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 20 FEBBRAIO 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 In condizioni stazionarie, in un condotto transita acqua ad una portata di 25 L/min, sapendo che il diametro del condotto è 5 cm, si valuti la velocità dell acqua in m/s. ESERCIZIO 2 Nell eq. di Bernoulli per fluidi reali cosa rappresenta ( ) nel caso in cui p1 p2, h1 h2 e u1 = u2? a) perdita di carico lungo il percorso da 1 a 2; b) differenza di altezza cinetica tra la posizione 1 e la posizione 2; c) differenza del carico idraulico tra la posizione 1 e la posizione 2. ESERCIZIO 3 Si devono trasferire 250 L/min di acqua da un serbatoio ad un altro. La prevalenza del circuito è di 10 m.c.a. (densità dell acqua = 1 g/cm 3 ). Sapendo che il rendimento della pompa utilizzata è = 0,8, 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 liquido lungo un circuito livelli di pressione pari ad una prevalenza H = 10 m.c.a. si userà: a) una pompa b) un compressore c) un ventilatore. ESERCIZIO 5 I ventilatori aspiranti sono inseriti: a) alla fine del circuito di ventilazione; b) all inizio del circuito di ventilazione; c) in una posizione intermedia del circuito di ventilazione. ESERCIZIO 6 Secondo la Farmacopea Europea in che modo viene classificata l acqua per uso farmaceutico? ESERCIZIO 7 Si completi, inserendo SI e NO, il decision tree ovvero il percorso logico da seguire per la corretta scelta del tipo di vapore da utilizzare in funzione del processo: ESERCIZIO 8 Si elenchino almeno tre fattori che portano un processo produttivo ad operare in discontinuo: a) b) c) 2

3 ESERCIZIO 9 Nel caso di un sistema di reazioni multiple in parallelo: 1. A + B PRODUCT r1 k1cacb A BYPRODUCT r2 k2ca a parità di temperatura di reazione, quale dei seguenti reattori semi-batch è preferibile usare per avere selettività più alta? Giustificare la risposta. ESERCIZIO 10 Quali sono i principali sistemi di protezione di un reattore chimico, che consentono di limitare i danni al reattore, alle persone e all ambiente? ESERCIZIO 11 Il processo reattivo A 2P (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 20 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 95% e il volume del sistema di reazione per avere una produzione oraria di P di 1000 mol/h. 3

4 ESERCIZIO 12 Nell essiccamento, per ridurre il tempo di essiccamento si può: a) aumentare la temperatura dell eventuale gas essiccante se presente; b) aumentare la pressione nell essiccatore; c) operare sottovuoto nell essiccatore. ESERCIZIO 13 Nel caso in cui si vuole essiccare in tempi relativamente brevi un solido umido sottoforma di particelle di granulometria uniforme si può pensare di utilizzare un: a) essiccatore a spray in contro-corrente ad aria; b) essiccatore a vassoi ad aria calda; c) essiccatore a letto fluidizzato ad aria calda. ESERCIZIO 14 Si devono asportare 100 kg/h di acqua da un solido umido. A tale scopo si utilizza aria atmosferica a 20 C e 50% di U.R. che viene riscaldata a 50 C nel riscaldatore E1. Dopo aver svolto l'azione essiccante, l aria esce dall'essiccatore con 90% di U.R.. Determinare la portata di aria essiccante, in kg a.s./h, necessaria e la potenza termica, in kw, richiesta per il riscaldamento dell aria nel riscaldatore E1. Si riporti 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 condotto a livello industriale, evidenziando sull asse del tempo le fasi di: congelamento, essiccamento primario e secondario. 4

5 ESERCIZIO 16 Il manometro riportato in figura misura: a) la pressione assoluta del fluido a monte del Venturi b) la pressione relativa del fluido a valle del Venturi c) la caduta di pressione del fluido nel Venturi ESERCIZIO 17 Un manometro ad acqua (d= 1 g/cm 3 ) misura la pressione in un punto di una tubazione in cui scorre un gas. Se il dislivello h del fluido del manometro nei due rami risulta pari a 100 mm, quale è la pressione del gas? a) 0,98 kpa come pressione relativa b) 0,98 kpa come pressione assoluta c) 0,98 kpa come pressione sia assoluta che relativa Si giustifichino con il calcolo la/le risposte corrette ESERCIZIO 18 Una tubazione trasporta 10 m 3 /h di ossigeno (O 2) a 25 C e 3 atm. Quale è la portata massiva? a) 3,93 kg/h b) 0,65 kg/min c) 39,3 kg/h Si giustifichino con il calcolo la/le risposte corrette 5

6 ESERCIZIO 19 Nell immagine è raffigurato: a) Un misuratore a molla tipo Bourdon per misurazioni di pressione b) Un misuratore a molla tipo Bourdon per misurazioni di temperatura c) Un misuratore a molla tipo Bourdon per misurazioni di portata ESERCIZIO 20 Nell immagine, tra le due flange è inserito: a) Un Venturi b) Un disco forato c) Una termocoppia L assemblaggio viene predisposto per: a) Misurare la portata del fluido che scorre nella tubazione b) Misurare la temperatura del fluido che scorre nella tubazione c) Misurare la pressione del fluido che scorre nella tubazione Si descriva il fenomeno fisico che viene sfruttato mediante tale assemblaggio e l eventuale ulteriore strumentazione necessaria per effettuare la misurazione desiderata. ESERCIZIO 21 Nell immagine è rappresentato: a) Uno scambiatore a piastre b) Uno scambiatore a pacco alettato c) Uno scambiatore a lamelle 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/130 C; T in/t out fluido freddo 100 C/180 C): a) 91 C b) Lo scambio termico non è possibile c) 164 F Si disegni l andamento dei profili di temperatura e si giustifichi la risposta corretta ESERCIZIO 23 In un reattore incamiciato il coefficiente globale di scambio della camicia è 350 W/m 2 K. Per mantenere all interno del reattore una temperatura di 40 C viene fatto circolare in camicia un fluido che entra a 90 C ed esce a 70 C. Sapendo che la superficie di scambio della camicia è pari a 20 m 2, la potenza termica trasferita è pari a: a) 274 kw b) 140 KW c) Non è possibile calcolare la potenza termica Si giustifichi con il calcolo l eventuale risposta corretta ESERCIZIO 24 Se in un reattore incamiciato del volume di 1000 L la superficie di scambio permette di trasferire una potenza termica Q con una forza motrice ΔT 1, un reattore incamiciato (della stessa geometria) del volume di L potrà trasferire la potenza termica 10Q con una forza motrice: a) ΔT 2 = ΔT 1 b) ΔT 2 > ΔT 1 c) ΔT 2 < ΔT 1 7

8 ESERCIZIO 25 Il seguente cammino di cristallizzazione si realizza: a) Per evaporazione del solvente b) Per aggiunta di un reattivo c) Per raffreddamento Si spieghi quale è la variabile di processo e come viene controllata durante la cristallizzazione per mantenere costante la solubilità. Si indichino le caratteristiche delle soluzioni ai punti: 1. Soluzione Soluzioni ESERCIZIO 26 La camicia di un reattore è attraversata da un fluido riscaldante, avente calore specifico 5 J/g C e portata 0,2 kg/s, che entra a 90 C. Se il fluido deve fornire una potenza termica di 50 kw, quale sarà la sua temperatura di uscita? a) 40 C b) 50 C c) 30 C Si giustifichino con il calcolo la/le risposte corrette 8

9 ESERCIZIO 27 Una soluzione satura di un API viene sottoposta a cristallizzazione per raffreddamento a volume costante da 60 C (solubilità dell API 20 g/l) a 25 C (solubilità dell API 5 g/l). Quale sarà la resa di cristallizzazione? a) 90% b) Non è possibile calcolare la resa c) 75% Si giustifichi con il calcolo la/le risposte corrette ESERCIZIO 28 La rimozione del solido residuo (heel) sul setto filtrante viene effettuata: a) In automatico nelle centrifughe a inversione di sacca filtrante b) Manualmente nei filtri essiccatori privi di agitatore c) In automatico nei filtri essiccatori privi di agitatore ESERCIZIO 29 Per una soluzione si definisce sovrasaturazione: a) C soluto - S soluto b) c) Si diano di seguito le definizioni di C soluto e S soluto ESERCIZIO 30 Nell immagine sono raffigurate: a) Centrifughe peeler ad asse orizzontale b) Centrifughe peeler ad inversione di sacca filtrante c) Centrifughe peeler ad asse verticale 9

10 Diagramma igrometrico allegato 10