA MODULO 0: RICHIAMI UD Contenuti obiettivi UD1 BILANCIO DI MATERIA ED ENERGIA -Il bilancio di materia -Il bilancio di energia -Essere in grado di impostare e risolvere un problema di bilancio di materia e di energia UD2 SCHEMA DI PRCESSO -Norme per la realizazione di uno schema di processo -Saper consultare le norme UNICHIM -Saper organizzare e realizzare lo schema di processo di un impianto MODULO 1: DISTILLAZIONE UD1 Contenuti Obiettivi UD1 EQUILIBRIO LIQUIDO - VAPORE UD2 RETTIFICA CONTINUA -L'equilibrio liquido-vapore per un -Saper descrivere le leggi che governano componente puro -Le miscele ideali -L'equilibrio per le miscele ideali I'equilibrio liquido-vapore di miscele binarie ideali -Conoscere i diagrammi d'equilibrio liquidovapore di miscele binarie reali -Le deviazioni dal comportamento ideale -Saper usare il metodo di McCabe e Thiele per la determinazione grafica del numero di stadi -Principio di funzionamento di una ideali relative alle operazioni di distillazione colonna a piatti, concetto di riflusso e rapporto di riflusso -Conoscere il significato fisico delle varie rette di lavoro utilizzate nel metodo di McCabe e -Determinazione del numero teorico Thiele dei piatti con il metodo di McCabe -Conoscere l'influenza del rapporto di riflusso ethiele: ipotesi del flusso molare sul numero degli stadi costante, rette di lavoro superiore e -Sapere inferiore, parametro "q" e retta "q", quali parametri determinano il rapporto di riflusso ottimo costruzione della spezzata che da il -Conoscere le caratteristiche del piatti a numero teorico dei piatti; efficienza dei campanella, a valvola, forati piatti ed equazione di Murphree, numero effettivo dei -Conoscere piatti; le tecniche di distillazione discontinua, estrattiva, azeotropica, in corrente determinazione del riflusso minimo, riflusso massimo, fattori di vapore. che determinano il -Saper riflusso tracciare, utilizzando le norme UNICHIM, gli schemi di processo relativi alle

6 economicamente più conveniente -Bilancio di materia e di calore della colonna, superficie di scambio del ribollitore di coda e del condensatore di testa -Piatti a campanelle, a valvole e forati; fattori che influenzano il corretto funzionamento dei piatti, diagramma di stabilita (diagramma di Young). - Generalità sulle colonne a riempimento. tipologie di distillazione studiate, completi di regolazione automatica -Schemi di processo e di regolazione, secondo Ie norme UNICHIM. UD3 ALTRI METODI DI DISTILLAZIONE -Distillazione d'equilibrio: generalità, bilancio di materia di sistemi bicomponenti -Rettifica discontinua: funzionamento a riflusso costante e a composizione costante (generalità) -Sistemi immiscibili: distillazione in corrente di vapore, diagrammi di Hausbrand -Strippaggio: finalità dell'operazione, interconversione tra le concentrazioni in "frazione" e in "rapporto", costruzione della curva d'equilibrio e della retta di lavoro, calcolo grafico del numero degli stadi teorici, schema di processo. -Distillazione estrattiva e azeotropica: principi ed esempi d'applicazione. -Schemi di processo e di regolazione per le varie tipologie di distillazione, secondo le norme UNICHIM. MODULO 2: ESTRAZIONE UD1 ESTRAZIONE LIQUIDO/LIQUIDO -Principali applicazioni dell'estrazione -Saper descrivere i principi dell'estrazione e le liquido/liquido principali applicazioni industriali -L'equilibrio di ripartizione e lo stadio di -Conoscere i parametri operativi e la loro equilibrio influenza sull'operazione -Sistemi a totale immiscibilità tra -Conoscere le principali apparecchiature solbente e diluente -Sistemi a parziale miscibilità industriali utilizzate nell'estrazione -Conoscere i criteri di scelta del solvente -Il trasferimento di massa -Conoscere l'estrazione con solventi in 6

7 UD2 ESTRAZIONE SOLIDO/LIQUIDO nell'estrazione liquido-liquido -Stadi ideali e stadi realizazione -Scelta del solvente -Le apparecchiature d'estrazione -Schemi di processo e di controllore -Principali impieghi dell'estrazione solido/liquido -Meccanismo dell'estrazione solidoliquido -Diagrammi ternari e bilancio di materia -L'equilibrio nell'estrazione solidoliquido -Determinazione del numero di stadi ideali -Le Apparecchiature per l'estrazione solido-liquido -L'estrazione con solventi in condizioni supercritiche condizioni supercritiche -Conoscere i criteri di regolazione di una colonna d'estrazione -Saper rappresentare i sistemi ternari con diagrammi a triangolo equilatero e rettangolo isoscele. -Saper fare i bilanci di materia relativi all'estrazione, sia analiticamente sia graficamente. -Saper descrivere, costruire ed utilizzare le rette di lavoro -Saper calcolare il numero degli stadi ideali nell'ipotesi di contatto singolo e multiple, sia in controcorrente sia in correnti incrociate. -Saper tracciare, utilizzando le norme UNICHIM, gli schemi di processo relativi alle tipologie d'estrazione studiate, completi di regolazione automatica. MODULO 3: ASSORBIMENTO E STRIPPAGGIO UD1 ASSORBIMENTO DEI GAS -Generalità -La solubilità di gas in liquidi -Le equazioni di trasferimento di materia -Apparecchiature impiegate nell'assorbimento -Il dimensionamento delle colonne di assorbimento a stadi -Saper descrivere le leggi e i parametri che influenzano la solubilità dei gas nei liquidi -Saper descriverei parametri che influenzano il trasporto di materia da una fase gassosa ad una liquida -Conoscere le caratteristiche delle principali apparecchiature utilizzate nell'assorbimento. -Saper determinare le composizioni d'equilibrio gas/liquido e il numero di stadi ideali con il metodo grafico di McCabe e Thiele -Saper tracciare, utilizzando le norme UNICHIM, gli schemi di processo relativi all'assorbimento dei gas, completi di regolazione automatica. MODULO : PETROLIO GAS NATURALE, PETROLCHIMICA E CARBONE UD1 PETROLIO -Generalità, riserve, produzione e -Saper descrivere i processi di formazione dei consumo di petrolio giacimenti petroliferi e le tecniche di -Origine, ricerca ed estrazione del localizzazione petrolio -Saper descrivere i cicli di lavorazione del -Composizione, classificazione, analisi grezzo e caratteristiche del petrolio -Conoscere le caratteristiche e gli impieghi 7

8 UD2 GAS NATURALE UD3 PETROLCHIMICA UD IL CARBONE -Valutazione commerciale e tecnologica del petrolio -Raffinazione del petrolio -Trattamenti preliminari delle frazioni petrolifere -Processi di conversione delle frazioni petrolifere -Il trattamento dei reflui liquidi -Generalità, consumi, riserve di gas naturale -Estrazione, trasporto e uso del gas naturale -Trattamenti del gas anturale -Utilizzazione degli aromatici -Utilizzazione delle olefine -Produzione MTBE -Generalità, consumi, riserve -Struttura, proprietà, classificazione dei carboni -Impieghi del carbone delle frazioni petrolifere, con specifico riferimento alle benzine -Saper descrivere le reazioni implicate nei vari processi -Conoscere gli aspetti termodinamici e cinetici dei principali processi di conversione degli idrocarburi in relazione ai parametri operativi -Saper applicare il diagramma di Francis per valutare gli aspetti termodinamici delle reazioni tra idrocarburi -Saper leggere gli schemi di processo relativi alle produzioni più rilevanti MODULO : POLIMERI E MATERIALI POLIMERICI UD1 GENERALITÀ UD2 PREPARAZIONE INDUSTRIALE DI ALCUNI POLIMERI SINTETICI -Note storiche ed economiche -Saper utilizzare correttamente la -La struttura dei polimeri nomenclatura ed i termini specifici -Caratteristiche applicative dei materiali -Saper mettere in relazione le caratteristiche polimerici -Le reazioni di polimerizzazione -Le tecniche di polimerizzazione -Gli additivi delle materie plastiche applicative con quelle strutturali -Saper descrivere le caratteristiche strutturali dei polimeri e i meccanismi delle reazioni di polimerizzazione -Tecnologie di lavorazione dei materiali -Conoscere le caratteristiche delle principali polimerici tecniche di polimerizzazione -Conoscere le principali tecnologie di -Le poliolefine lavorazione di materie plastiche, fibre ed -I poliesteri elastomeri -Le poliammidi -Conoscere le reazioni di sintesi e le caratteristiche applicative dei principali -Il polistirene polimeri -Il polivinilcloruro -Polimeri per le alte temperature -Problematiche tossicologiche e ambientali 8

9 MODULO 6: BIOTECNOLOGIE E PROCESSI BIOTECNOLOGICI UD1 LA FERMENTAZIONE -Generalità sulle biotecnologie e sui -Conoscere i principali campi d'applicazione campi d applicazione -Materie prime delle biotecnologie -Saper descrivere la struttura dei microbi -Sterilizzazione termica e per filtrazione -Conoscere i parametri per il controllo di un -Classificazione dei microbi fermentatore -Fermentatore continui e discontinui e -Saper descrivere le caratteristiche dei sistemi di controllo principali tipi di fermentatori UD2 PROCESSI BIOTECNOLOGICI -Il bioetanolo -Conoscere gli aspetti tecnologici della -La birra produzioni del bioetanolo, degli amminoacidi -Antibiotici: produzione di L-lisina e e della birra acido glutammico -Conoscere i principali parametri che -Depurazione delle acque e la caratterizzano l'inquinamento delle acque produzione di biogas reflue -Conoscere i principi di funzionamento del trattamento a fanghi attivi ed i principali parametri che caratterizzano tale processo -Conoscere le principali tecniche impiegate per lo smaltimento dei fanghi di supero -Conoscere i principi di funzionamento della digestione anaerobica per la produzione di biogas -Saper tracciare gli schemi di processo relativi ai processi studiati. Roma 1 ottobre 2012 Prof.ssa Gaetana Mirabelli 9