PRIMA PARTE – TIPOLOGIA C In una colonna di rettifica continua si

PRIMA PARTE – TIPOLOGIA C
In una colonna di rettifica continua si deve trattare una miscela formata da due composti organici il cui
comportamento si può ritenere ideale. La rettifica viene realizzata a pressione atmosferica, inviando la
miscela in colonna come liquido preriscaldato alla sua temperatura di ebollizione. Il distillato ed il prodotto
di coda, dopo essere stati raffreddati a temperatura prossima a quella ambiente, vengono inviati a
successive lavorazioni. I fluidi ausiliari sono vapor d’acqua saturo per le operazioni di riscaldamento, e
acqua industriale per le operazioni di condensazione e raffreddamento.
L’operazione di rettifica viene realizzata eseguendo i recuperi di calore delle correnti uscenti ritenuti
convenienti per contribuire al preriscaldamento dell’alimentazione della colonna.
Il candidato, tenendo presenti le indicazioni fornite, scelga il tipo di colonna (a piatti, a riempimento, ecc. )
ritenuto idoneo a realizzare l’operazione richiesta e disegni lo schema del processo completo delle
apparecchiature accessorie ( pompe, valvole, serbatoi ) e delle regolazioni automatiche principali, seguendo
per quanto possibile la normativa UNICHIM.
SECONDA PARTE
1. Una miscela di due componenti, il cui comportamento si può ritenere ideale, viene sottoposta a
rettifica continua in una colonna funzionante ad una pressione praticamente uguale a quella
atmosferica. Le composizioni delle correnti sono espresse come frazioni molari del componente
più volatile ed è noto il calore latente di condensazione/evaporazione ∆HV = 33,5 kJ/mol. Tale
valore si può ritenere costante per tutte le composizioni della miscela.
La miscela binaria viene inviata in colonna con portata F = 6,0 mol/s avente composizione zf=0,24,
e da essa si ottiene un distillato di composizione xd = 0,96 e un prodotto di fondo di composizione
xw = 0,05. Le composizioni sono espresse come frazione molare del componente più volatile.
L’alimentazione entra in colonna come liquido riscaldato al suo punto di ebollizione e si opera con
un rapporto di riflusso effettivo R = 1,25.
Con tali dati a disposizione il candidato calcoli :
a) la portata del distillato e del prodotto di coda;
b) le portate di liquido e di vapore nelle due sezioni della colonna ;
c) la potenza termica da fornire nel ribollitore di coda ;
d) la potenza termica da sottrarre nel condensatore di testa.
2. Nella progettazione di un processo industriale lo studio degli aspetti termodinamici delle reazioni
deve essere combinato all’analisi degli aspetti cinetici (tempi di reazione, temperatura,
catalizzatori, etc) per riuscire ad ottenere i prodotti desiderati. Il candidato esamini, a sua libera
scelta, un processo di notevole importanza economica e industriale reso possibile dalla valutazione
congiunta degli aspetti termodinamici e cinetici.
3. I processi biotecnologici hanno dato risposte interessanti anche in campo energetico, permettendo
la sintesi di biocarburanti. Il candidato tratti una produzione ritenuta significativa, ne illustri il
biochimismo e valuti la sostenibilità ambientale in relazione alle materie prime utilizzate.
Il candidato svolga, a sua libera scelta, due dei tre quesiti proposti nella seconda parte della prova.
PRIMA PARTE – TIPOLOGIA D
Il candidato illustri, a sua libera scelta, un processo biotecnologico motivando le scelte impiantistiche
adottate, indicando i controlli necessari per una corretta gestione dell’impianto e le analisi di controllo sul
prodotto finito.
SECONDA PARTE
1. Un prodotto vegetale viene sottoposto ad estrazione con solvente a stadi multipli in controcorrente
al fine di recuperare un composto solubile in esso contenuto.
I dati relativi al solido da trattare sono i seguenti:
- portata oraria del solido da trattare 600 Kg/h;
- contenuto di composto solubile 20% in peso;
- contenuto di sostanze solide inerti 40% in peso;
- contenuto di solvente 40% in peso;
La linea di equilibrio solido/liquido può, in prima approssimazione, essere rappresentata sul
diagramma triangolare dal segmento congiungente i punti P1 e P2 definiti come segue:
- P1 70% in peso di solvente 30% in peso di solido inerte.
- P2 70% in peso di soluto 30% in peso di solido inerte.
Si vuole che all'uscita dell'impianto di estrazione la soluzione ottenuta contenga il 26% in peso di
soluto e che il solido residuo (rappresentato sulla linea di equilibrio) non trattenga più dell' 1% in
peso di soluto.
Il solvente usato per l'estrazione è opportunamente preriscaldato alla temperatura richiesta dal
processo.
Il candidato con i dati a disposizione calcoli :
- il numero di stadi teorici di equilibrio necessari per realizzare l'operazione proposta;
- la portata oraria di solvente;
- la portata oraria di soluzione ottenuta;
- la portata oraria di solido residuo uscente;
2. Dopo aver descritto le principali caratteristiche del grezzo e delle sue frazioni, Il candidato illustri i
trattamenti che esso subisce prima di essere distillato e come avviene la sua distillazione, ponendo
particolare attenzione agli aspetti energetici.
3. Il candidato illustri un processo utilizzato per la depurazione delle acque reflue tra quelli studiati nel
corso dell'anno scolastico. Nella descrizione di tali processo metta in evidenza gli aspetti
impiantistici e biochimici e li correli alla natura del refluo che si vuole trattare.
Il candidato svolga, a sua libera scelta, due dei tre quesiti proposti nella seconda parte della prova.
PRIMA PARTE – TIPOLOGIA F
Il candidato, sulla base delle specificità del territorio di appartenenza e di quanto trattato nel corso di studi,
illustri un processo produttivo indicando le finalità operative, le materie prime impiegate, i problemi relativi
alla gestione dell’impianto e allo smaltimento dei reflui e di eventuali sottoprodotti.
SECONDA PARTE
1. Gli aspetti termodinamici di un processo chimico rivestono una notevole importanza nella
progettazione e nella gestione di un impianto. Il candidato, sulla base delle conoscenze acquisite
durante il corso di studi, illustri degli esempi in cui si evidenzi l’influenza di tali aspetti con
particolare riferimento al miglioramento della resa in prodotti utili.
2. I polimeri costituiscono una categoria di materiali che hanno avuto ed hanno tuttora un notevole
sviluppo in diversi campi di applicazione. Il candidato, riferendosi ad un processo produttivo da lui
studiato, ne illustri le fasi principali, a partire dalla produzione del monomero fino al prodotto
finito, con riferimento sia ad aspetti puramente chimici che impiantistici.
3. Da una miscela aria-acetone all' 1% in moli di acetone si deve recuperare acetone mediante
assorbimento con acqua, priva di acetone, in una colonna a piatti riducendo l'acetone nell'aria
uscente al 10% in moli. L'assorbimento è isotermo e la relazione di equilibrio è espressa da Y=0,8X
con i rapporti molari in acetone. Il gas ricco in acetone entra in colonna con una portata di 100
kmol/h e si opera con una portata di acqua maggiorata del 20% rispetto a quella minima. Calcolare
la portata di acqua necessaria, il numero di stadi teorici, le composizioni del liquido e del vapore
uscenti dalla colonna.
Il candidato svolga, a sua libera scelta, due dei tre quesiti proposti nella seconda parte della prova.