A.\!\O SCOL.ASTICO 2008/09

CLASSE III, IV e V chimici

TECNOLOGIE CIIIMICHE INDUSTRIALI, PRINCIPI DI AUTOMAZIONE E DI ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE

PIANO DI LAVORO ANNUALE
Premessa
I programmi ministeriali del corso di Tecnologie chimiche industriali (T.C.I.) comprendono principalmente due gruppi di temi: un primo gruppo di carattere generale rivolto alla comprensione delle operazioni unitarie, in cui si articola il processo chimico industriale, e dei criteri di realizzazione e di funzionamento degli impianti chimici e un secondo riguardante la trattazione dei principali processi delPindustria chimica ed in generale dell'industria di processo1 ', di fallo, si opera l'unifica/ione alFinlerno dello slesso programma di due discipline, "impianti chimici" e "Chimica industriale", che pur essendo fortemente collegate tra di loro, erano, fino all'adozione degli attuali programmi, considerate in modo autonomo
Questa nuova organizzazione dei contenuti permette certamente una migliore integrazione tra argomenti che erano trattati originariamente in discipline diverse e un maggiore rispetto delle propedeuticità esistenti tra i vari contenuti e i vari concetti; tuttavia, l'ampiezza del programma da svolgere, che contiene anche temi di carattere informatico, sistemistico, giuridico ed economico, e la complessità di alcuni argomenti rende difficile affrontare tutti i contenuti con il medesimo grado di approfondimento. E quindi necessario operare delle scelte: in particolare, per quanto riguarda le classi terza e quarta, si è programmato di sviluppare con maggior approfondimento e risalto quelle parli del programma che risultano propedeutiche allo svolgimento di successivi argomenti e quelle che sono legate alla realtà produttiva del territorio m cui è collocata la scuola. In alcuni casi, per venir incontro a questa seconda esigenza, si sono integrati i programmi ministeriali con argomenti non previsti. Per quanto riguarda la classe quinta, le scelte didattiche risultano condizionate dall'essere la disciplina possibile oggetto della seconda prova scritta dell'esame finale, prova di formulazione ministeriale; a! fine di mettere gli studenti in condizione di affrontare tale prova, diviene quindi prevalente la preoccupazione di svolgere il programma ministeriale nella sua forma più completa.
Finalità e obiettivi del corso
II corso di T.C.I. dovrebbe contribuire alla formazione culturale e professionale dello studente fornendogli conoscenze, nozioni e interessi riguardo:
• al funzionamento di impianti e di processi su cui, nella sua futura vita professionale, potrebbe essere chiamato ad operaie e ad eseguire controlli,
• alle problematiche tecnologiche, economiche e sociali di settori dell'industria chimica e in generale dell'industrie di processo:
• al significato che la tecnologia e la sua evoluzione assume per Sa società.
A tale riguardo si è scelto, nello svolgimento del corso, un approccio, per quanto possibile, di tipo storico; tale scelta discende, oltre che da personali interessi del docente, dalla convinzione che le problematiche industriali, economiche e sociali legate allo sviluppo tecnologico si mantengano spesso immutate nel corso de! tempo e che quindi lo studio di casi storici possa illuminare situazioni attuali; inoltre le tecnologie non hanno un'evoluzione e uno sviluppo lineari: tecnologie ritenute m certi momenti storici superate si ripresentano, naturalmente aggiornate e modificate, in momenti successivi.
Obiettivi generali del corso
Alla fine dei tre anni di durata del corso di T.C.I. gli studenti dovranno:
- conoscere le principali operazioni unitarie in cui si possono scomporre i processi chimici e i principi chimico Usici su cui tali operazioni si basano;
- conoscere i principali apparati (pompe, scambiatori di calore, colonne, ecc.) utilizati nelle industrie chimiche e m quelle affini e comprenderne i! funzionamento,
- acquisire una visione complessiva del funzionamento di un impianto chimico e delle problematiche riguardanti controllo, regolazione e sicurezza di un tale impianto;
- acquisire una visione complessiva dell'industria chimica e delle problematiche tecnologiche, economiche e ambientali connesse a tale industria;
- conoscere in modo approfondito alcuni dei principali processi dell'industria chimica;
- conoscere alcuni aspetti ed alcune lavorazioni di settori industriali affini a quello chimico, con particolare riguardo all'industria alimentare.

CLASSE III

Nella stesura del piano di lavoro si è tenuto conto delle difficoltà che possono incontrare studenti che non possiedono ancora nozioni di Chimica al di fuori di quelle apprese durante il biennio, si è perciò dato particolare risalto a quelle nozioni che costituiscono un prcrequisito indispensabile per il successivo sviluppo del programma, in particolare alle nozioni di grandezza, misura e unità di misura. Si è inoltre deciso di spostare al quarto anno di corso lo studio delle nozioni di controllo regolazione e automatizzazione degli impianti previste dai programmi ministeriali al terzo anno. Nei programmi ministeriali è inoltre previsto la studio dei materiali metallici e non metallici finalizzato essenzialmente al loro impiego negli impianti industriali: considerando che lo studio dei materiali non compare in alcun altro punto dei programmi del corso di perito chimico, si è ritenuto tale indicazione troppo restrittiva e si è programmato di svolgere tale argomento in modo più amplio.
Obiettivi: alla line dell'anno l'allievo deve essere in grado di:

I - Determinare le dimensioni delle grandezze utilizzate e servirsi dell'analisi dimensionale per la verifica della correttezza di un'equazione che coinvolga grandezze fisiche;
II - Operare con le unità di misura (sia del SI sia di quelle tradizionali) delle grandezze studiate; III- Enunciare le principali leggi fisiche che descrivono il comportamento dei fluidi ideali e reali e risolvere semplici problemi riguardanti tale comportamento;
IV - Descrivere le caratteristiche costruttive e di funzionamento delle principali macchine idrauliche operatrici, delie tubazioni, degli organi di collegamento e di intercettazione e dei contenitori e serbatoi;
V - Risolvere semplici pioblemi riguardanti il funzionamento e il dimensionamento degli organi elencati nel punto precedente;
VI - individuare il tipo di pompa più indicato per un determinato impiego;
VII - Descrivere le proprietà meccaniche, chimiche e fisiche dei principali materiali metallici e non metallici e classificare tali materiali in base a tale caratteristiche;
VIII - indicare i principali procedimenti industriali di separazione solido - liquido illustrando i principi fisico - chimici che li spiegano e li descrivono e gli impianti e le apparecchiature utilizzate nell'industria per operare tati separazioni;
IX - Descrivere i trattamenti di addolcimento, demineralizzazione e potabilizzazione delle acque di primo impiego.

Articolazione indicativa dei contenuti del programma durante l'anno scolastico:

settembre.
- grandezze, misure e sistemi di unità di misura;

ottobre:

richiami ed eventuali approfondimenti delle nozioni sugli stati di aggregazione studiate durante lì biennio;
# pressione e idrostatica;
# introduzione all'idrodinamica: portata ed equazione di continuità;

novembre.
# caratteristiche generali dei materiali,
# viscosità e comportamento reologico dei fluidi;
# turbolenza e numero di Reynolds;
dicembre:
f/ equazione di Bernouili;
# materiali metallici;
gennaio:
4 chimica del silicio e materiali a base di silicio, es. vetro e materiali ceiamici,
# perdite dì carico;

febbraio:
# tubazioni, valvole e serbatoi;
# introduzione alle macchine idrauliche operatrici: prevalenza e rendimento;

marzo e aprile:
# pompe centrifughe e volumetnche;
# separazioni solido liquido: decantazione, centrifugazione e filtrazione;
maggio.
- trattamenti delle acque di primo impiego;
- corrosione dei materiali metallici.
In collaborazione con l'insegnante tecnico pratico saranno inoltre condotte dimostrazioni di laboratorio concernenti la viscosità e prove di resistenza dei materiali.

CLASSE IV

Allo stato attuale è impossibile articolare i tempi e i contenuti in modo da evitare, come esplicitamente suggeriscono le indicazioni didattiche dei programmi ministeriali, che il medesimo argomento sia affrontato in tempi successivi in materie diverse: in particolare nella classe quarta si ritiene indispensabile fornire agli allievi alcune nozioni di termodinamica indipendentemente dalresposizione che m seguito ne farà l'insegnante di chimica fìsica-Obiettivi: alla fine dell'anno l'allievo deve essere in grado di:

I - Conoscere le principali grandezze termodinamiche (calore, energia, entalpia, capacità termica, ccc.), le unità utilizzate per la loro misura ed essere in grado di effettuare con esse semplici calcoli;

II - Descrivere i modi di trasmissione del calore ed enunciare le relative leggi fisiche;

III - Descrivere le caratteristiche costruttive e di funzionamento degli scambiatori di calore, degli evaporatori, dei condensatori barometrici e degli altri apparati studiati;
IV - Eseguire bilanci di energia e di materia e quindi risolvere semplici problemi riguardanti il funzionamento e il dimensionamento degli apparecchi del punto precedente;
V - Descrivere le caratteristiche costruttive e il funzionamento dei principali tipi di reattori;
VI - Risolvere semplici problemi riguardanti le rese , le conversioni dei reagenti, e in generate i vari aspetti delle reazioni chimiche industriali e dei reattori;
VII - Descrivere il funzionamento globale e le caratteristiche deìPindustria chimica, intesa come settore industriale, indicandone le caratteristiche significative, le materie prime e i prodotti.
VIII - Descrivere i processi industriali trattati durante il corso indicandone le caratteristiche chimiche. economiche e impiantistiche rilevanti;
IX - Indicare matene prime e prodotti dei singoli processi studiati illustrandone l'importanza industriale e commerciale.
X - Riprodurre lo schema secondo le norme unichim di impianti utilizzanti le apparecchiature studiate.

Articolazione indicativa dei contenuti del programma.duranteJlanno scolastico:

Nel presente anno scolastico è necessario introdurre alcuni argomenti il cui svolgimento era previsto nella classe precedente e che per ragioni di forza maggiore non è stato possibile trattare.

settembre:
- richiami ad alcuni aspetti del programma della classe terza;
- separazioni solido liquido: decantazione, centrifugazione e filtrazione;
ottobre:
- regolazione dei processi chimici;
- trasmissione del calore:

novembre e dicembre:
- scambiatori di calore;
- caratteri generali dell'industria chimica e studio di alcuni processi industriali (processi che hanno nel cloruro di sodio la loro materia prima);
- combustioni e combustibili; carbone e carbochimica;
- depurazione dei fumi di combustione e in generale apparati per le separazioni solido gas.
gennaio e febbraio:
- proprietà termodinamiche dell'acqua liquida e del vapore;
- evaporatori a semplice e a multiplo effetto ed appaiati ausiliari (cicloni, condensatori baromcliici, ecc.);
- cristallizzazione;
- industria agroalimentare: caratteristiche tecniche ed economiche, metodi di conservazione, latte e trasformazione del pomodoro.
marzo e aprile:
# reazioni chimiche industriali (stechiometria, II Principio ed entropia, energia libera, cinetica e catalisi, reattori chimici);
# compressione, apparecchiature per il trasporto dei gas ed evaporatori con termocompressione;

maggio:
# industria dell'azoto' sintesi dell'ammoniaca e dell'acido nitrico
In collaborazione con l'insegnante tecnico pratico saranno inoltre condotte esercitazioni m classe riguardanti i! disegno di schemi di impianti chimici: in particolare è prevista l'esecuzione di schemi di scambiatori di calore, evaporatori a singolo e a multiplo effetto, in equicorrente e in controcorrente e di evaporatori funzionanti per termocompressione.

CLASSE V

Obiettivi: alla fine dell'anno l'allievo deve essere in grado di:
I - Leggere e tracciare diagrammi di slato in coordinate P -T e di equilibrio liquido vapore; leggero e tracciare diagrammi triangolari.
II - Comprendere ed applicare il concetto di stadio di equilibrio.
III - Descrivere le operazioni unitarie trattate durante il corso illustrando i principi fisici e chimici su cui esse si basano,
IV - Descrivere caratteristiche e funzionamento degli apparecchi utilizzati per le operazioni unitarie studiate.
V - Eseguire bilanci di massa e di energia relativi alle operazioni unitarie studiate.
VI - Effettuare il calcolo degli stadi di equilibrio di un processo (rettifica, assorbimento stnppmg ecc.) per via grafica.
VII - Descrivere i processi industriali trattali durante il corso indicandone caratteristiche chimiche e impiantistiche rilevanti.
VIII - Indicare le materie prime e i prodotti dei vari processi studiati descrivendone sommariamente il comportamento chimico e illustrandone l'importanza industriale e commerciale.
IX - Consultare pubblicazioni e manuali tecnici su argomenti di chimica industriale.
X - Discutere oralmente e redigere relazioni scritte su argomenti attinenti alla chimica industriale.
XI - Eseguire la rappresentazione grafica di impianti, completi di regolazione, secondo le norme UNICHIM.

Articolazione indicativa dei contenuti del programma durante l'anno scolastico:

settembre:
- ripasso ed approfondimento dei bilanci di materia e di energia;
- ripasso ed approfondimento dei cnteri di stesura degli schemi dei processi industriali;
- reattori chimici;
ottobre e novembre:
- distillazione: parte introduttiva e distillazioni continua di rettifica;
- industria petrolifera e petrolchimica (parte generale);

dicembre:
- distillazioni a/eotropica, estrattiva, flash, ecc.
- industria petrolifera e petrolchimica (processi di raffineria e processi petrolchimici),

gennaio
- assorbimento e stripping;
- gas naturale;
- processi di desolforazione;
febbraio:
- estrazione liquido liquido (caso di solvente e diluente totalmente immiscibili):
- biotecnologie: parte inlrodulliva generale l2).

marzo:
- estrazione liquido liquido (caso di solvente e diluente solo parzialmente immiscibili):
- biotecnologie: studio di alcuni processi biotecnologici significativi;
aprile:
- estrazione solido liquido;
- industria dell'estrazione dello zucchero dalla barbabietola,
- industria dei grassi, dei saponi e dei detersivi;
maggio giugno :
- biotecnologie: studio dei trattamenti delle acque e digestione anaerobica dei fanghi;
- industria dei polimeri;
- richiami ed approfondimenti sul controllo e sulla regolazione dei processi.
In collaborazione con l'insegnante tecnico pratico saranno inoltre condotte lungo tutto l'arco dell'anno scolastico esercitazioni in classe riguardanti il disegno di schemi di impianti chimici: a tale scopo saranno ampiamente utilizzati i testi dei temi d'esame degli anni precedenti.
NOTA BENE:
Gii obiettivi e l'articola/ione dei contenuti qui delineati per tutti i tre anni di corso, possono naturalmente essere soggetti a modifiche, per far fronte ad eventuali esigenze che sì manifestino durante l'anno.
Metodi e strumenti didattici
La tradizionale lezione frontale sarà affiancata da esercitazioni in classe e a casa, utilizzando esercizi, problemi e questionali, quando possibile si utilizzeranno strumenti audiovisivi e letture ditesti di chimica industriale, di articoli di stampa e si promuoveranno ricerche su argomenti attinenti il programma. Il testo in adozione sarà integralo con schede e appunti fotocopiati e appositamente preparati. Si pensa di effettuare inoltre visite ad impianti industriali, laboratori ed esposizioni. A partire dalla classe IV saranno inoltre effettuati disegni di schernì di impianti chimici: tali esercitazioni saranno inizialmente condotte sotto la guida degli insegnanti, in un secondo momento saranno svolte, direttamente dagli allievi, ma con l'ausilio del testo e degli appunti e, solo alla fine, dopo un'adeguata fase di preparazione, saranno svolte in modo completamente autonomo. Un procedimento simile sarà utilizzato anche per preparare gli studenti alla stesura delle "relazioni" su argomenti di chimica industnale, che tradizionalmente rappresentano uno dei tipi di quesiti che compongono la prova d'esame: in questo caso, in una prima fase, si faranno svolgere in classe relazioni seguendo uno "schema - guida" fornito dall'insegnante e permettendo la consultazione di manuali ed appunti, per passare poi gradualmente alla stesura, autonoma e senza alcun aiuto, delle relazioni.
Qualora se ne rendesse necessario si prevede infine di organizzare eventuali interventi di recupero individualizzati svolti in orario pomeridiano o quando possibile in orario di lezione, al di fuori delle ore di T.C.I., prelevando l'allievo dalla classe, ovviamente previo accordo con l'insegnate impegnato nella classe in quel particolare momento.

Verifiche
Si prevede di utilizzare le seguenti tipologie di prove:
- prove orali,
- questionari e test utilizzanti domande a risposta aperta o chiusa;
- esercizi di calcolo e problemi
- disegno di schemi di impianti (a partire dalla classe IV);
- relazioni riguardanti processi industriali e aspetti impiantistici (principalmente nel V anno di corso).
Questionari e test saranno spesso utilizzati in aggiunta e in sostituzione delle tradizionali verifiche orali.
Articolazione delle prove per anno di corso:
CLASSE III
Si prevede di svolgere:
- 6 (sei) prove di calcolo e problemi, tre per ogni quadrimestre;
- 3 (tre) questionari di argomento teorico: uno nel primo trimestre e due nel secondo quadrimestre;

- 2 (due) serie di interrogazioni, una per quadrimestre.
Si prevede inoltre di effettuare, verso la fine delle lezioni, prove per definire le "situazioni di incerta valutazione"" degli studenti e per consentire, qualora sia possibile, eventuali recuperi.
CLASSE IV
Si prevede di svolgere:
- 6 (sei) prove di calcolo e problemi, tre per ogni quadrimestre,
- 3 (tre) questionari di argomento teorico: uno nel primo trimestre e due nel secondo quadrimestre;
- 2 (due) serie di interrogazioni, uria per quadrimestre;
- 1 (una) prova di disegno di impianti chimici, svolta in classe, con l'ausilio di testo ed appunti, indicativamente nel mese di aprile.
Saranno inoltre oggetto di valutazione anche i disegni svolti sotto la guida degli insegnanti e quindi in modo non autonomo da parte degli allievi; di norma tali disegni, iniziati in classe saranno terminati a casa, al di fuori quindi del controllo degli insegnanti; si ritiene comunque di attribuire un'unica valutazione per gruppi di disegni di analogo contenuto.
Si prevede inoltri; di eseguire, verso la fine delie lezioni, prove per definire le "situazioni d'incerta valutazone" degli studenti e per consentire, qualora sia possibile, eventuali recuperi.
CLASSE V
Si prevede di svolgere:
4 (quattro) prove di calcolo e problemi, tre nel primo quadrimestre e una nel secondo, entro il mese di febbraio 2007;
5 (cinque) prove di disegno di impianti chimici, due nel primo quadrimestre e tre nel secondo, entro la prima metà del mese di marzo.
4 (quattro) prove di descrizione di impianti e processi industriali (tipo relazione) di cui una nel primo quadrimestre e tre nel secondo entro il mese di marzo,
1 (un) questionano d'argomento teorico, nel mese di dicembre.
3 (tre) serie di interrogazioni, una nel primo quadrimestre, una ad aprile e una alla fine di maggio. Si prevede di eseguire a partire dal mese di marzo simulazioni della seconda prova d'esame; il numero e i tempi di tali prove sono soggetti all'approvazione del consiglio di classe.
NOTA BENE:
Anche per l'articolazione delle prove di verifica vale quanto già detto per obiettivi e contenuti: il numero e il tipo di prove, previste per i tre anni di corso, sono soggetti a possibili cambiamenti in conseguenza di esigenze ed imprevisti che si manifestino durante l'anno scolastico.
Valutazione delle verifiche:
Le singole prove cercheranno di evidenziare il grado di raggiungimento, da parte dei singoli studenti, degli obiettivi programmati. Indicativamente per le prove strutturate, problemi, esercizi di calcolo, domande aperte e prove tipo test, si procederà assegnando a ciascun esercizio un punteggio: il voto sarà conseguentememe assegnato in base al punteggio riportato; in genere il livello di sufficienza corrisponderà ai 2/3 del punteggio massimo possibile.
Per valutare invece le prove non strutturate, in particolare i disegni di impianti chimici e le relazioni, si utilizzeranno griglie appositamente preparate.
NOTE:
(1) Per industria di processo s'intende l'insieme di quei settori industriali le cui produzioni si basano su trasformazioni della composizione e dello stato chimico fisico delle materie di partenza. Si veda (G'. Ferraiolo, L. Tognotti, C Solisio impiantì chimici e dell'attività di processo ESTASLIBRI, 1994.
(2) Lo svolgimento di tale argomento presuppone la conoscenza di alcuni argomenti di matematica (integrazione definita) e di chimica fisica (cinetica delle reazioni del primo ordine e modello di Michaelis e Menten); qualora tali argomenti non siano stati ancora svolti la parte introduttiva generale sulle biotecnologie sarà svolta nel mese di marzo, anticipando la trattazione della seconda parte dell'estrazione liquido liquido.