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

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1 PROGRAMMAZIONE DI TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI, PRINCIPI DI AUTOMAZIONE E ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE VD-VE a.s. 2013/201 Docente teorico: Prof.ssa Mirabelli Gaetana ITIS PASCAL sede Via dei Robilant 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 OMISSIS... 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 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 1

2 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. - Abilità: saper esprimere con la corretta terminologia quanto appreso saper cogliere il senso e interpretare correttamente i contenuti di informazioni semplici saper applicare autonomamente le conoscenze con i compiti semplici senza errori INDIVIDUAZIONE STRUMENTI DI MISURA PER EVENTUALI VERIFICHE SOMMATIVE Il monitoraggio degli apprendimenti sarà continuo attraverso prove in itinere di vario genere. Le tipologie che saranno 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 CRITERI DI VALUTAZIONE Saranno presi in considerazione: - progresso - conoscenza e comprensione degli argomenti - competenza linguistica - capacità di individuare e sintetizzare concetti chiave - 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: - Conoscenza essenziale di termini, principi e teorie - Capacità, intesa come potenzialità ad affrontare l esame di Stato - 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 - Frequenza scolastica regolare La griglia di valutazione degli obiettivi raggiunti è quella discussa in sede di dipartimento di scienze: 2

3 GRIGLIA DI VALUTAZIONE Descrittore Totalmente insufficiente 2.totale assenza di conoscenze, attenzione, elaborazione e partecipazione Gravemente insufficiente 3.totale assenza delle più elementari nozioni.totale incapacità di cogliere le tematiche affrontate voto 1 2.assolutamente incapace di affrontare una situazione comunicativa Scarso 6.non possiede i contenuti minimi degli argomenti trattati 3 7.non riesce ad utilizzare le conoscenze e le competenze delle tematiche affrontate Insufficiente 8.conosce in modo frammentario o lacunoso gli argomenti trattati 9.non sempre comprende il senso globale, ed ha difficoltà nel cogliere il significato specifico 10.utilizza in modo elementare e scorretto, le conoscenze e le competenze Mediocre 11.conosce in modo incompleto o limitatamente scorretto 12.coglie il senso globale ma ha difficoltà nel cogliere il significato specifico 13.utilizza in modo elementare, ma non sempre completo, le conoscenze e le competenze Sufficiente 1.conosce in modo essenzialmente corretto le nozioni e le funzioni 1.coglie il senso globale e anche alcuni aspetti particolari 6 16.utilizza in modo elementare, ma corretto e completo, le conoscenze e le competenze Discreto 17.è in possesso delle conoscenze nei vari ambiti e sa orientarsi 18.coglie il senso globale, gli aspetti particolari dei fenomeni e le principali interconnessioni 7 19.sa utilizzare le conoscenze e le competenze in modo corretto e preciso Buono 20.conosce in modo chiaro e dettagliato i contenuti, dimostrando scioltezza e sicurezza 21.coglie perfettamente il senso globale, autonomamente sa individuare gli aspetti particolari e le interconnessioni 8 22.utilizza le conoscenze in modo preciso e completo, anche per elaborare produzioni autonome Ottimo 9 3

4 23.conosce e approfondisce in modo personale gli argomenti trattati 2.comprende in maniera quasi completa e approfondita e si appropria delle conoscenze in modo personale 2.utilizza le conoscenze in maniera precisa e completa applicandole in altri contesti. Eccellente 26.conosce e approfondisce in modo personale gli argomenti trattati 27.comprende in maniera completa e molto approfondita e si appropria delle conoscenze in modo personale utilizza le conoscenze in maniera precisa e completa rielaborandole in altri contesti. Le simulazioni d'esame saranno corrette utilizzando la griglia riportata di seguito: GRIGLIA DI VALUTAZIONE DELLA SECONDA PROVA SCRITTA Indicatori Livelli di valutazione Schema impianto (obbligat orio) 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 Relazion e 1 Relazion e 2 La parte numerica non è stata svolta oppure la soluzione risulta completamente sbagliata. 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 3 Punteg gio livello Punteg gio assegn ato

5 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 Punteggio ottenuto /1 ITINERARI METODOLOGICI DIDATTICI FUNZIONALI ALLE ATTIVITA DI RECUPERO Considerate le ore di lezione previste: 6 ore settimanali per un totale di 198 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. STRUMENTI Gli strumenti dei quali mi avvarrò saranno: -libro di testo:tecnologie chimiche industriali di Calatozzolo Natoli Vol. III ed.edisco, lasciando la facoltà agli alunni di usare un altro testo in possesso. -appunti esemplificativi preparati dall insegnante -LIM -Attività di laboratorio ORGANIZZAZIONE MODULARE DELL ATTIVITA DIDATTICA MODULO 1: DISTILLAZIONE UD1 Contenuti Obiettivi

6 UD1 EQUILIBRIO LIQUIDO - VAPORE UD2 RETTIFICA CONTINUA UD3 ALTRI METODI DI DISTILLAZIONE -L'equilibrio liquido-vapore per un -Saper descrivere le leggi che governano componente puro I'equilibrio liquido-vapore di miscele -Le miscele ideali -L'equilibrio per le miscele ideali binarie ideali -Conoscere i diagrammi d'equilibrio -Le deviazioni dal comportamento ideale liquido-vapore di miscele binarie reali -Principio di funzionamento -Saper usare il metodo di McCabe e di una Thiele per la determinazione grafica del colonna a piatti, concetto di riflusso e rapporto di riflusso numero di stadi ideali relative alle operazioni di distillazione -Determinazione del numero teorico dei -Conoscere il significato fisico delle varie piatti con il metodo di McCabe ethiele: rette di lavoro utilizzate nel metodo di ipotesi del flusso molare costante, rette McCabe e Thiele di lavoro superiore e inferiore, retta "q", -Conoscere l'influenza del rapporto di costruzione della spezzata che da il riflusso sul numero degli stadi numero teorico dei piatti; efficienza dei piatti, numero effettivo dei -Sapere quali parametri determinano il piatti; determinazione del riflusso rapporto di riflusso ottimo minimo, -Conoscere le caratteristiche del piatti a riflusso massimo, fattori che determinano il riflusso economicamente campanella, a valvola, forati più conveniente -Conoscere le tecniche di distillazione discontinua, estrattiva, azeotropica, in -Bilancio di materia e di calore della corrente di vapore. colonna, superficie di scambio del -Saper tracciare, utilizzando le norme ribollitore di coda e del condensatore di testa UNICHIM, gli schemi di processo relativi alle tipologie di distillazione studiate, -Piatti a campanelle, a valvole e forati; completi di regolazione automatica fattori che influenzano il corretto funzionamento dei piatti, -Generalità sulle colonne a riempimento. -Schemi di processo e di regolazione, secondo Ie norme UNICHIM. -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 6

7 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 UD2 ESTRAZIONE SOLIDO/LIQUIDO -Principali applicazioni dell'estrazione liquido/liquido -L'equilibrio di ripartizione e lo stadio di equilibrio -Sistemi a totale immiscibilità tra solbente e diluente -Sistemi a parziale miscibilità -Il trasferimento di massa 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 solido-liquido -Determinazione del numero di stadi ideali -Le Apparecchiature per l'estrazione solido-liquido -L'estrazione con solventi in condizioni supercritiche -Saper descrivere i principi dell'estrazione e le principali applicazioni industriali -Conoscere i parametri operativi e la loro influenza sull'operazione -Conoscere le principali apparecchiature industriali utilizzate nell'estrazione -Conoscere i criteri di scelta del solvente -Conoscere l'estrazione con solventi in 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 7

8 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 : PETROLCHIMICA UD1 PETROLIO -Generalità, riserve, produzione e consumo di petrolio -Origine, ricerca ed estrazione del petrolio -Composizione, classificazione, analisi e caratteristiche del petrolio -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 UD3 -Utilizzazione degli aromatici PETROLCHIMICA -Utilizzazione delle olefine -Produzione MTBE -Saper descrivere i processi di formazione dei giacimenti petroliferi e le tecniche di localizzazione -Saper descrivere i cicli di lavorazione del grezzo -Conoscere le caratteristiche e gli impieghi 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 8

9 UD1 GENERALITÀ UD2 PREPARAZIONE INDUSTRIALE DI ALCUNI POLIMERI SINTETICI -Note storiche ed economiche -La struttura dei polimeri -Caratteristiche applicative dei materiali polimerici -Le reazioni di polimerizzazione -Le tecniche di polimerizzazione -Gli additivi delle materie plastiche -Tecnologie di lavorazione dei materiali polimerici -Le poliolefine -I poliesteri -Le poliammidi -Il polistirene -Il polivinilcloruro -Polimeri per le alte temperature -Problematiche tossicologiche e ambientali -Saper utilizzare correttamente la nomenclatura ed i termini specifici -Saper mettere in relazione le caratteristiche applicative con quelle strutturali -Saper descrivere le caratteristiche strutturali dei polimeri e i meccanismi delle reazioni di polimerizzazione -Conoscere le caratteristiche delle principali tecniche di polimerizzazione -Conoscere le principali tecnologie di lavorazione di materie plastiche, fibre ed elastomeri -Conoscere le reazioni di sintesi e le caratteristiche applicative dei principali polimeri MODULO 6: BIOTECNOLOGIE E PROCESSI BIOTECNOLOGICI UD1 LA FERMENTAZIONE UD2 PROCESSI BIOTECNOLOGICI -Generalità sulle biotecnologie e sui -Conoscere i principali campi campi d applicazione -Materie prime -Sterilizzazione termica e per filtrazione d'applicazione delle biotecnologie -Saper descrivere la struttura dei microbi -Conoscere i parametri per il controllo di -Generalità sulla classificazione dei un fermentatore microbi -Saper descrivere le caratteristiche dei -Fermentatori principali tipi di fermentatori Produzione microbiologica nell'industria -Conoscere gli aspetti tecnologici delle chimica: etanolo, glicerolo, amminoacidi produzioni trattate (L-lisina e acido glutammico), -Conoscere i principali parametri che biopolimeri, depurazione delle acque e caratterizzano l'inquinamento delle acque produzione di biogas reflue Produzione microbiologica nell'industria -Conoscere i principi di funzionamento del alimentare: birra, vino 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 9

10 della digestione anaerobica per la produzione di biogas -Saper tracciare gli schemi di processo relativi ai processi studiati. Roma 30 Ottobre 2013 Prof.ssa Gaetana Mirabelli 10