PROGRAMMAZIONE DI TECNOLOGIE CHIMICHE

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
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
GRIGLIA DI VALUTAZIONE DELLA SECONDA PROVA SCRITTA
Studente................................................. Classe........................
Indicatori
Livelli di valutazione
Schema
□ Non è stato elaborato nessuno schema o la soluzione presentata non ha nessuna attinenza con la
impianto traccia del tema.
(obbligato
□ Lo schema manca di alcune parti importanti ed è disegnato in maniera poco precisa.
ro)
□ Schema completo per la parte delle apparecchiature ma incompleto nella parte relativa al
controllo automatico.
Puntegg Puntegg
io
io
livello assegnat
o
1
2
3
□ Schema completo sia nelle apparecchiature che nei controlli ma poco corrispondente alle norme
UNICHIM
4
□ Schema completo in tutte le sue parti, disegnato in maniera precisa e in linea con la normativa
UNICHIM
5
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
4
□ Lo svolgimento evidenzia conoscenze complete e ben strutturate. I risultati sono espressi con il
giusto grado di precisione.
5
□ 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
2
□ Svolgimento sufficiente ma l’uso della terminologia caratteristica della disciplina non è sempre
corretto
3
□ L’esposizione e la struttura degli argomenti risultano sufficienti e la terminologia è usata in
maniera appropriata
4
□ Svolgimento completamente in linea con la traccia. Argomenti strutturati in maniera logica e
chiara.
5
□ 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
2
□ Svolgimento sufficiente ma l’uso della terminologia caratteristica della disciplina non è sempre
corretto
3
□ L’esposizione e la struttura degli argomenti risultano sufficienti e la terminologia è usata in
maniera appropriata
4
□ Svolgimento completamente in linea con la traccia. Argomenti strutturati in maniera logica e
chiara
5
Punteggio ottenuto
/15
CRITERI DI VALUTAZIONE
Saranno presi in considerazione:
- progresso
- conoscenza e comprensione degli argomenti
- competenza linguistica
- capacità di individuare e sintetizzare concetti chiave
3
- 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: 5 ore settimanali per un totale di 165 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.
4
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 -Il bilancio di materia
-Essere in grado di impostare e risolvere un
ED ENERGIA
problema di bilancio di materia e di energia
UD2 SCHEMA DI PRCESSO
-Il bilancio di energia
-Norme per la realizazione di uno
-Saper consultare le norme UNICHIM
schema di processo
-Saper organizzare e realizzare lo schema di
processo di un impianto
MODULO 1: DISTILLAZIONE
UD1
UD1 EQUILIBRIO LIQUIDO VAPORE
Contenuti
Obiettivi
-L'equilibrio
liquido-vapore
per
un -Saper descrivere le leggi che governano
componente puro
I'equilibrio liquido-vapore di miscele binarie
-Le miscele ideali
ideali
-L'equilibrio per le miscele ideali
-Le
deviazioni
dal
-Conoscere i diagrammi d'equilibrio liquido-
comportamento vapore di miscele binarie reali
ideale
UD2 RETTIFICA CONTINUA
-Saper usare il metodo di McCabe e Thiele per
-Principio di funzionamento di una
colonna a piatti, concetto di riflusso e
rapporto di riflusso
-Determinazione del numero teorico
dei piatti con il metodo di McCabe
eThiele:
ipotesi del flusso
molare
costante, rette di lavoro superiore e
inferiore, parametro "q" e retta "q",
costruzione della spezzata che da il
numero teorico dei piatti; efficienza dei
piatti
ed
equazione
numero
effettivo
di
Murphree,
dei
piatti;
determinazione del riflusso minimo,
riflusso
massimo,
determinano
fattori
il
che
riflusso
la determinazione grafica del numero di stadi
ideali relative alle operazioni di distillazione
-Conoscere il significato fisico delle varie rette
di lavoro utilizzate nel metodo di McCabe e
Thiele
-Conoscere l'influenza del rapporto di riflusso
sul numero degli stadi
-Sapere
quali
parametri
determinano
il
rapporto di riflusso ottimo
-Conoscere le caratteristiche del piatti a
campanella, a valvola, forati
-Conoscere
le
tecniche
di
distillazione
discontinua, estrattiva, azeotropica, in corrente
di vapore.
-Saper
tracciare,
utilizzando
le
norme
UNICHIM, gli schemi di processo relativi alle
5
economicamente più conveniente
tipologie di distillazione studiate, completi di
-Bilancio di materia e di calore della regolazione automatica
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
Generalità
di
sulle
Young).
colonne
a
riempimento.
-Schemi di processo e di regolazione,
secondo Ie norme UNICHIM.
UD3 ALTRI METODI DI
DISTILLAZIONE
-Distillazione
bilancio
d'equilibrio:
di
materia
generalità,
di
sistemi
bicomponenti
-Rettifica discontinua: funzionamento a
riflusso costante e a composizione
costante (generalità)
-Sistemi
immiscibili:
corrente
di
vapore,
distillazione
in
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
-Sistemi
influenza sull'operazione
a
totale
immiscibilità
solbente e diluente
trasferimento
le
principali
apparecchiature
industriali utilizzate nell'estrazione
-Sistemi a parziale miscibilità
-Il
tra -Conoscere
di
-Conoscere i criteri di scelta del solvente
massa -Conoscere
l'estrazione
con
solventi
in
6
nell'estrazione liquido-liquido
condizioni supercritiche
-Stadi ideali e stadi realizazione
-Conoscere i criteri di regolazione di una
-Scelta del solvente
colonna d'estrazione
-Le apparecchiature d'estrazione
-Saper rappresentare i sistemi ternari con
-Schemi di processo e di controllore
diagrammi a triangolo equilatero e rettangolo
isoscele.
UD2 ESTRAZIONE
SOLIDO/LIQUIDO
-Principali
impieghi
dell'estrazione
solido/liquido
-Meccanismo
dell'estrazione
solido-
liquido
-Diagrammi ternari e bilancio di materia
-L'equilibrio
nell'estrazione
solido-
liquido
-Determinazione del numero di stadi
ideali
-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
-Le Apparecchiature per l'estrazione UNICHIM, gli schemi di processo relativi alle
solido-liquido
tipologie d'estrazione studiate, completi di
-L'estrazione con solventi in condizioni regolazione automatica.
supercritiche
MODULO 3: ASSORBIMENTO E STRIPPAGGIO
UD1 ASSORBIMENTO DEI
GAS
-Generalità
-Saper descrivere le leggi e i parametri che
-La solubilità di gas in liquidi
influenzano la solubilità dei gas nei liquidi
-Le
equazioni
di
trasferimento
materia
di -Saper descriverei parametri che influenzano il
trasporto di materia da una fase gassosa ad
-Apparecchiature
impiegate una liquida
nell'assorbimento
-Conoscere le caratteristiche delle principali
-Il dimensionamento delle colonne di apparecchiature utilizzate nell'assorbimento.
-Saper
assorbimento a stadi
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 4: PETROLIO GAS NATURALE, PETROLCHIMICA E CARBONE
UD1 PETROLIO
-Generalità,
riserve,
produzione
consumo di petrolio
e -Saper descrivere i processi di formazione dei
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
-Valutazione
commerciale
e delle
frazioni
petrolifere,
con
specifico
tecnologica del petrolio
riferimento alle benzine
-Raffinazione del petrolio
-Saper descrivere le reazioni implicate nei vari
-Trattamenti preliminari delle frazioni processi
petrolifere
-Conoscere gli aspetti termodinamici e cinetici
-Processi di conversione delle frazioni dei principali processi di conversione degli
petrolifere
idrocarburi in relazione ai parametri operativi
-Il trattamento dei reflui liquidi
-Saper applicare il diagramma di Francis per
valutare gli aspetti termodinamici delle reazioni
UD2 GAS NATURALE
-Generalità, consumi, riserve di gas
naturale
-Estrazione, trasporto e uso del gas
tra idrocarburi
-Saper leggere gli schemi di processo relativi
alle produzioni più rilevanti
naturale
-Trattamenti del gas anturale
UD3 PETROLCHIMICA
-Utilizzazione degli aromatici
-Utilizzazione delle olefine
-Produzione MTBE
UD4 IL CARBONE
-Generalità, consumi, riserve
-Struttura, proprietà, classificazione dei
carboni
-Impieghi del carbone
MODULO 5: POLIMERI E MATERIALI POLIMERICI
UD1 GENERALITÀ
-Note storiche ed economiche
-Saper
utilizzare
correttamente
-La struttura dei polimeri
nomenclatura ed i termini specifici
la
-Caratteristiche applicative dei materiali -Saper mettere in relazione le caratteristiche
polimerici
applicative con quelle strutturali
-Le reazioni di polimerizzazione
-Saper descrivere le caratteristiche strutturali
-Le tecniche di polimerizzazione
dei polimeri e i meccanismi delle reazioni di
-Gli additivi delle materie plastiche
polimerizzazione
-Tecnologie di lavorazione dei materiali -Conoscere le caratteristiche delle principali
polimerici
tecniche di polimerizzazione
-Conoscere
UD2 PREPARAZIONE
-Le poliolefine
INDUSTRIALE DI ALCUNI
-I poliesteri
POLIMERI SINTETICI
-Le poliammidi
-Il polistirene
-Il polivinilcloruro
le
principali
tecnologie
di
lavorazione di materie plastiche, fibre ed
elastomeri
-Conoscere
caratteristiche
le
reazioni
applicative
di
sintesi
dei
e
le
principali
polimeri
-Polimeri per le alte temperature
-Problematiche tossicologiche e
ambientali
8
MODULO 6: BIOTECNOLOGIE E PROCESSI BIOTECNOLOGICI
UD1 LA FERMENTAZIONE
-Generalità sulle biotecnologie e sui -Conoscere i principali campi d'applicazione
campi d’applicazione
delle biotecnologie
-Materie prime
-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
UD2 PROCESSI
BIOTECNOLOGICI
descrivere
le
caratteristiche
dei
sistemi di controllo
principali tipi di fermentatori
-Il bioetanolo
-Conoscere
-La birra
produzioni del bioetanolo, degli amminoacidi
gli
aspetti
tecnologici
della
-Antibiotici: produzione di L-lisina e e della birra
-Conoscere
acido glutammico
-Depurazione
delle
produzione di biogas
acque
e
la caratterizzano
i
principali
parametri
l'inquinamento
delle
che
acque
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 15 ottobre 2012
Prof.ssa Gaetana Mirabelli
9