Anno Scolastico Piano di Lavoro Disciplinare di TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI. classe terza e quarta

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1 Istituto Tecnico Industriale Statale Liceo Scientifico opzione Scienze Applicate Ettore Molinari Anno Scolastico Piano di Lavoro Disciplinare di TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI classe terza e quarta

2 Obiettivi disciplinari generali Finalità dell insegnamento: 1) La formazione culturale relativa agli aspetti di processo impiantistici ed ecologici connessi alla produzione su scala industriale dei composti chimici. 2) L acquisizione di competenze necessarie per risolvere problemi di natura chimica nell ambito di qualsiasi attività produttiva o di servizi. 3) L acquisizione di capacità 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 deve essere in grado di : 1) Inserirsi con adeguate competenze nell industria chimica e operare con diversi gradi di responsabilità nell ambito della produzione fornendo corretti elementi di valutazione sugli aspetti chimici, chimico fisici ed impiantistici di un processo chimico valutando l efficacia di un sistema di regolazioni automatiche. 2) Partecipare a lavori di equipe nella progettazione di apparecchiature industriali. 3) Comunicare,con proprietà di linguaggio tecnico, con gli specialisti di informatica ed automazione Obiettivi minimi disciplinari 1) Utilizzare modelli appropriati per investigare su fenomeni e interpretare dati sperimentali. 2) Utilizzare in contesti di ricerca applicata procedure e tecniche per trovare soluzioni innovative e migliorative in relazione a campi di propria competenza. 3) Orientarsi nelle dinamiche dello sviluppo scientifico e tecnologico. 4) Orientarsi nella normativa che disciplina i processi produttivi con particolare attenzione alla sicurezza ed alla tutela dell ambiente. Le attività di recupero curricolari (salvo necessità particolari)sono svolte in itinere. Metodologie: lezione frontale,problem solving. Valutazione: prove scritte,orali e grafiche formative e sommative. Per i criteri di valutazione ci si attiene al P.O.F. della scuola. Risorse 1) Libro di testo: M.Calatozzolo: Tecnologie chimiche industriali, volume I,II,III,EDISCO Editrice Torino. 2) Laboratorio: impianto pilota automatizzato e computerizzato per il controllo di livello; impianto pilota per lo studio della dinamica dei fluidi. 3) Laboratorio multimediale

3 COMPETENZE INDICATE DALLE LINEE GUIDA MINISTERIALI Acquisire i dati ed esprimere qualitativamente e quantitativamente i risultati delle osservazioni di un fenomeno attraverso grandezze fondamentali e derivate. Individuare e gestire le informazioni per organizzare le attività sperimentali. Utilizzare i concetti, i principi e i modelli della chimica fisica per interpretare la struttura dei sistemi e le loro trasformazioni. Essere consapevole delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie, nel contesto culturale e sociale in cui sono applicate. Intervenire nella pianificazione di attività e controllo della qualità del lavoro nei processi chimici e biotecnologici e gestire attività di laboratorio. Controllare progetti e attività, applicando le normative sulla protezione ambientale e sulla sicurezza. Redigere relazioni tecniche e documentare le attività individuali e di gruppo relative a situazioni professionali. CONTENUTI E OBIETTIVI DISCIPLINARI DEI MODULI SECONDO BIENNIO (classi terza e quarta) CLASSE TERZA MODULO 1 Grandezze fisiche e sistemi di misura e Competenza 1 Conoscenza operativa del sistema Operazioni con grandezze fisiche,sistemi internazionale di unità di misura e dell analisi di unità di misura ed interconversioni dimensionale MODULO 2 La teoria cinetica dei gas e Competenza 3 Leggi empiriche dei gas ideali : Boyle, Gay- Lussac; legge di Avogadro; legge di stato dei Applicazione delle leggi dei gas per la soluzione di problemi semplici gas ideali; legge di Dalton. Descrizione del modello cinetico La teoria cinetico particellare Gas reali: equazione di Van der Waals Diagrammi di Andrews particellare dei gas ideali Utilizzazione dei diagrammi di Clapeyron per descrivere stati e trasformazione dei gas MODULO 3 Statica e dinamica dei liquidi

4 e Competenza 1 Statica: pressione idrostatica, scale di Applicazione del concetto di pressione pressione, legge di Stevin, misuratori di pressione, equazione della statica. Dinamica: equazione di continuità,equazione idrostatica e dei principi di misurazione. Comprensione di regime di flusso stazionario e padronanza della interrelazione tra portata, di Bernoulli,viscosità, numero di velocità e sezione per un fluido Reynolds,perdite di carico, misuratori di portata. incomprimibile. Applicazione dell equazione di Bernoulli per i fluidi ideali e reali; calcolo delle perdite di carico. MODULO 4 Stoccaggio, tubazioni e materiali, elementi di linea Generalità sui materiali impiegati Distinguere di principali materiali metallici e non nell industria chimica Stoccaggio e trasporto dei materiali solidi usati nell industria chimica e dei loro principali campi di applicazione e alle caratteristiche Stoccaggio, tubazioni ed accessori di linea: meccaniche e chimiche. silos,serbatoi, gasometri, pressione nominale e Saper distinguere i diversi tipi di serbatoi ed diametro nominale, classificazione delle altri dispositivi di stoccaggio ; i principali tubazioni, calcolo dello spessore minimo dei serbatoi Valvole di intercettazione, ritegno, sicurezza e regolazione ambiti di utilizzo ed il calcolo dello spessore. Saper posizionare i principali accessori di linea e dei principali dispositivi di intercettazione,regolazione e sicurezza. MODULO 5 Macchine operatrici per liquidi Pompe: concetto e calcolo di prevalenza e potenza,rendimento, criteri di classificazione e principali tipi di pompe Comprensione e funzionamento delle stesse e, campi di applicazione e settori di impiego. Pompe centrifughe: elementi costitutivi, curve caratteristiche, condizioni di funzionamento, NPSH e regolazione. Pompe alternative rotative: principi di funzionamento e campi di applicazione MODULO 6 Elementi di automazione Definizioni fondamentali: variabile Utilizzo degli elementi fondamentali di un controllata, controllante,disturbi e set point. anello di regolazione Regolatore ON-OFF Regolazioni ad anello aperto, chiuso e in retroazione. Applicazione regolazione. di semplici schemi di

5 MODULO 7 Rappresentazione grafica dei processi chimici Schema a blocchi di un processo. Capacità di esecuzione di un semplice schema Schemi di processo e di marcia secondo le di processo norme UNICHIM Esecuzione di uno schema di processo MODULO 8 Separazione solido-liquido Aspetti teorici e pratici della sedimentazione,della filtrazione e della centrifugazione Applicazione dei principi base della sedimentazione,filtrazione e centrifugazione e relative apparecchiature MODULO 9 Trattamenti delle acque grezze Requisiti delle acque civili, agricole, Saper affrontare le principali problematiche industriali connesse all impiego delle acque civili, Principali trattamenti delle acque: agricole,industriali dissalazione,demineralizzazione, addolcimento e sterilizzazione Acque per caldaie Valutare campi di applicazione principali trattamenti Saper disegnare un semplice schema di processo utilizzando le norme UNICHIM

6 . CLASSE QUARTA Modulo 1. Il primo principio della termodinamica e Competenza 3 L energia interna e il primo principio Conoscere le funzioni di stato e gli effetti degli scambi di calore ed energia tra sistema ed ambiente. Applicazioni del primo principio Eseguire calcoli applicati a diversi sistemi termodinamici Trasformazioni Applicare le diverse trasformazioni politropiche : (isobara, isocora, isoterma, adiabatica ). Modulo 2. Bilanci di materia ed energia in condizioni stazionarie Bilanci di materia e di energia in regime stazionario. Contenuto termico del vapore acqueo e bilancio al condensatore barometrico. ABILITA Applicare il principio di conservazione della materia. Applicare il concetto di contenuto termico totale a pressione costante. Applicare il concetto di conservazione dell energia. Modulo 3. Scambio termico in condizioni stazionarie Conduzione attraverso una o più pareti Convezione e coefficiente di pellicola Irraggiamento Scambio termico in equi e controcorrente Applicare i meccanismi che presiedono al trasferimento dell energia termica in condizioni stazionarie ; calcolare il coefficiente di scambio Coefficiente di scambio termico globale, salto termico globale, il salto termico medio termico medio logaritmico e superficie di scambio logaritmico e la superficie di scambio. Coibentazione Conoscere le problematiche relative alla Apparecchiature: scambiatori a tubi concentrici, a coibentazione. fascio tubiero, a spirale, a serpentini, a piastre, Distinguere le principali apparecchiature per lo camicie, refrigeranti a pioggia, condensatori a scambio termico, delle modalità di superficie e a miscela. funzionamento, dei settori di applicazione, della Fluidi per lo scambio termico con particolare loro rappresentazione grafica secondo le norme riferimento al vapore acqueo UNICHIM completa di schemi di controllo. Saper utilizzare i principali fluidi riscaldanti e refrigeranti. Modulo 4. Fondamenti chimico-fisici dei processi: secondo e terzo principio Competenza 3

7 Secondo e terzo principio. Ciclo di Carnot Frigoriferi e pompe di calore Bilancio entropico Ciclo di Carnot nelle sue rappresentazioni sui piani PV,TS,HS.Calcolare il rendimento delle macchine termiche. Utilizzare il diagramma di Mollier per l acqua. Applicare il ciclo frigorifero ed il ciclo della pompa di calore. Differenze tra energia ed entropia. Bilancio entropico ai sistemi chiusi ed ai sistemi aperti in regime stazionario. Modulo 5. Evaporazione, concentrazione e cristallizzazione Ebullioscopia Apparecchiature di evaporazione: evaporatori a circolazione naturale e forzata ed apparecchiature accessorie Applicare le relazioni tra temperatura, Bilanci di materia ed energia in un evaporatore in composizione e concentrazione nell evaporazione regime stazionario di un solvente da una soluzione. Evaporatori a multiplo effetto in equi e Conoscere i diversi tipi di evaporatori ed controcorrente Termocompressione apparecchiature accessorie e di controllo. Conoscere il funzionamento degli impianti di Analisi dei costi relativi ad un processo di cristallizzazione. concentrazione Saper disegnare schemi di processo completi di Cristallizzazione: curva di solubilità, saturazione, anelli di regolazione, secondo le norme apparecchiature UNICHIM Modulo 6. Essiccamento Grandezze igrometriche e diagramma igrometrico Utilizzare il diagramma igrometrico per risolvere Bilancio di materia e di energia di un essiccatore semplici problemi di essiccamento. Distinguere le in regime stazionario principali apparecchiature per l essiccamento ed eseguire uno schema di impianto secondo le norme UNICHIM. Modulo 7. cinetica, catalisi e reattoristica Processi reversibili e irreversibili Applicare le relazioni tra spontaneità, energia Energia libera di reazione e spontaneità libera e costante di equilibrio. Applicare il Energia libera di reazione e costante di equilibrio: concetto di velocità di reazione.

8 conversione, resa e selettività Comprendere il fenomeno catalitico ed i diversi Velocità di reazione: equazioni cinetiche, tipi di catalizzatori. equazione di Arrhenius e tempo di semivita Catalisi omogenea ed eterogenea Distinguere le principali tipologie di reattori chimici. Reattori e loro classificazione: tempo di residenza e velocità spaziale Modulo 8. Industria dell azoto e Competenze 4,7 Gas di sintesi: materie prime, aspetti termodinamici, cinetici e catalizzatori, principali Applicarel analisi termodinamica e cinetica schemi di processo ai processi industriali. Ammoniaca: caratteristiche e principali usi, Saper disegnare schemi di processo completi di aspetti termodinamici e cinetici, catalizzatori, regolazione automatica, secondo le norme principali reattori e schemi di processo. UNICHIM Produzione di acido nitrico Modulo 9. I polimeri e i materiali e Competenze 6 Struttura dei polimeri Reazioni di polimerizzazione Conoscere terminologia, nomenclatura, concetti di omo e copolimero. Conoscere configurazione e conformazione. Conoscere polimeri lineari, ramificati e reticolati. Conoscere i concetti di massa molare e grado di polimerizzazione medi. Conoscere il concetto di transizione vetrosa. Conoscere gli aspetti cinetici e termodinamici della poliaddizione e della policondensazione. Conoscere i principali polimeri di poliaddizione (vinilici) e di policondensazione (poliesteri e resine) Tecnologie di lavorazione dei materiali polimerici Conoscere le principali tecnologie di lavorazione di materie plastiche, fibre ed elastomeri. Materiali compositi Conoscere i principali compositi e tecnomateriali. Conoscere i processi produttivi e le caratteristiche chimiche e fisiche di nylon e PARA ( poliarammidi). Problematiche tossicologiche e ambientali Valutazione dell impatto ambientale dei materiali polimerici. Smaltimento e riciclo. Polimeri biodegradabili. Recupero energetico.