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Istituto Tecnico Tecnologico “Basilio Focaccia”

Salerno

Programmazione Disciplinare:

Tecnologie Chimiche Industriali

Classe: V Anno scolastico 2014 - 2015

I Docenti della Disciplina Salerno, lì 30 dicembre 2014

Istituto Tecnico Tecnologico “Basilio Focaccia” – Salerno Programmazione Disciplina Tecnologie chimiche industriali

Anno scolastico 2014 - 2015

Finalità della Disciplina: La disciplina, nell’ambito della programmazione del Consiglio di classe, concorre in particolare al raggiungimento dei seguenti risultati di apprendimento, relativi all’indirizzo, espressi in termini di competenza:

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;

elaborare progetti 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.

Modulo n. 1 : Il controllo automatico nei processi chimici - Obiettivi generali del Modulo in termini di :

Conoscenze Competenze Capacità Saper definire, per ognuna

delle operazioni unitarie studiate, quali siano le variabili di processo e la loro tipologia (variabile controllata, manipolata, disturbo).

Saper scrivere (almeno per le operazioni unitarie più semplici) le relazioni matematiche che intercorrono tra le variabili di processo.

Saper rappresentare graficamente (secondo la normativa UNICHIM) i sistemi di controllo da applicare alle più comuni apparecchiature dell’industria chimica.

- Obiettivi minimi del Modulo: Coincidono con gli obiettivi generali

- Prerequisiti: Per affrontare lo studio del Modulo l’alunno deve:

Saper impostare e scrivere i bilanci di materia ed energia per un’apparecchiatura. - Contenuti:

II comportamento dei processi;

Le variabili di processo;

I sistemi di controllo;

Il regolatore nei sistemi di controllo: regolatori On-Off, regolatori ad azione proporzionale (P), proporzionale-integrale (PI), proporzionale-integrale-derivativa (PID);

I sistemi di controllo feedback (a retroazione);

Stabilità dei sistemi di controllo;

Altri metodi di regolazione: regolazione di rapporto, regolazione in cascata, regolazione feedforward (in avanti);

La rappresentazione grafica di un sistema do controllo. - Tipologia Verifiche:

Prove non strutturate stimolo aperto e risposta aperta

– risposte non univoche e non programmabili

Prove semistrutturate stimolo chiuso e riposta aperta

– risposte non univoche ma in gran parte

Prove strutturate stimolo chiuso e risposta chiusa

– risposte univoche e predeterminabili -



- predeterminabili grazie a vincoli posti dagli

stimoli -

Interrogazioni

Temi

Relazioni

Articoli

Lettere

Riflessione parlata (verbalizzazione

delle operazioni mentali che si stanno utilizzando per la soluzione di un problema/esercizio)

..........

Composizioni

Saggi brevi

Riassunti

Interviste

Ricerche

Esperienze di laboratorio

Risoluzione di problemi

Esercizi di calcolo

............

Test vero/falso

Test a scelta multipla

Close test

Corrispondenze

.................

- Modalità didattiche:

Apprendimento cooperativo

Brain storming Didattica laboratoriale Individualizzazione

Debriefing (riflessione autocritica di ciò che si è fatto)

Circle time Documentazione Interdisciplinarietà

Metodo didattico (organizzazione tecniche, procedure, strumenti idonei a conseguire un obiettivo)

Metodo euristico Metodo sperimentale Lavoro di gruppo

Personalizzazione (contratto formativo)

Percorso operativo per la

costruzione consapevole della conoscenza

Problem posing Role playing

Problem solving (pianificazione delle azioni)

Problem networking (Schiumaggio)

Ricerca Azione Strumenti formativi (uso

di mediatori didattici finalizzati alla visualizzazione grafica e alla formalizzazione di operazioni logico/mentali – grafici, schemi, tabelle, diagrammi ...-)

- Strumenti didattici:

Libro di testo Appunti Calcolatrice Computer

LIM Lavagna - Periodo di svolgimento del Modulo: I° Trimestre - Numero ore previste per lo svolgimento del Modulo: 12

Modulo n. 2 : La distillazione - Obiettivi generali del Modulo in termini di :

Conoscenze Competenze Capacità Saper definire la tensione di

vapore di una sostanza pura;

Saper scrivere le equazioni di Raoult e Dalton relative ad un generico equilibrio liquido-vapore di una miscela binaria ideale;

Saper impostare i bilanci di materia in una colonna di distillazione;

Saper definire numero e tipo di variabili da controllare in una

Saper calcolare la tensione di vapore di una sostanza pura tramite l’equazione integrata di Clausius-Clapeyron oppure tramite l’equazione di Antoine a tre parametri;

Saper disegnare la curva di equilibrio dai dati di tensione di vapore di due sostanze;

Saper calcolare col metodo grafico di McCabe-Thiele il numero di piatti di una colonna

Saper risolvere problemi ed esercizi relativi alle varie tipologie di distillazione studiate;

Saper rappresentare graficamente (seguendo la normativa UNICHIM) un generico impianto di distillazione sia esso di rettifica, batch, in corrente di vapore, estrattiva o azeotropica.



colonna di distillazione. di rettifica;

Saper applicare i bilanci di energia e le equazioni di scambio termico al condensatore di testa ed al ribollitore di coda di una colonna di rettifica;

Saper calcolare la temperatura di ebollizione e la quantità di vapor d’acqua da impiegare nella distillazione in corrente di vapore;

Saper calcolare la quantità/composizione delle fasi in equilibrio nella distillazione flash.



Saper scrivere e risolvere i bilanci di materia ed energia relativi ad una generica apparecchiatura;

Conoscere i metodi di risoluzione di equazioni e sistemi di equazioni di I° grado;

Avere nozioni di base di geometria analitica (equazione generale della retta, coefficiente angolare, intercette con gli assi, ecc.).

- Contenuti:

L’equilibrio liquido-vapore nei sistemi ad un componente;

Il comportamento delle miscele ideali;

L’equilibrio liquido-vapore nei sistemi a due componenti;

La legge di Raoult e la legge di Dalton;

Il diagramma di stato e la curva di equilibrio;

Le deviazioni dal comportamento ideale e le miscele azeotropiche;

Aspetti generali della distillazione;

La rettifica continua;

I bilanci di materia sulla colonna di rettifica;

Il metodo di calcolo di McCabe-Thiele: le rette di lavoro, le condizioni dell’alimentazione, la determinazione del numero di stadi, la scelta del rapporto di riflusso;

Tipi di piatti;

Efficienza della colonna e calcolo degli stadi reali;

Diametro della colonna;

Altri tipi di distillazione: distillazione flash, distillazione in corrente di vapore, distillazione estrattiva, distillazione azeotropica, distillazione batch;

Il controllo in una colonna di rettifica. - Tipologia Verifiche:


– risposte non univoche e non programmabili -


– risposte non univoche ma in gran parte predeterminabili grazie a vincoli posti dagli

stimoli -



Interrogazioni

Temi

Composizioni

Saggi brevi

Test vero/falso




Relazioni

Articoli

Lettere



..........

Riassunti

Interviste

Ricerche



Esercizi di calcolo

............

Close test

Corrispondenze

.................



















Modulo n. 3 : Il petrolio - Obiettivi generali del Modulo in termini di :

Conoscenze Competenze Capacità Saper definire origine e

composizione del petrolio;

Saper definire numero e caratteristiche delle principali frazioni petrolifere;

Saper definire tipologia, modalità ed obiettivi per ognuna delle principali lavorazioni (siano esse di frazionamento, conversione o raffinazione) cui viene sottoposto il petrolio;

Saper descrivere, anche in modo sommario, il funzionamento delle principali apparecchiature utilizzate nella lavorazione del greggio;

Saper descrivere, dal punto di vista storico, l’evoluzione di tali apparecchiature e dei principi chimico-fisici teorici che sono alla base della loro progettazione.

Saper esporre, sotto forma di riassunto scritto, ciascuno dei processi di lavorazione affrontati nel modulo;

Saper disegnare il diagramma a blocchi o lo schema di processo semplificato per ognuna delle lavorazioni di cui sopra.





Conoscere le nozioni fondamentali di Chimica organica per quello che concerne gli idrocarburi e le loro famiglie (nomenclatura, tipi di reazioni, ecc.);

Conoscere i principi e le tecniche di distillazione (vedi modulo n° 2);

Conoscere i principi di base della catalisi. - Contenuti:

Lo sviluppo dell’industria petrolifera;

L’origine del petrolio e la formazione dei giacimenti; Caratterizzazione del grezzo;

Caratteristiche ed impieghi dei prodotti petroliferi; Aspetti generali della lavorazione del petrolio; I trattamenti preliminari;

Il topping;

Il vacuum;

Il cracking catalitico a letto fluido;

Il reforming catalitico;

Processi per la produzione di benzine ad alto N.O. o di additivi per benzine per migliorare il N.O.;

I processi di raffinazione: la desolforazione di gas e benzine, la desolforazione di keroseni, di benzine ed altri distillati medi;

I processi petrolchimici: la produzione di olefine leggere, il frazionamento dei C4, la produzione di butadiene;

Il trattamento dei reflui liquidi. - Tipologia Verifiche:





stimoli -



Interrogazioni

Temi

Relazioni

Articoli

Lettere



..........

Composizioni

Saggi brevi

Riassunti

Interviste

Ricerche



Esercizi di calcolo

............

Test vero/falso


Close test

Corrispondenze

.................










costruzione consapevole della




conoscenza








Modulo n. 4 : Assorbimento e strippaggio - Obiettivi generali del Modulo in termini di :

Conoscenze Competenze Capacità Saper definire la legge di Henry

nonché l’omonimo coefficiente e i parametri da cui esso dipende;

Saper definire (e trasformare l’una nell’altra) le unità di misura della concentrazione frazione molare e rapporto molare;

Saper descrivere le caratteristiche costruttive di una colonna di assorbimento nonché le diverse tipologie.

Saper impostare e scrivere il bilancio di materia su una colonna di assorbimento/strippaggio;

Saper tracciare la curva di equilibrio gas-liquido dalla conoscenza del coefficiente di Henry;

Saper ricavare il rapporto min/max liquido-gas per un generico problema di assorbimento/strippaggio;

Saper tracciare la retta di lavoro e ricavare il numero di stadi ideali nel caso di colonne a piatti;

Saper impostare il calcolo dell’altezza del riempimento nel caso di colonne a riempimento.

Saper risolvere problemi ed esercizi relativi agli argomenti del modulo;

Saper rappresentare graficamente (secondo la normativa UNICHIM) un generico processo di assorbimento/strippaggio completo di tutte le apparecchiature accessorie e dei relativi strumenti di controllo.



Saper impostare e scivere i bilanci di materia per una generica apparecchiatura;

Avere alcune nozioni di base di geometria analitica (equazione generale della retta, coefficiente angolare, intercette con gli assi, ecc.);

Conoscere i metodi di risoluzione di equazioni e sistemi di equazioni di I° grado. - Contenuti:

Aspetti generali dell’assorbimento e dello strippaggio;

Le equazioni di trasferimento di materia: il modello del doppio film, il coefficiente di trasferimento globale;

Il dimensionamento delle colonne di assorbimento: i bilanci di materia e la retta di lavoro, il rapporto min/max solvente-gas, determinazione del numero di stadi o dell’altezza del riempimento di una colonna;

Le colonne di assorbimento/strippaggio;

I sistemi di controllo su una colonna di assorbimento/strippaggio.



- Tipologia Verifiche:





stimoli -



Interrogazioni

Temi

Relazioni

Articoli

Lettere



..........

Composizioni

Saggi brevi

Riassunti

Interviste

Ricerche



Esercizi di calcolo

............

Test vero/falso


Close test

Corrispondenze

.................


















LIM Lavagna - Periodo di svolgimento del Modulo: II° Trimestre – I° Periodo - Numero ore previste per lo svolgimento del Modulo: 12

Modulo n. 5 : L’estrazione liquido-liquido e solido-liquido - Obiettivi generali del Modulo in termini di :

Conoscenze Competenze Capacità Saper definire l’equilibrio di

ripartizione e scrivere la legge di Nerst per un sistema ideale liquido-liquido;

Conoscere i fattori che influenzano l’equilibrio di ripartizione;

Saper tracciare la retta/curva di equilibrio per un generico problema di estrazione liquido-liquido a completa immiscibilità solvente-diluente;

Saper tracciare il diagramma

Saper risolvere problemi ed esercizi relativi agli argomenti del modulo.



Conoscere i fattori che influenzano

l’estrazione solido-liquido;

Conoscere le diverse tipologie di diagrammi ternari per l’estrazione solido-liquido;

Conoscere come impostare graficamente il bilancio di materia su un diagramma ternario: regola della leva, punto somma, punto differenza;

Conoscere tipologie e metodi di funzionamento delle diverse apparecchiature utilizzate nei processi di estrazione.

ternario e la linea di equilibrio per un generico problema di estrazione solido-liquido;

Saper risolvere graficamente e/o numericamente un problema di estrazione liquido-liquido e solido-liquido.



Saper impostare e scriver il bilancio di materia per una generica apparecchiatura;

Conoscere i metodi di risoluzione di equazioni e sistemi di equazioni di I° grado;

Possedere nozioni di geometria analitica (equazione generale della retta, coefficiente angolare, equazione della retta passante per due punti, ecc.).

- Contenuti:

Principali impieghi dell’estrazione liquido-liquido;

L’equilibrio di ripartizione ed il coefficiente di ripartizione (la legge di Nerst);

Sistemi a completa immiscibilità solvente-diluente: estrazione a stadio singolo, a correnti incrociate, a stadi multipli in controcorrente;

Scelta del solvente;

Le apparecchiature nell’estrazione liquido-liquido;

Principali impieghi dell’estrazione solido-liquido;

Meccanismo dell’estrazione solido-liquido;

Fattori che influenzano il processo;

Bilancio di massa nell’estrazione solido-liquido: la resa di estrazione;

Diagrammi ternari delle concentrazioni;

Bilanci di massa con i diagrammi ternari;

L’equilibrio nell’estrazione solido-liquido;

Determinazione del numero di stadi ideali: estrazione a stadio singolo, a correnti incrociate, a stadi multipli in controcorrente;

Le apparecchiature per l’estrazione solido liquido;

Schemi di processo e di controllo. - Tipologia Verifiche:





stimoli -



Interrogazioni

Temi

Relazioni

Articoli

Composizioni

Saggi brevi

Riassunti

Interviste

Test vero/falso


Close test

Corrispondenze



Lettere



..........

Ricerche



Esercizi di calcolo

............

.................


















LIM Lavagna - Periodo di svolgimento del Modulo: II° Trimestre – I° Periodo - Numero ore previste per lo svolgimento del Modulo: 18

Modulo n. 6 : Principi di biotecnologia e processi biotecnologici - Obiettivi generali del Modulo in termini di :

Conoscenze Competenze Capacità Saper definire e classificare i diversi

tipi di processi biotecnologici; Conoscere le modalità di impiego, a

livello industriale, delle più comuni categorie di microrganismi;

Saper illustrare i processi produttivi più importanti che impiegano microrganismi;

Saper definire metodi e mezzi per la depurazione delle acque di scarico civili;

Saper illustrare i processi per la digestione anaerobica dei fanghi e la produzione di biogas.

Saper impostare i bilanci di materia e di energia su un bioreattore;

Saper impostare il dimensionamento di massima di un impianto a fanghi attivi per la depurazione dei reflui civili;

Saper definire, anche in termini matematici, il tasso di crescita specifico di un microrganismo;

Saper calcolare “il tempo di morte termica” necessario ad assicurare la sterilità di una apparecchiatura o di un prodotto.

Saper rappresentare graficamente (secondo la normativa UNICHIM) un generico processo biotecnologico per la produzione di sostanze di interesse economico, completo di tutte le apparecchiature ausiliarie e dei sistemi di controllo.





Possedere nozioni di base di cinetica chimica e catalisi enzimatica;

Possedere nozioni di base riguardanti il metabolismo cellulare;

Conoscere le funzioni matematiche logaritmo ed esponenziale nonché il concetto di derivata. - Contenuti:

Lo sviluppo delle biotecnologie;

Ambiti applicativi delle biotecnologie;

Operazioni a monte nelle bioproduzioni: materie prime, la sterilizzazione del substrato, la sterilizzazione dell’aria e del bioreattore;

Proprietà dei microrganismi: cinetica di accrescimento batterico, i bilanci di materia applicati alle bioproduzioni, la sterilizzazione termica, l’inseminazione del reattore;

Reattori e sistemi di controllo;

Recupero dei prodotti;

I processi biotecnologici: produzione di etanolo, produzione di antibiotici;

La depurazione delle acque reflue: la caratterizzazione dei reflui civili, la depurazione biologica con impianto a fanghi attivi, il meccanismo di azione e la struttura della biomassa, parametri operativi, la rimozione dei nutrienti;

La produzione di biogas: la linea di trattamento fanghi, la digestione anaerobica, microrganismi e reazioni, condizioni operative nella digstione, caratteristiche del biogas, apparecchiature ed impianti.

- Tipologia Verifiche:





stimoli -



Interrogazioni

Temi

Relazioni

Articoli

Lettere



..........

Composizioni

Saggi brevi

Riassunti

Interviste

Ricerche



Esercizi di calcolo

............

Test vero/falso


Close test

Corrispondenze

.................















di mediatori didattici finalizzati alla visualizzazione



grafica e alla formalizzazione di operazioni logico/mentali – grafici, schemi, tabelle, diagrammi ...-)



LIM Lavagna

- Periodo di svolgimento del Modulo: II° Trimestre – II° Periodo - Numero ore previste per lo svolgimento del Modulo: 24

Modulo n. 7 : Rappresentazione grafica dei processi chimici - Obiettivi generali del Modulo in termini di :

Conoscenze Competenze Capacità Conoscere i simboli grafici delle

principali apparecchiature studiate nel corso di Tecnologia;

Conoscere gli elementi di base per la rappresentazione grafica di un processo secondo la normativa UNICHIM.

Saper disegnare lo schema a blocchi di una operazione;

Saper passare dalla rappresentazione a blocchi allo schema di processo secondo le norme UNICHIM.

Saper eseguire graficamente uno schema di processo, completo di tutte le apparecchiature accessorie (valvole, pompe, serbatoi, ecc.) nonché di tutti i sistemi di regolazione e controllo, partendo dalla sua descrizione testuale.



Conoscere i sistemi di unità di misura delle grandezze fisiche; - Contenuti:

Simboli grafici e sigle UNICHIM delle principali apparecchiature;

Schema a blocchi e schema di processo di alcune operazioni industriali. - Tipologia Verifiche:





stimoli -



Interrogazioni

Temi

Relazioni

Articoli

Lettere



..........

Composizioni

Saggi brevi

Riassunti

Interviste

Ricerche



Esercizi di calcolo

............

Test vero/falso


Close test

Corrispondenze

.................




















LIM Lavagna

- Periodo di svolgimento del Modulo: I* Trimestre – II° Trimestre (I° Periodo) - II° Trimestre (II° Periodo) - Numero ore previste per lo svolgimento del Modulo: 38

Considerazioni sulla Valutazione La valutazione degli allievi sarà effettuata sulla base di elaborati scritti, da eseguirsi sia in classe che a casa, e di colloqui orali.

I Docenti della Disciplina Marilena Colucci Ubaldo Siano

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