Dispensa gestione degli impianti di processo

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Industria di processo

-­‐ L’industria di processo è definita come un’industria basata su processi di produzione in cui la materia prima trattata è soggetta prevalentemente a trasformazioni di tipo chimico-­‐fisico, che attribuiscono un valore aggiunto all’output. In parole povere in un’industria di processo vi sono montaggi o lavorazioni meccaniche ma i processi prevalenti sono trasformazioni chimico-­‐fisiche quali riscaldamento, congelamento, separazione ecc.

-­‐ Con il passare del tempo e l’introduzione di tecnologie sempre più spinte l’industria di processo si è evoluta molto e si è specializzata nei seguenti settori: A) Industria chimica: nasce per la produzione di fertilizzanti.

Generalmente il petrolio è la principale fonte di materia prima per le industrie chimiche.

B) Industria petrolchimica: si affianca all’industria chimica e ha come scopo principale quello di raffinare il greggio (petrolio) primordiale.

C) Industria chimica fine: ha dimensioni ridotte rispetto le precedenti e si occupa prevalentemente della produzione di detersivi, solventi, vernici.

D) Industria farmaceutica: si basa sulla trasformazione della materia e lavora su piccole-­‐medie quantità di prodotto. Per il suo carattere prettamente innovativo investe molto in Ricerca e Sviluppo per essere sempre all’avanguardia con le nuove scoperte.

E) Industria alimentare: è un settore in continua espansione e con un trend di crescita nettamente positivo.

F) Industria materiali speciali: si occupa della produzione di prodotti particolari, un esempio sono le protesi sintetiche.

G) Industria energetica: si occupa della trasformazione di determinati combustibili in energia. In questa categoria rientrano anche impianti nucleari e impianti termovalorizzatori (trasformazione dei rifiuti).

Corrente di processo

-­‐ Nell’industria di processo le lavorazioni possono essere continue, discontinue o semicontinue e la materia prima si muove in forma liquida o solida.

-­‐ Nel caso di processi continui la materia prima nei suoi diversi stadi di trasformazione si muove in forma di “correnti”, ossia flussi di materia.

Questi flussi di materia individuano una corrente di processo che può essere definita in qualsiasi punto dell’impianto dalle seguenti variabili: 1) Portata: definisce la quantità di materia che si muove all’interno dell’impianto nell’unità di tempo. Si misura generalmente in [Kg/h] oppure in [Kmol/h].

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2) Composizione: definisce la composizione e le caratteristiche della materia in lavorazione individuando gli elementi che la compongono.

Supponendo che una qualsivoglia corrente si composta da “C” componenti, allora per definire univocamente la concertazione di ogni elemento occorrono “C-­‐1” variabili, poiché l’ultima si ricava per differenza.

3) Temperatura: individua la temperatura della corrente in un determinato punto dell’impianto. Si misura in gradi kelvin [K].

4) Pressione: individua la pressione della corrente in un determinato punto dell’impianto. Si misura in [KPa].

-­‐ Una volta definiti questi parametri per specificare correttamente una corrente di processo occorre individuare “C+2” variabili. A queste variabili sono poi legate altre proprietà d’interesse quali densità, viscosità, conducibilità termica ecc.

Unit Operation

-­‐ Una unit operation è definita come una apparecchiatura che data una corrente in ingresso, caratterizzata dalle due “C+2” variabili, restituisce all’uscita la stessa corrente ma con almeno una variazione di una delle “C+2” variabili in gioco.

-­‐ Questo tipo di apparecchiatura può essere vista come un operatore matematico che trasforma un set di variabili di valore assegnato (variabili in entrata) in un altro set di variabili (variabili in uscita). L’operatore stesso esegue la trasformazione in base al valore di un altro set di variabili (variabili interne, rappresentative delle condizioni operative e di grandezze tipiche dell’apparecchiatura).

-­‐ In una schematizzazione primordiale del processo le operazioni unitarie sono assimilate a delle “black box” e vengono definite per segmentare e specificare l’intero processo.

-­‐ L’operazione unitaria è il singolo stadio di trasformazione del prodotto coincidente in generale con una specifica apparecchiatura. Le categorie di operazioni unitarie sono generalmente suddivise per finalità:

Ø Scambiatore di calore: utilizzato per riscaldare, raffreddare, vaporizzare e condensare. Ø Reattore chimico: utilizzato per trasformare la composizione della corrente. Ø Separatore: utilizzato per separare correnti con diversa composizione.

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Gradi  di  libertĂ Â Â -­â€? Rappresentano  il  numero  di  variabili  che  devono  essere  assegnate  o  saturate  per  rendere  univoco  il  problema  di  progettazione  o  esercizio.  All’atto  pratico  il  numero  di  gradi  di  libertà  è  definito  dalla  differenza  tra  il  numero  di  variabili  e  il  numero  di  vincoli:  đ?‘ ! = đ?‘ ! − đ?‘ !  -­â€? Questo  individuato  è  il  numero  di  gradi  di  libertĂ Â â€œastrattoâ€?  dell’elemento  considerato.  Ma  poichĂŠ  un  problema  senza  dati  e  specifiche  non  ha  senso  andiamo  ora  a  considerare  il  numero  di  gradi  di  libertĂ Â â€œeffettivoâ€?,  definito  come:  đ?‘ !∗ = đ?‘ ! − đ?‘ !"#$   -­â€? Per  il  conteggio  di  variabili  e  vincoli  esistono  tecniche  specifiche:  A) Conto  variabili;  portata,  composizione,  temperatura,  pressione,  flussi  energia,  variabili  interne,  variabili  ripetitive.  B) Conto  vincoli;  bilanci  materiali,  bilanci  energia,  equilibrio  fisico,  equilibrio  chimico,  relazioni  di  trasporto,  vincoli  inerenti.  -­â€? Lo  studio  dei  gradi  di  libertà  è  fondamentale  nella  progettazione  e  gestione  di  un  impianto  perchĂŠ  permettere  di  comprendere  quali  siano  le  sue  reali  potenzialitĂ Â e  permette  di  variare,  modificare  qualcosa  nel  processo.  Infatti,  se  non  si  avessero  gradi  di  libertĂ ,  il  sistema  sarebbe  totalmente  rigido  e  non  si  avrebbe  la  possibilitĂ Â di  intervenire  sul  processo.   Stima  costi  apparecchiature  di  processo   -­â€? La  fase  di  progettazione  e  di  regolazione  vanno  portate  avanti  nel  modo  piĂš  economico  possibile.  Per  far  questo  è  opportuno  studiare  se  esiste  una  qualche  relazione  tra  le  dimensioni  delle  loro  apparecchiature  e  il  loro  costo.  -­â€? Per  far  questo  occorre  che: Â Ă˜ďƒ˜ Ogni  apparecchiatura  sia  individuata  da  un  parametro  dimensionale  significativo  ai  fini  del  costo. Â Ă˜ďƒ˜ Si  definisca  una  legge  di  potenza  che  leghi  il  costo  al  parametro  dimensionale. Â Ă˜ďƒ˜ Si  consideri  come  base  il  costo  attuale  “đ??ś! â€?  di  una  apparecchiatura  di  dimensione  nota  “đ?‘†! â€?.  -­â€? Allora  sotto  queste  considerazioni  la  relazione  di  costo  assume  al  seguente  forma:  đ?‘†! đ??ś! = đ??ś! ( )!   đ?‘†!  Â

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-­â€? Qui  l’esponente  “đ?›źâ€?  esprime  l’effetto  del  fattore  di  scala.  Generalmente  è  minore  dell’unitĂ ,  tuttavia  nella  apparecchiature  a  pressione  risulta  essere  maggiore  dell’unitĂ .  -­â€? Di  norma  in  un  impianto  di  processo,  chimico  o  petrolchimico,  si  ha  che  il  fattore  alfa  assume  un  valore  paria  a  6/10   (Legge  di  Williams).  Le  stime  di  costo  cosĂŹ  ottenute  presentano  scostamenti  inferiori  al  20%,  rispetto  ai  costi  stimati  analiticamente.  Viene  utilizzata  per  approvare  i  budget  in  studi  preliminari   Operazioni  di  scambio  termico   -­â€? Le  operazioni  di  scambio  termico  sono  quelle  attraverso  cui  è  variata  la  temperatura  di  un  fluido  o,  piĂš  raramente,  di  un  solido,  oppure  ne  è  provocato  il  cambiamento  di  fase  (ossia  il  passaggio  dalla  fase  gassosa  a  quella  liquida,  o  dalla  fase  liquida  a  quella  solida,  o  viceversa).   -­â€? Nel  seguito  si  considereranno  soltanto  le  operazioni  di  scambio  termico  in  cui  sono  coinvolte  fasi  fluide  che  sono  quelle  che  si  incontrano  piĂš  di  frequente.  AffinchĂŠ  si  abbia  scambio  di  calore  è  necessario  che  esista  una  differenza  di  temperatura  tra  un  fluido  piĂš  caldo  ed  uno  piĂš  freddo  e  lo  scambio  termico  agisce  nel  senso  di  portare  ad  un  riequilibrio  delle  temperature.  -­â€? Ogni  scambiatore  presenta  un  grado  di  libertĂ Â legato  alla  portata  di  fluido  di  servizio,  che  può  essere  ottimizzato  economicamente  giĂ Â in  sede  di  progettazione.  Nella  fase  di  realizzazione  emergeranno  altri  gradi  di  libertĂ Â legati  alle  caratteristiche  costruttive  prescelte.  Lo  scambio  termico  radiativo  -­â€? La  principale  operazione  di  scambio  termico  radiativo  è  il  forno.  Esso  viene  prevalentemente  utilizzato  per: Â Ă˜ďƒ˜ Riscaldamento  e  vaporizzazione  di  correnti  fluide Â Ă˜ďƒ˜ Trattamento  di  solidi  da  fondere  (industria  del  vetro  e  metallurgia) Â Ă˜ďƒ˜ Cottura  di  specifici  prodotti  (laterizi,  alimenti‌)  -­â€? L’energia  termica  è  trasmessa  generalmente  per  irraggiamento  secondo  la  legge  di  Stefan-­â€?Boltzmann  da  una  fiamma  oppure  da  una  resistenza  elettrica.  -­â€? Il  flusso  termico  è  quindi  espresso  dalla  relazione:  đ?‘„ = đ??š  đ??´  đ?œŽ  đ?‘‡!! − đ?‘‡!!   -­â€? Qui  “đ?œŽâ€?  è  la  costante  di  Boltzmann,  “Fâ€?  il  fattore  di  vista,  “Aâ€?  l’area  di  impatto  del  flusso  termico  e  “Tâ€?  la  temperature  rispettivamente  di  emissione  e  di  impatto.  -­â€? Il  flusso  termico  impatta  sulla  superfice  da  riscaldare  e  produce  l’effetto  desiderato  attraverso  un  bilancio  termico.   Â

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 StabilitĂ Â delle  apparecchiature  di  scambio  -­â€? Per  stabilitĂ Â termica  si  intende  la  caratteristica  di  smorzare  eventuali  fluttuazioni  di  temperatura  del  fluido  di  processo  e  di  non  andare  fuori  controllo  nel  caso  di  riduzione  o  assenza  del  fluido  di  processo.  -­â€? Lo  scambiatore  termico  è  un’operazione  “stabileâ€?,  quindi  anche  in  assenza  di  un  grado  di  regolazione  opportuno  il  sistema  tende  a  smorzare  le  variazioni  e  gli  effetti  iniziali.  Questo  avviene  spontaneamente  grazie  a  principi  fisici  e  termodimanci.  -­â€? Il  forno  invece  è  sostanzialmente  instabile  quindi  le  operazioni  in  cui  è  utilizzata  quest’apparecchiatura  devono  essere  costantemente  monitorate,  attraverso  dispositivi  automatici  di  controllo,  perchĂŠ  eventuali  irregolaritĂ Â possono  portare  a  gravi  danni  ed  eventi  catastrofici  (disastro  Fukushima).  Separatori  di  fluidi  -­â€? I  separatori  fanno  parte  della  famiglia  delle  operazioni  unitarie  atte  a  separare  o  isolare  i  componenti  di  una  miscela.  In  particolare  un  separatore  è  in  grado  di  variare  la  composizione  di  almeno  una  delle  specie  in  ingresso.  -­â€? Prima  di  analizzare  le  differenti  tipologie  di  separatori  è  necessario  definire  le  caratteristiche  di  ogni  separatore:  1) Purezza:  valore  di  composizione  di  una  corrente. Â Ăˆ  una  specifica  di  processo  dettata  da  motivi  economici  oppure  da  specifiche  normative  (es:  leggi  sull’inquinamento). Â Ăˆ  l’obiettivo  di  composizione  che  si  prefigge.  (es:  đ?‘Ľ! ≤ 0,7  )  2) Recupero:  esprime  la  quantitĂ Â di  corrente  di  processo  che  si  riesce  a  recuperare  e  portare  nella  corrente  pura.  Analiticamente  si  esprime  come  frazione  in  massa  del  componente  in  analisi  rispetto  a  quello  alimentato.  Nel  caso  di  una  separazione  in  due  correnti  (B,D)  si  ha:  đ??ˇ  đ?‘Ľ! đ??ľ  đ?‘Ľ!     đ?‘œđ?‘?đ?‘?đ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘’   đ??š  đ?‘Ľ  ! đ??š  đ?‘Ľ  ! !  !

-­� Se  per  esempio  si  ha  “!  !  ! > 0,9�  abbiamo  che  nove  parti  su  dieci  sono  !

recuperate  dalla  corrente  pura  mentre  una  è  persa.  Questo  perchĂŠ  un  singolo  separatore  non  è  mai  in  grado  di  separare  le  due  correnti  perfettamente.  Su  questa  considerazione  si  fonda  la  consuetudine  di  inserire  piĂš  separatori  in  serie.  -­â€? Per  come  si  definiscono  queste  due  proprietĂ Â si  evince  che  elevata  purezza  implica  scarso  recupero  e  viceversa.  Dunque  la  scelta  dell’apparecchiatura  piĂš  opportuna  è  sempre  frutto  di  un  “trade  offâ€?  o  di  uno  sdoppiamento  di  separazione:  una  fase  ad  alta  purezza  e  una  ad  alto  recupero.   Â

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Separatore Flash -­‐ Apparecchiatura, molto semplice, utilizzata generalmente per correggere miscele. La classica operazione dove viene sfruttato un separatore di tipo flash è la ripulitura dell’olio di semi che viene trattato con l’esano, che in seguito deve essere rimosso.

-­‐ L'evaporazione flash (o evaporazione parziale) consiste in un'evaporazione parziale (cioè in cui solo una parte del liquido viene fatta evaporare) effettuata facendo passare il liquido attraverso una valvola di laminazione (o altro dispositivo di laminazione).

-­‐ Il separatore flash, apparecchiatura senza gradi di libertà, è costituito da un serbatoio in cui viene immessa l'alimentazione liquida attraverso un dispositivo di laminazione. Il serbatoio presenta un'uscita dal basso per la fase liquida, raccolta nel fondo del recipiente, e una uscita dall'alto per la fase vapore, che viene privata dai trascinamenti di liquido attraverso un demister (denebulizzatore).

-­‐ Il livello del liquido raccolto nel fondo del serbatoio viene in genere controllato da una valvola di controllo posta all'uscita del liquido, che varia la propria apertura a seconda del livello raggiunto dal liquido nel recipiente.

Distillazione -­‐ Operazione unitaria che ha lo scopo di separare due correnti fluide in correnti di diversa composizione.

-­‐ Nella realizzazione delle operazioni di distillazione occorre procedere attraverso una successione di stadi di vaporizzazione parziale del liquido e condensazione parziale del vapore.

-­‐ La maniera migliore per realizzarla è quella di collegare tra loro questi stadi, in controcorrente, in modo che il vapore che si sviluppa da ogni stadio salga a quello successivo, che si trova a temperatura inferiore, arricchendosi man mano del componente più volatile, mentre il liquido residuo da ogni stadio scende su quello sottostante, che si trova a temperatura superiore, arricchendosi man mano del componente meno volatile.

-­‐ Le operazioni di distillazione vengono effettuate in colonne di distillazione, schematizzate come mostra la figura: la miscela da separare (alimentazione) entra di norma nella parte centrale della colonna, come liquido, miscela liquido-­‐vapore o vapore. In testa alla colonna viene condensato il vapore ed il condensato si raccoglie in un serbatoio, detto accumulatore di riflusso, da cui sono prelevati il distillato ed il riflusso: quest’ultimo viene inviato in testa alla colonna mediante una pompa. In fondo alla colonna viene prelevato il residuo, mentre parte del liquido di fondo viene vaporizzato in un ribollitore e reimmesso al fondo.

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 -­â€? Man  mano  che  si  procede  lungo  la  colonna  dall’alto  verso  il  basso  varia  le  composizioni  (va  aumentando  la  concentrazione  dei  componenti  meno  volatili),  aumenta  la  temperatura,  poichĂŠ  tali  componenti  bollono  a  temperatura  piĂš  alta,  ed  aumenta  anche,  seppure  non  di  molto,  la  pressione,  per  effetto  delle  perdite  di  carico.  La  temperatura  piĂš  alta  si  ha  quindi  al  fondo  e  quella  piĂš  bassa  in  testa:  tali  temperature  sono  funzione  della  pressione  operativa  che  è,  convenzionalmente,  quella  misurata  in  testa.  -­â€? Inoltre  si  definisce  rapporto  di  riflusso  “Râ€?,  il  rapporto  tra  le  portate  molari  di  riflusso  “đ??ż! â€?  e  di  distillato  “Dâ€?:  đ??ż! đ?‘… =  đ??ˇ  -­â€? Il  suo  valore  può  essere  superiore  o  inferiore  all’unitĂ :  l’entitĂ Â del  rapporto  di  riflusso  definisce,  tramite  i  bilanci  di  materia  e  di  calore  sia  la  portata  del  riflusso  liquido  in  testa  che  quella  di  vapore  al  fondo.  -­â€? Nella  distillazione,  a  differenza  della  separazione  flash,  è  possibile  ottenere  una  purezza  e  un  recupero  prestabilito.      Â

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 Assorbimento  -­â€? L’assorbimento  è  l’operazione  in  cui  si  realizza  un  trasferimento  di  materia  dalla  fase  gassosa  a  quella  liquida.  Consideriamo  una  miscela  gassosa  costituita  dai  componenti  “Aâ€?  e  “Bâ€?  e  mettiamola  a  contatto  con  un  liquido  S  (il  solvente)  che  sia  in  grado  di  sciogliere  “Aâ€?,  ma  non  “Bâ€?.  Al  termine  dell’operazione  la  miscela  gassosa  avrĂ Â una  concentrazione  di  “Aâ€?  piĂš  bassa  (al  limite  sarĂ Â costituita  solo  da  “Bâ€?  puro),  mentre  si  sarĂ Â formata  una  miscela  liquida  di  “Aâ€?  e  “Sâ€?. Â

-­� Il contenitore al suo interno contiene una serie di piccoli corpi di riempimento che permettono di avere un miglior scambio tra fluido e gas semplicemente aumentando la superfice di contatto tra essi.

-­� Quest’apparecchiatura possiede un solo grado di libertà e in genere è la portata del fluido di servizio.

Separatori  fasi  solide -­â€? Queste  apparecchiature  si  basano  su  principi  fisici  piuttosto  immediati,  tuttavia  per  comprenderne  appieno  le  potenzialitĂ Â occorre  definire  le  seguenti  proprietĂ :  đ??ś! = đ??śđ?‘œđ?‘?đ?‘’đ?‘›đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘§đ?‘–đ?‘œđ?‘›đ?‘’  đ?‘ đ?‘œđ?‘™đ?‘–đ?‘‘đ?‘–  đ?‘–đ?‘›  đ?‘?đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘›đ?‘Ąđ?‘’  đ?‘”đ?‘Žđ?‘ đ?‘ đ?‘œđ?‘ đ?‘Ž  [

đ??žđ?‘” đ??žđ?‘” , ] Â đ??žđ?‘” đ?‘š!

đ??š = đ?‘ƒđ?‘œđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘Ąđ?‘Ž   Â

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đ??š  đ??ś! = đ??śđ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘?đ?‘œ  đ?‘‘đ?‘–  đ?‘ đ?‘œđ?‘™đ?‘–đ?‘‘đ?‘–  đ?‘’đ?‘›đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘Ąđ?‘’  D Â

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 -­â€? I  separatori  di  solidi  sono  apparecchiature  piĂš  grossolane  rispetto  ai  separatori  di  liquidi  principalmente  a  causa  del  loro  principio  fisico  di  funzionamento.  -­â€? Le  norme  prevedono  due  valori  limite: Â Ă˜ďƒ˜ Immissione  al  suolo  “đ??ś!  ! â€? Â Ă˜ďƒ˜ Emissione  al  camino  “đ??ś!  ! â€?  -­â€? Per  rispettare  tali  limiti  si  ricorre  a  camini  molto  alti.  Inoltre  piĂš  è  grande  l’impianto  piĂš  basso  deve  essere  il  valore  massimo  di  emissione  consentito.  Una  volta  introdotte  le  proprietĂ Â comuni  dei  separatori  solidi  analizziamo  le  principali  apparecchiature  di  questa  famiglia.  Sedimentatore  -­â€? La  corrente  da  separare  fluisce  in  un  tubo  poi  quando  entra  nell’ambiente  piĂš  grande  le  particelle  solide  piĂš  pesanti  cadono  sul  fondo  per  gravitĂ Â mentre  quelle  piĂš  leggere  continuano  il  loro  normale  flusso. Â

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Il ciclone

-­‐ Il funzionamento dei cicloni è basato sulla forza centrifuga, che viene indotta facendo entrare l’alimentazione gassosa tangenzialmente nella parte alta di un apparecchio costituito da una testa cilindrica su un’estremità conica. Il flusso assume la forma di un vortice primario diretto verso il basso ed il solido si deposita sulle pareti raccogliendosi sul fondo. Il gas fuoriesce invece dall’alto, attraverso un tubo coassiale all’apparecchio, dando origine ad un vortice secondario centrale.

-­‐ L’apparecchio funziona in continuo, è assai semplice dal punto di vista costruttivo, può operare anche su correnti calde, ed è in grado di recuperare particelle di dimensioni superiori a 0.01 mm. La velocità di ingresso del gas è elevata (20-­‐30 m/s) e le capacità di recupero (ma anche le perdite di carico) aumentano all’aumentare della velocità del gas ed al diminuire del diametro del ciclone: per limitare le perdite di carico al valore usuale (100-­‐200 Pa) si possono utilizzare più unità in parallelo.

-­‐ Principale svantaggio di questa apparecchiatura è la scarsa efficienza che si riscontra nel separare particelle di piccole dimensioni, per questo vengono generalmente posti prima di un elettrofiltro.

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Filtri  elettrostatici  -­â€? Il  funzionamento  degli  elettrofiltri  si  basa  sull’â€?effetto  coronaâ€?  che  si  genera  tra  due  elettrodi  in  presenza  di  un  campo  elettrico  di  voltaggio  elevato.  Alcuni  composti  presenti  nel  gas  (come  l’anidride  carbonica  e  il  vapor  d’acqua)  si  ionizzano  per  effetto  dell’elevata  densitĂ Â di  carica  presente  intorno  all’elettrodo  di  scarica  e  si  dirigono  verso  l’elettrodo  ricevitore,  messo  a  terra  dal  punto  di  vista  elettrico.   -­â€? Gli  ioni,  nel  loro  movimento  colpiscono  le  particelle  solide  che  si  trovano  lungo  il  loro  cammino  e  trascinano  anch’esse  a  depositarsi  sull’elettrodo  ricevitore.  -­â€? Gli  elettrodi  di  scarica  sono  generalmente  costituiti  da  fili  metallici,  mentre  quelli  ricevitori  sono  delle  piastre  oppure  dei  tubi  posti  attorno  agli  elettrodi  di  scarica.  La  differenza  di  potenziale  applicata  varia  da  10  a  60  kV  ed  i  consumi  energetici  sono  elevati.  -­â€? Gli  elettrofiltri  sono  in  grado  di  separare  anche  particelle  molto  fini  e  presenti  a  concentrazione  bassissima.  Infatti,  le  particelle  di  piccole  dimensioni  sono  agevolate  nella  separazione  giacchĂŠ  hanno  inerzia  minore,  com’è  evidenziato  dalla  legge:  đ?‘˜  đ?‘ž đ??š=  đ?œ‹  đ?œ€  đ?‘&#x; -­â€? PoichĂŠ  essi  costituiscono  il  mezzo  di  purificazione  del  gas  piĂš  efficace,  sono  sempre  utilizzati  a  valle  di  altri  separatori  che  provvedono  alla  separazione  piĂš  grossolana(sedimentatori  e  cicloni).  Inoltre  sono  apparecchiature  di  un  ingombro  considerevole  e  quelle  piĂš  costose  in  assoluto  poichĂŠ,  dipendendo  l’efficienza  esclusivamente  dal  campo  elettrico  “đ??¸â€?,  al  crescere  del  carico  di  solidi  separabili  cresce  il  consumo  di  energia  elettrica,  che  è  un  costo  diretto. Â

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Filtri a manica (Bag filters) -­‐ I filtri a manica sono costituiti da feltri o tessuti, in forma tubolare o piana, sostenuti all’interno di appositi telai. Anche in questo caso occorre provvedere alla pulizia periodica del filtro, quando lo spessore del deposito solido (e quindi le perdite di carico) diventa eccessivo. La velocità del gas nel passaggio attraverso il filtro è mantenuta bassa, per evitare di compattare eccessivamente il deposito fioccoso: le perdite di carico sono intorno a 1000 -­‐1500 Pa. -­‐ I filtri a maniche (bag filters) sono formati da una serie di maniche tubolari di stoffa dal diametro 10-­‐50 cm e lunghe fino a 12 m, disposte all'interno di una grossa carcassa metallica. Il gas, alimentato all’interno o all’esterno delle maniche, passa attraverso il filtro, mentre il solido è trattenuto. Le maniche sono sorrette da un’incastellatura: questa può mancare se il gas è alimentato all’interno della manica e la sostiene con il suo flusso.

-­‐ La pulizia può essere effettuata per scuotimento meccanico o inviando gas in senso inverso a quello di filtrazione. I filtri a maniche si utilizzano per portate gassose elevate e presentano ingombri rilevanti: per consentire che la filtrazione abbia luogo in continuo, si installano più gruppi di filtri a maniche in parallelo, in modo che vi siano sempre dei gruppi operativi mentre uno è in fase di pulizia.

-­‐ Generalmente un separatore di solidi non ha gradi di regolazione, l’unica apparecchiatura che può essere regolata è l’elettrofiltro poiché regolando la differenza di potenziale tra i due elettrodi, si ottengono diversi gradi di efficienza.

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Stoccaggio  -­â€? In  un  impianto  di  processo  vi  è  la  necessitĂ Â di  immagazzinare,  per  tempi  piĂš  o  meno  lunghi,  le  varie  sostanze  utilizzate  nei  processi  produttivi.  La  prima  classificazione  che  si  può  fare  è  in  base  alla  tipologia  di  prodotto.  A) Stoccaggio  materie  prime:  le  materie  prime,  frutto  dell’approvvigionamento  dell’industria  di  processo,  garantiscono  ai  cicli  produttivi  un’alimentazione  costante  delle  e  sono  immagazzinate  in  base  alle  modalitĂ Â di  consegna.  Se  consideriamo  una  portata  “đ?‘Šâ€?  [đ??žđ?‘” â„Ž]  e  un  tempo  “ℎ!"# â€?  [â„Ž]  una  stima  quantitativa  della  massa  di  materia  prima  stoccata  è  data  dalla  relazione:  đ?‘€!"#$$%&&'# = đ?‘Š   ℎ!"#     đ??žđ?‘”  B) Stoccaggi  semilavorati:  consiste  nell’immagazzinare  temporaneamente  prodotti  oppure  semilavorati  utilizzati  nell’impianto  stesso,  ad  esempio  quando  una  lavorazione  discontinua  va  raccordata  con  una  produzione  continua.  I  prodotti  semilavorati  si  differenziano  in: Â Ă˜ďƒ˜ Straordinari  =  usati  esclusivamente  in  caso  d’imprevisti  o  malfunzionamenti. Â Ă˜ďƒ˜ Normali  =  usati  per  dilazionare  la  produzione  nel  tempo  (es:  produzione  passata  pomodori).   C) Stoccaggio  di  fluidi  di  processo:  consta  nello  stivaggio  di  tutto  l’occorrente  che  concorre  alla  realizzazione  del  prodotto  finito  ma  che  non  fa  parte  di  quest’ultimo.  D) Stoccaggio  prodotti  finiti:  permette  di  conservare  temporaneamente  i  prodotti  prima  del  loro  invio  ad  altro  impianto  o  alla  commercializzazione.   -­â€? La  seconda  classificazione  prende  in  considerazione  lo  stato  di  aggregazione  della  materia  da  stoccare.  Infatti,  le  apparecchiature  utilizzate  per  lo  stoccaggio  sono  realizzate  in  fogge  differenti  dipendentemente  dallo  stato  fisico  della  sostanza  immagazzinata.   Â

  Liquidi:  vasche  e  serbatoi  Â

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  Gas:  serbatoi,  gasometri,  bombole  Â

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  Solidi:  mucchi,  sili,  magazzini  Â

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Stoccaggio di liquidi

-­‐ Lo stoccaggio per liquidi si può realizzare in recipienti aperti, dette vasche, oppure chiusi, detti serbatoi. Ognuno dei quali è provvisto di un condotto di carico e un condotto di scarico.

-­‐ Le vasche sono più economiche, ma, essendo aperte, non proteggono i prodotti dagli agenti atmosferici e ne consentono l’evaporazione: negli impianti dell’industria di processo esse si utilizzano prevalentemente per l’acqua, ad esempio per l’acqua di raffreddamento o quella antincendio, ma molto raramente per materie prime o prodotti.

-­‐ Le vasche possono essere realizzate fuori terra o parzialmente interrate: le realizzazioni più piccole possono essere metalliche, a sezione cilindrica, mentre quelle di dimensioni maggiori sono generalmente in calcestruzzo, con sezione quadrata o rettangolare.

-­‐ I serbatoi per liquidi hanno forma cilindrica, ad asse verticale od orizzontale e, più raramente, sferica: essi sono generalmente montati fuori terra, anche se in alcuni casi possono essere interrati, come, ad esempio i serbatoi tumulati per il GPL. Sul tetto vi è un condotto di sfogo che permette la fuoriuscita di aria quando entra altro fluido al suo interno.

-­‐ La forma cilindrica con doppia bombatura (o sferica) è utilizzata poiché conferisce al serbatoio una buona resistenza alla sollecitazione di pressione interna. Tale sollecitazione è presente in tutti i serbatoi pressurizzati, ma anche in quelli che lavorano a pressione atmosferica, poiché il peso stesso del liquido crea una spinta, ossia una pressione, nei confronti delle pareti e del fondo.

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-­â€? I  serbatoi  per  liquidi  sono  quasi  esclusivamente  metallici.  La  tipologia  di  serbatoio  che  si  utilizza  dipende  essenzialmente  dalla  quantitĂ Â di  liquido  che  si  deve  stoccare,  dalla  pressione  di  esercizio  del  serbatoio  e  dalla  tensione  di  vapore  del  liquido.  Ci  sono  poi  tipologie  particolari  di  serbatoi  per  i  liquidi  criogenici,  ossia  quelli  immagazzinati  a  temperature  al  di  sotto  di  quella  ambiente.   Allarmi  serbatoi  di  liquidi  -­â€? Un  serbatoio  non  viene  mai  riempito  completamente  di  liquido  ed  è  generalmente  provvisto  di  indicatori  di  livello,  talora  con  indicazione  visibile  dall’esterno.  I  serbatoi  di  maggiore  capacitĂ Â sono  di  solito  forniti  anche  di  allarmi  di  livello  minimo  (LLA,  Low  Level  Alarm)  poichĂŠ  in  un  impianto  non  ci  si  può  permettere  che  una  risorsa  scarseggi  e  un  allarme  di  livello  massimo  (HLA,  High  Level  Alarm)  affinchĂŠ  non  si  ecceda  mai  la  massima  capacitĂ Â di  stoccaggio.  Stoccaggio  di  gas  -­â€? I  prodotti  gassosi  vanno  conservati  in  recipienti  chiusi:  dipendentemente  dai  quantitativi  immagazzinati  e  dalla  pressione  di  stoccaggio  si  utilizzano  serbatoi,  gasometri  e  bombole.   -­â€? I  serbatoi  sono  utilizzati  quando  si  desidera  realizzare  l’immagazzinamento  di  gas  in  pressione.  Infatti  ricordando  la  legge  dei  gas  perfetti  “đ?‘ƒ  đ?‘‰ = đ?‘›  đ?‘…  đ?‘‡â€?  si  ha  che  all’aumentare  della  pressione  il  gas  si  comprime,  occupando  un  volume  inferiore,  e  quindi  è  possibile  stoccare  un  quantitativo  maggiore  di  gas  a  paritĂ Â di  volume.   -­â€? I  gasometri  sono  utilizzati  per  immagazzinare  grossi  quantitativi  di  gas  a  bassa  pressione,  mentre  le  bombole  sono  utilizzate  per  piccoli  quantitativi  di  gas  immagazzinati  a  pressione  molto  elevata.  Allarmi  serbatoi  di  gas  -­â€? I  serbatoi  di  questo  tipo  devono  prevedere  delle  valvole  di  sicurezza  per  evitare  possibili  incidenti  oppure  esplosioni  nel  caso  in  cui  la  pressione  raggiunga  valori  eccessivi.  Dunque  per  monitorare  i  livelli  di  pressione  si  introduco  un  allarme  di  livello  minimo  di  pressione  (LPA,  Low  Pressure  Alarm)  e  un  allarme  di  livello  massimo  di  pressione  (HPA,  High  Pressure  Alarm).        Â

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Stoccaggio di solidi

-­‐ Nello stoccaggio di solidi occorre tenere conto di varie caratteristiche del prodotto che come prima cosa, può essere sfuso o confezionato. Limitando l’analisi ai prodotti sfusi, occorre inoltre tenere conto delle dimensioni del solido, che possono andare da blocchi di grossa pezzatura a polvere fine, della sua deperibilità, e delle caratteristiche chimico-­‐ fisiche, come densità, durezza, scorrevolezza, abrasività, ecc.

-­‐ I sistemi di stoccaggio più comunemente utilizzati per i solidi sono: A) Stoccaggio in mucchio: si utilizza per grossi quantitativi di materiale sfuso scarsamente deperibile che viene immagazzinato all’aperto o dentro a capannoni. Il solido sfuso assume la forma di materiale in mucchio o cumulo.

B) Stoccaggio in sili: utilizzato per materiale sfuso deperibile. Il materiale viene mantenuto entro un recipiente ad asse verticale metallico, di sezione circolare, o in calcestruzzo, a sezione poligonale. Il recipiente presenta generalmente un rapporto altezza/diametro compreso tra 1.5 e 4, ha un tetto piano o lievemente bombato ed un fondo (tramoggia) conico o piramidale. La forma del fondo facilita la fuoriuscita del solido e la tramoggia, solitamente provvista di una valvola a stella, è sopraelevata rispetto al terreno di un’altezza variabile dipendentemente dal mezzo utilizzato per movimentare il solido (autocarro, sistema di trasporto pneumatico, nastro trasportatore, ecc.). Il silo, se metallico, è sostenuto mediante zampe, attaccate immediatamente al di sopra della tramoggia.

Per grosse esigenze di stoccaggio si possono raggruppare più sili in batterie.

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C) Stoccaggio in magazzini: si utilizza prevalentemente per prodotti confezionati (sacchi, cartoni, fusti, casse, ecc.).

Sistemi di tubazioni e circuiti dell’industria di processo -­‐ Il sistema di piping è utilizzato per convogliare i fluidi tra le varie apparecchiature dell’impianto: dei sistemi di tubazioni fanno parte, oltre alle tubazioni, i loro accessori, le valvole e le macchine utilizzate per la movimentazione dei fluidi.

-­‐ Le tubazioni utilizzate nell’industria di processo presentano sempre sezione circolare, poiché questa, a parità di spessore garantisce la maggiore resistenza meccanica, è di facile realizzazione con i materiali da costruzione utilizzati e, a parità di sezione è quella che offre minore resistenza al flusso. Come materiale si utilizza soprattutto l’acciaio al carbonio, ma trovano impiego anche gli acciai inossidabili, la ghisa, metalli non ferrosi (alluminio, rame, ottone, ecc.), materie plastiche (PVC, polietilene, ecc.) e cemento. Per conferire alla tubazione una buona resistenza a fluidi aggressivi si usano pure tubi di acciaio smaltati o rivestiti con porcellana o vetro.

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Circolazione  di  fasi  gassose  -­â&#x20AC;? Le  dimensioni  e  il  materiale  che  costituiscono  la  rete  di  piping  sono  scelti  in  base  alla  pressione  cui  sono  soggetti  e  cercando  di  avere  una  velocitĂ Â di  attraversamento  che  sia  compresa  tra  (10  đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; 20  đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018; ).  -­â&#x20AC;? La  scelta  delle  macchine  per  i  gas,  detti  anche  circolatori  poichĂŠ  costituiscono  la  parte  attiva  della  rete,  dipende  da  portata  e  salto  di  pressione.  Generalmente  se  non  si  dispone  della  pressione  utile  per  convogliare  il  gas  in  tutto  lâ&#x20AC;&#x2122;impianto  si  utilizzano  ventilatori  o  compressori  a  seconda  del  delta  di  pressione  richiesto.  In  particolare  si  ha  che:  Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; I  ventilatori  e  le  soffianti  sono  utilizzati  soprattutto  per  salti  di  pressione  bassi  (<  0.03  atm)  e  per  gas  a  bassa  pressione,  come  lâ&#x20AC;&#x2122;aria,  da  far  fluire  allâ&#x20AC;&#x2122;interno  di  condotti  abbastanza  grandi,  poichĂŠ  forniscono  alte  portate  e  basse  prevalenze.  Qui  la  regolazione  della  portata  avviene  mediante  una  valvola  posta  sulla  mandata  (Flow  Controll).  Â

 Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; I  compressori  sono  utilizzati  per  portate  elevate  e  salti  di  pressione  media  o  elevata.  Nel  caso  di  compressori  centrifughi  la  valvola  è  posta  sullâ&#x20AC;&#x2122;aspirazione.  Per  realizzare  la  compressione  desiderata  è  spesso  necessaria  la  disposizione  di  piĂš  giranti  (stadi)  in  serie  e  lâ&#x20AC;&#x2122;adozione  di  velocitĂ Â di  rotazione  decisamente  elevate  (anche  piĂš  di  10000  Rpm).  Per  questa  ragione,  in  alcuni  casi,  lâ&#x20AC;&#x2122;alimentazione  di  queste  macchine  non  è  elettrica,  ma  mediante  accoppiamento  diretto  con  turbina  a  vapore. Â

 Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Lâ&#x20AC;&#x2122;eiettore  è  una  macchina  statica  che  realizza  lo  spostamento  di  un  fluido  non  mediante  organi  in  movimento  ma  attraverso  lo  scambio  diretto  di  energia  tra  un  fluido  motore  uscente  ad  elevata  velocitĂ Â da  un  boccaglio  ed  un  altro  fluido  che  viene  trascinato  dal  primo:  ciò   Â

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comporta,  inevitabilmente,  il  mescolamento  delle  due  correnti.  Questâ&#x20AC;&#x2122;apparecchio  viene  utilizzato  soprattutto  per  creare  e  mantenere  il  vuoto,  attraverso  lâ&#x20AC;&#x2122;aspirazione  di  gas  o  vapori  da  recipienti:  in  questo  caso  il  fluido  motore  è  costituito  da  vapor  dâ&#x20AC;&#x2122;acqua. Â

 Circolazione  di  fasi  liquide  -­â&#x20AC;? I  tubi  e  le  valvole  sono  progettati  seguendo  gli  stessi  criteri  evidenziati  per  la  circolazione  di  fasi  gassose  tuttavia  qui  le  velocitĂ Â ottimali  di  flusso  sono  comprese  tra  (1  đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; 3  đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018; ).  Le  portate  per  unitĂ Â di  sezione  sono  molto  piĂš  alte  a  causa  della  densitĂ Â molto  piĂš  elevata.  -­â&#x20AC;? La  circolazione  avviene  sotto  la  pressione  iniziale  oppure  sotto  un  battente  idrostatico  mentre  per  linee  molto  lunghe  si  inseriscono  pompe.  -­â&#x20AC;? Infatti,  per  i  liquidi  si  utilizzano  pompe,  per  lo  piĂš  centrifughe,  o,  meno  frequentemente,  volumetriche,  di  tipo  rotativo  o  alternativo.  Tradizionalmente  la  prevalenza,  indica  il  salto  di  pressione  espresso  in  metri  di  colonna  di  liquido:  ad  esempio,  1  m  di  colonna  dâ&#x20AC;&#x2122;acqua  â&#x2030;&#x2026;  0.1  atm.  -­â&#x20AC;? I  campi  tipici  di  applicazione  come  portata  trattata  e  prevalenza  fornita  sono  riportati  in  figura. Â

 Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Le  pompe  centrifughe  sono  le  macchine  per  liquidi  maggiormente  utilizzate  nellâ&#x20AC;&#x2122;industria  di  processo.  La  pompa  ha  una  cassa  cilindrica  entro  cui  ruota  un  albero  centrale  su  cui  sono  calettate  palette   Â

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opportunamente sagomate: il liquido entra in direzione assiale al centro in D (aspirazione) ed esce lungo la periferia in E (mandata).

Generalmente presenta una valvola di regolazione sulla mandata e in impianti continui sono spesso usate in parallelo con uso alternato in modo che una opera e l’altra è di riserva.

Ø Le pompe volumetriche sono meno utilizzate di quelle centrifughe e si adottano principalmente per portate basse ed elevate prevalenze.

L’unico mezzo per effettuare la regolazione della portata è quello di prevedere un by-­‐pass provvisto di valvola, che colleghi tra loro i rami di mandata e di aspirazione della pompa. In tal modo, aprendo più o meno la valvola di by-­‐pass si regola la portata che ricircola, ossia che viene nuovamente alimentata alla pompa anziché proseguire nel circuito.

Circolazione di fasi solide -­‐ All’interno degli impianti dell’industria di processo i solidi possono essere trasportati tal quali, utilizzando trasportatori, per percorsi prevalentemente in piano, ed elevatori per vincere dislivelli, o come sospensioni in correnti gassose, utilizzando il trasporto pneumatico.

-­‐ I trasportatori meccanici più utilizzati sono: Ø Trasportatore a nastro in cui il solido viene trasportato su un nastro di materiale flessibile e resistente (generalmente tela gommata) che scorre ad anello tra due rulli. Questo sistema si utilizza per percorsi

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rettilinei anche molto lunghi, in piano o con pendenze modeste, ed è economico.

Ø Trasportatore a còclea in cui il solido viene fatto avanzare lungo un canale dal moto di una vite senza fine. Questo sistema è adatto per brevi percorsi rettilinei (fino a 15 m circa) con pendenze anche elevate, ed è in grado di trattare anche solidi pastosi o sospensioni: tuttavia richiede consumi energetici notevoli.

Ø L’elevatore a tazze è il tipo più importante tra gli elevatori meccanici.

Un elevatore di questo tipo consiste in una catena che scorre tra due ruote dentate, posta l’una in alto e l’altra in basso, cui sono agganciati dei secchielli (dette tazze). Le tazze sono agganciate alla catena in modo da viaggiare diritte mentre percorrono il ramo ascendente della catena, per rovesciarsi alla sommità e viaggiare rovesciate lungo il ramo discendente. Il dispositivo è alloggiato all’interno di una carcassa metallica e i secchielli si riempiono quando transitano sotto la ruota inferiore e scaricano il prodotto in alto quando si rovesciano nel passaggio sopra la ruota superiore. Gli elevatori a tazze sono spesso abbinati ai trasportatori a nastro poiché la combinazione di questi apparecchi è in grado di trasportare il solido a qualsivoglia distanza ed altezza.

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Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; La  modalitĂ Â di  trasporto  pneumatico  maggiormente  utilizzata  è  quella  in  fase  dispersa  in  cui  solidi  granulari  sono  trasportati  allâ&#x20AC;&#x2122;interno  di  tubazioni  sospesi  in  una  corrente  gassosa.  Come  gas  di  trasporto  si  può  utilizzare  aria  o,  ove  essa  non  si  potesse  usare  (ad  esempio  per  polveri  infiammabili)  gas  inerti,  come  azoto  o  anidride  carbonica.  Un  impianto  di  trasporto  pneumatico  comprende  una  tubazione,  una  macchina  (a  seconda  dei  casi  un  ventilatore,  una  soffiante,  un  compressore  o  una  pompa  da  vuoto)  per  fornire  alla  sospensione  la  prevalenza  necessaria  a  vincere  le  perdite  di  carico  del  circuito,  ed  un  dispositivo  di  separazione  gas-­â&#x20AC;?solido  (filtro  o  ciclone)  nel  punto  di  destinazione.  Lâ&#x20AC;&#x2122;impianto  può  lavorare  in  pressione  o  in  aspirazione  essendo  i  materiali  movimentanti  dallâ&#x20AC;&#x2122;effetto  â&#x20AC;&#x153;Venturiâ&#x20AC;?.  Sistemi  di  controllo  -­â&#x20AC;? Il  sistema  di  piping  è  monitorato  costantemente  da  una  serie  di  dispositivi  di  misura  e  controllo.  Essi  sono  dislocati  lungo  lâ&#x20AC;&#x2122;intero  circuito  e  ognuno  svolge  un  compito  ben  preciso.  Per  facilitare  la  lettura  e  la  compressione  degli  schemi  dâ&#x20AC;&#x2122;impianto  si  è  sviluppata  una  precisa  letteratura  atta  a  specificare,  con  poche  sigle,  il  tipo  e  la  funzione  di  ogni  dispositivo.Ogni  sigla  è  costituita  da  tre  lettere:  -­â&#x20AC;? La  prima  lettera  indica  cosa  il  dispositivo  determina,  ossia  il  tipo  di  misura.  đ??ť = đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153; đ??ż = đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;:  đ?&#x2018;&#x; = đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; Î&#x201D; = đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x17D; -­â&#x20AC;? La  seconda  lettera  indica  cosa  il  dispositivo  misura.  đ??ż = đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153; đ?&#x2018;&#x192; = đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019; đ??š = đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D; T = đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;:  đ??ś = đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;&#x192;â&#x201E;&#x17D; = đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153;  đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;  đ?&#x2018;&#x192;â&#x201E;&#x17D; đ?&#x2018;&#x2C6; = đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;ĄĂ đ?&#x2018;&#x160; = đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x153; -­â&#x20AC;? La  terza  lettera  indica  la  funzione  del  dispositivo.  đ?&#x2018;&#x2026; = đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019; đ??¸ = đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;  đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;:  đ??ź = đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019; A = đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2019; đ??ś = đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153;  Â

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Regolazione di apparecchiature di scambio termico 1) Scambiatore di calore -­‐ La regolazione delle apparecchiature di scambio termico si basa sulla modulazione della portata di fluido di servizio. A seconda della precisione con cui ci si deve attenere alle specifiche esistono regolatori con precisione differente.

-­‐ Supponiamo di voler monitorare la temperatura, introduciamo dunque un “TC” (controllore di temperatura). Esso è collegato elettronicamente ad una valvola a comando manuale attraverso un circuito. Cosi nel momento in cui la temperatura non è quella richiesta dal processo il controllore, tramite un impulso, tende a regolare la valvola variando la portata di fluido di servizio.

-­‐ Una apparecchiatura con un unico grado di libertà può avere al più uno strumento di regolazione.

2) Condensatore -­‐ Nel condensatore la regolazione avviene in funzione della pressione del fluido di processo per condensazione totale con liquido saturo. In questo caso è inutile avere un controllo sulla temperatura siccome essa rimane costante durante il passaggio di stato. Quindi si controlla la pressione per vedere se realmente il vapore si è condensato.

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3)  Evaporatore  -­â&#x20AC;? Apparecchiatura  che  dato  un  fluido  in  fase  liquida  permette  di  ottenere  vapore.  In  questo  caso  la  regolazione  avviene  in  base  alla  pressione  del  fluido  di  processo  in  uscita,  infatti  il  controllore  monitora  la  pressione  nella  zona  di  raccolta  del  vapore. Â

 Regolazione  apparecchiature  per  stoccaggio  e  circolazione  -­â&#x20AC;? Durante  le  lavorazioni  dellâ&#x20AC;&#x2122;industria  di  processo  Ê  necessario  immagazzinare  differenti  prodotti:  1)  Serbatoi  materie  prime  -­â&#x20AC;? Tali  serbatoi  devono  essere  approvvigionati  per  assicurare  la  continuitĂ Â produttiva.  Sono  caratterizzati  da  una  corrente  in  entrata  discontinua  poichĂŠ  lâ&#x20AC;&#x2122;approvvigionamento  non  avviene  in  modo  costante  ma  attraverso  un  carico  prestabilito  ogni  determinato  lasso  di  tempo.   -­â&#x20AC;? Generalmente  questi  serbatoi  sono  accompagnati  da  un  controllore  â&#x20AC;&#x153;đ??żđ??żđ??śâ&#x20AC;?  (Low  Level  Control)  e  da  un  controllore  â&#x20AC;&#x153;đ??ťđ??żđ??śâ&#x20AC;?  (Valore  minimo  livello  controllo).  Inoltre  è  sempre  presente  una  valvola  di  strozzamento  collegata  ad  un  misuratore  di  portata  pronta  ad  intervenire  nel  caso  si  presenti  qualche  anomalia. Â

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2) Serbatoi semilavorati -­‐ I semilavorati sono temporaneamente depositati in altri serbatoi in attesa di lavorazioni successive. Permettono di collegare due sezioni dell’impianto e funge da “polmone” per resistere ad una eventuale fluttuazione della richiesta di prodotto.

-­‐ Anche in questo caso, come il precedente sono previsti due controllori per il livello e uno per la portata.

3) Serbatoio prodotti finiti -­‐ Infine il prodotto finito è stoccato e in attesa di essere consegnato alla rete distributiva oppure trasportato direttamente al consumatore.

-­‐ Importante è puntualizzare che nell’industria di processo, a differenza di quella meccanica, per il normale funzionamento dell’impianto sono fondamentali i collegamenti tra le diverse fasi di lavorazione. Per assicurare una certa affidabilità al processo spesso si introducono apparecchiature in parallelo in modo da poter assicurare la continuità anche in caso di guasto improvviso e da poter evitare danni ai prodotti in lavorazioni.

Rappresentazione impianto di processo -­‐ Un impianto di processo è schematizzato graficamente da tre diversi strumenti ognuno dei quali con particolari caratteristiche e funzioni, in particolare si ha:

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1) Schema a blocchi ( Block Flow Diagram BFD, Flow Sheet) -­‐ È uno schema puramente funzionale, segna l'iniziale formalizzazione di qualsiasi progetto, essendo questa la prima e la più semplice schematizzazione elaborabile.

-­‐ Nello schema a blocchi si indicano le trasformazioni che si realizzano sul solo fluido principale denominato fluido di processo.

-­‐ Nello schema a blocchi non sono dettagliate le condizioni né sono specificati i fluidi di scambio. La trasformazione è mostrata attraverso una sequenza di blocchi rettangolari (Black Box), all’interno dei quali è descritta la funzione che trasforma l’input in output.

-­‐ Lo schema a blocchi può illustrare efficacemente un’idea preliminare, ma è anche spesso usato a scopo didattico o anche illustrativo. Attraverso di esso si può procedere ad identificare in maniera semplice la sequenza d’operazioni logiche che costituiscono il processo di trasformazione della materia prima in prodotto. Per questa semplicità di rappresentazione, la lettura di uno schema a blocchi è utilizzata anche come strumento di comunicazione. Essendo comprensibile anche ai non tecnici, tale schematizzazione è utilizzata sovente per formalizzare una prima idea su un impianto nuovo e/o per semplificare contesti complessi.

2) Process Flow Diagram (PFD) -­‐ Il PFD è il documento base su cui si costruisce l’impalcatura dell’intero impianto. Può essere considerato un’evoluzione tecnica dello schema a blocchi: su di esso sono rappresentate, in maniera simbolica e nella giusta sequenza, le macchine e le apparecchiature che servono per ottenere il prodotto desiderato.

-­‐ Il PFD è un documento elaborato da tecnici e diretto a tecnici: la sua elaborazione è responsabilità primaria dell'ingegnere di processo.

-­‐ Scopo del PFD è la esplicitazione quantitativa del processo in esame mostrando la funzione di ogni singola apparecchiatura, in forma chiara e leggibile. Per far ciò si usa la rappresentazione simbolica delle apparecchiature, completata dai bilanci di materia e di energia, esplicitati quantificando le c+2 variabili2 di ogni corrente presente nell’impianto.

-­‐ Il PFD si caratterizza per una rappresentazione grafica simbolica e una certa standardizzazione di contenuti. La rappresentazione delle apparecchiature, pur abbastanza standardizzata, conserva un certo margine di discrezionalità, quindi risulta sempre opportuno consultare la leggenda.

-­‐ Nello schema di processo sono riportate e quantificate le portate delle correnti entranti ed uscenti da ogni apparecchiatura, in base alla portata di riferimento, definita come capacità nominale4 (o di targa) dell’impianto.

I valori delle portate sono ottenuti dalla soluzione dei bilanci.

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-­‐ Per quanto riguarda la rappresentazione della quantificazione, tutte le correnti entranti ed uscenti dalle apparecchiature rappresentate nel PFD sono numerate e caratterizzate in un tabella in termini di portata, pressione, temperatura e composizione. In relazione alla marcia nominale, il PFD riporta tutte le linee di flusso di materia, sia quelle del processo, sia quelle dei servizi. A volte sul PFD sono riportati anche, , i parametri fisici e di trasporto (viscosità, densità, capacità termica ecc.) di ogni corrente.

-­‐ Nel PFD è indicata inoltre la strumentazione essenziale, attraverso la quale è possibile avere un’idea di come avvenga la regolazione di capacità produttiva dell’impianto.

-­‐ Il PFD costituisce dunque un documento fondamentale per il progetto, i cui scopi principali possono essere sintetizzati di seguito: > mettere in evidenza il tipo di processo dell'impianto. > stabilire la sequenza del processo mediante la rappresentazione della linea principale di flusso (processo) e di tutte quelle secondarie (servizi); > chiarire le funzioni delle singole apparecchiature o delle singole macchine; > quantificare l’entità dei flussi presenti nell'impianto, riportando le condizioni di portata, temperatura, pressione e composizione per ognuno di essi.

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3) Piping and Instrumentantion Diagram (P&ID, Mechanical Flow Diagram MFD) -­‐ Il P&ID è l’ultimo elemento che fa parte della documentazione tecnica dell’impianto. Esso descrive: • i dispositivi, le strutture, le tubazioni, i serbatoi, ecc.

• le connessioni tra le varie componenti d’impianto.

• gli elementi di misura, gli analizzatori ed i trasduttori installati sul campo.

• attuatori ed elementi finali del sistema di controllo.

• pannelli e quadri di controllo.

• rappresentazione schematica delle interconnessioni tra i vari dispositivi di controllo.

-­‐ I simboli utilizzati in un diagramma P&ID e le modalità di descrizione del dispositivi presenti sono codificati in standard internazionali. Lo standard di riferimento è ANSI/ISA S5.1-­‐1984 “Standards and Recommended Practices for Instrumentation and Control”.

Strumenti e tecniche di analisi -­‐ Nella progettazione l’idea di processo nasce come BFD. La fattibilità è valutata sul PFD, il progetto definitivo nasce dal P&ID da cui è possibile desumere i costi di impianto ed esercizio con discreta precisone.

-­‐ Nell’esercizio, invece, si hanno due tecniche di analisi delle prestazioni e dei costi: 1) Bilanci di materia ed energia → Si stimano dal PFD, dove sono specificate tutte le caratteristiche delle correnti, e sono il principale strumento di gestione quotidiana dell’impianto. Sono la base per la gestione di stoccaggi, per l’individuazione di criticità e per la valutazione degli scostamenti dai costi previsti.

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2) Controllo  e  sicurezza  dei  processi  â&#x2020;&#x2019;  Richiedono  lâ&#x20AC;&#x2122;analisi  del  P&ID,  previa  individuazione  dei  controlli  critici  per  la  sicurezza  degli  impianti,  per  la  qualitĂ Â del  prodotto,  per  la  gestione  ottimale  dei  processi  e  degli  impianti,  per  la  manutenzione  straordinaria.    I  bilanci  materiali  -­â&#x20AC;? Nella  gestione  e  nella  progettazione  di  un  impianto  di  processo,  spesso  accade  che  si  debbano  stimare  le  quantitĂ Â di  materie  prime,  di  intermedi  di  lavorazione  e  di  prodotti  o  che  si  debba  determinare  la  loro  composizione.  -­â&#x20AC;? Unâ&#x20AC;&#x2122;equazione  generale  di  bilancio,  che  pone  le  sue  basi  sul  principio  di  conservazione  della  massa,  si  esprime  generalmente  in  questa  forma:  đ??źđ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021; + đ??şđ??¸đ?&#x2018; đ??¸đ?&#x2018;&#x2026;đ??´đ?&#x2018;?đ??źđ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018; đ??¸ â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021; â&#x2C6;&#x2019; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201A; = đ??´đ??śđ??śđ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x2C6;đ??żđ?&#x2018;&#x201A;  -­â&#x20AC;? Questa  relazione  è  riferita  a  un  sistema  chiuso,  ovvero  limitato  da  un  â&#x20AC;&#x153;volume  di  controlloâ&#x20AC;?  scelto  arbitrariamente,  attraverso  cui  transitano  i  termini  di  input  e  output.   -­â&#x20AC;? Ă&#x2C6;  riferito  a  un  istante  finito  oppure  infinitesimo  e,  come  entitĂ ,  alla  massa  totale  oppure  di  un  singolo  componente.  Inoltre  in  un  sistema  di  â&#x20AC;&#x153;Câ&#x20AC;?  componenti,  in  assenza  di  reazioni  chimiche,  si  possono  scrivere  al  piĂš  â&#x20AC;&#x153;Câ&#x20AC;?  bilanci  di  materia.  I  bilanci  di  materia  possono  essere  definiti  su  una  singola  apparecchiatura,  sullâ&#x20AC;&#x2122;intero  impianto  oppure  parte  di  esso.  -­â&#x20AC;? I  processi  di  interesse  per  lâ&#x20AC;&#x2122;industria  di  processo  sono  generalmente  tre:  1) Processi  Batch  â&#x2020;&#x2019;  Durante  il  processo  non  câ&#x20AC;&#x2122;è  flusso  di  materia  attraverso  i  confini  del  sistema.  In  questo  caso  non  vi  sono  termini  di  input/output  ma  solamente  di  accumulo,  generazione  e  consumo.  Un  semplice  esempio  può  essere  la  cottura  in  pentola  degli  spaghetti.  đ??źđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ą = 0   2) Processi  Continui  â&#x2020;&#x2019;  Processi  nei  quali  per  un  numero  ragionevole  di  giorni  si  ha  che  le  correnti  di  input  ed  output  sono  costanti.   đ??źđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ą = đ??śđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2013;   3) Processi  Semibatch  â&#x2020;&#x2019;  Processi  con  caratteristiche  intermedie,  dove  può  essere  assente  lâ&#x20AC;&#x2122;input  e  presente  lâ&#x20AC;&#x2122;output.  Prendendo  come  esempio  il  processo  di  fermentazione  del  vino  si  ha  che  non  è  presente  nessun  input,  ma  vi  è  un  output  e  un  accumulo.  -­â&#x20AC;? Generalmente  la  maggior  parte  dei  processi  sono  di  tipo  continuo  e  lavorano  a  condizione  di  regime.  Esistono  inoltre  delle  regole  pratiche  per  i  calcoli  dei  bilanci  di  materia,  esse  sono:   Â

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A) Nei  bilanci  globali,  ossia  sulla  massa  totale  si  ha:   đ??şđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019; = đ??śđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018; đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153; = 0   â&#x2020;&#x2019; đ??źđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ą â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ą = đ??´đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153;  B) In  un  sistema  a  regime  si  ha:  đ??´đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153; = 0   â&#x2020;&#x2019; đ??źđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ą + đ??şđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ą â&#x2C6;&#x2019; đ??śđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018; đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153; = 0  C) Per  componenti  che  non  danno  luogo  a  reazioni  chimiche  si  ha:  đ??şđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019; = đ??śđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018; đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153; = 0   â&#x2020;&#x2019; đ??źđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ą â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ą = đ??´đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153;   -­â&#x20AC;? Nel  caso  il  processo  preveda  una  reazione  chimica,  si  considera  fissato  e  costante  â&#x20AC;&#x153;il  grado  di  conversioneâ&#x20AC;?  e  la  distribuzione  dei  prodotti  nella  reazione.  CosĂŹ  è  possibile  scrivere  bilanci  sui  componenti,  considerando  lâ&#x20AC;&#x2122;equivalenza  reagenti/prodotti  secondo  la  conversione  assegnata.  -­â&#x20AC;? Il  bilancio  di  materia  è  il  primo  atto  che  si  deve  compiere  analizzando  uno  schema  di  processo,  anche  lo  schema  a  blocchi,  al  fine  di  dimensionare  o  gestire  lâ&#x20AC;&#x2122;impianto,  considerando  tutte  le  correnti,  incluso  spurghi,  scarichi,  reflui  ecc.  -­â&#x20AC;? Nonostante  i  bilanci  materiali,  siano  strumenti  di  semplici  e  immediati,  permettono  di:   Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Definire  la  logistica  generale  del  processo  (trasporto  e  stoccaggio  materie  prime,  prodotti,  reflui).  Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Definire  le  linee  di  produzione  con  le  opportune  apparecchiature  e  valutarne  il  costo  approssimativo.                Â

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Gestione  degli  impianti  di  processo Â

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Vasca di laminazione -­‐ Tali vasche sono prescritte qualora vi fosse l’impossibilità di scaricare le acque meteoriche in un corpo ricettore diverso dalla fognatura ed hanno lo scopo di laminare le portate al fine di non sovraccaricare la rete durante l’evento meteorico. Infatti, l’urbanizzazione, aumentando sensibilmente l’estensione delle superfici impermeabili, comporta un’importante alterazione delle frazioni di pioggia infiltrata, da un lato aumentando il deflusso superficiale e quindi i contributi di piena, dall’altro riducendo la ricarica delle falde.

-­‐ Nel dimensionare tali strutture è fondamentale l’uso del bilancio di materia. Infatti, avendo come dati la quantità di precipitazioni all’ora, ricavata da una analisi statistica sui fenomeni meteorologici, la superfice della vasca di laminazione e la portata massima ammissibile dello scarico della vasca è possibile dimensionare il volume di tale vasca.

Gestione degli impianti di processo

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Bilanci  di  materia  con  reazioni  chimiche  -­â&#x20AC;? Nel  caso  di  reazione  chimica,  i  bilanci  di  materia  si  eseguono  in  due  modi  differenti,  secondo  il  tipo  di  reazione  in  gioco.  1)  Reazione  completa  -­â&#x20AC;? In  questo  caso  si  deve  definire  una  base  di  massa  della  corrente  entrante.  Poi  si  seguono  i  seguenti  passi:  A) Si  scrive  la  reazione  in  forma  completa  e  si  bilancia.  La  conversione  è  data  dalla  stechiometria  della  reazione  e  si  deve  tenere  conto  anche  delle  specie  che  non  partecipano  alla  reazione.  B) Si  considerano  i  [đ??žđ?&#x2018;&#x201D;]  in  gioco  nella  reazione  di  ciascuna  specie.  C) Si  ricavano  le  portate  delle  correnti  espresse  in  [đ??žđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122;/â&#x201E;&#x17D;].  D) Si  scrive  la  reazione  moltiplicando  la  portata  in  [đ??žđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122;/â&#x201E;&#x17D;]  e  il  peso  in  [đ??žđ?&#x2018;&#x201D;]  di  una  singola  mole.   E) Si  aggiungo  al  bilancio  i  componenti  che  non  reagiscono.  F) Si  ricavano  le  portate  delle  correnti  in  [đ??žđ?&#x2018;&#x201D;/â&#x201E;&#x17D;].  2)  Reazione  incompleta  -­â&#x20AC;? Si  definisce  reazione  incompleta  quella  in  cui  sâ&#x20AC;&#x2122;instaura  un  equilibrio  fra  reagenti  e  prodotti  (regolato  da  una  costante  cinetica  â&#x20AC;&#x153;Kâ&#x20AC;?),  che  può  essere  sbilanciato  e  spostato  verso  l'uno  o  l'altro  con  lâ&#x20AC;&#x2122;aggiunta  dellâ&#x20AC;&#x2122;opposto  (  se  per  esempio  aggiungo  un  reagente,  lâ&#x20AC;&#x2122;equilibrio  si  sposta  verso  i  prodotti).  -­â&#x20AC;? Questo  tipo  di  reazioni  sono  governate  da  un  parametro,  il  grado  di  conversione  â&#x20AC;&#x153;đ?&#x153;&#x2030;â&#x20AC;?.  Si  definisce  conversione  di  un  reagente  la  quantitĂ Â percentuale  di  reagente  entrante  nel  sistema  che  si  converte  nei  prodotti.  La  conversione  è  dunque  pari  al  rapporto  tra  le  moli  reagite  e  le  moli  alimentate  del  reagente.  đ?&#x2018;&#x203A;!" â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x203A;!"# đ?&#x153;&#x2030;=  đ?&#x2018;&#x203A;!"  -­â&#x20AC;? Fisicamente  rappresenta  lâ&#x20AC;&#x2122;efficienza  di  una  reazione.  Per  esempio  una  reazione  con  â&#x20AC;&#x153;đ?&#x153;&#x2030; = 60%â&#x20AC;?,  trasforma  solo  il  60%  della  corrente  in  ingresso,  il  restante  40%  resta  inalterato.  Esso  può  assumere  valori  compresi  tra  0-­â&#x20AC;?

1.   -­â&#x20AC;? Noto  dunque  il  grado  di  conversione  della  reazione  il  bilancio  di  materia  si  effettua  normalmente,  come  se  fosse  un  processo  senza  reazione  chimica.       Â

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Bilanci  di  materia  per  processi  di  lunga  durata  -­â&#x20AC;? Generalmente  sono  detti  processi  a  lunga  durata  i  processi  di  bioconversione.  Essa  è  la  modificazione  della  struttura  chimica  di  una  sostanza,  ottenuta  mediante  l'uso  di  singoli  enzimi  o  del  sistema  enzimatico  cellulare  di  un  agente  biologico  (microrganismo,  cellula  vegetale  o  cellula  animale).  I  processi  di  bioconversione  possono  essere  realizzati  industrialmente,  impiegando  colture  di  microrganismi  o  di  cellule,  oppure  enzimi  isolati.  Le  cellule  o  gli  enzimi  sono  usati  tal  quali  oppure  vengono  immobilizzati  legandoli  a  un  adatto  supporto,  ciò  che  rende  i  processi  piĂš  efficienti.  -­â&#x20AC;? Spesso  il  processo  avviene  in  una  vasca,  oppure  digestore,  in  cui  è  introdotta,  in  sospensione  acquosa,  la  materia  organica  da  trattare.  Conoscendo  il  grado  di  conversione  della  reazione  si  chiude  facilmente  il  bilancio  di  materia.  Dunque  il  problema  in  questo  tipo  di  applicazioni  è  stimare  il  tempo  di  permanenza  della  sostanza  allâ&#x20AC;&#x2122;interno  della  vasca  affinchĂŠ  la  reazione  si  compia.  In  prima  approssimazione  il  tempo  può  essere  stimato  in  questo  modo:  đ?&#x2018;&#x161;!"#$%&'($ đ?&#x153;?=     â&#x201E;&#x17D;  đ??š -­â&#x20AC;? Le  reazioni  a  lunga  durata  presentano  svantaggi  in  termini  di  costi  e  di  gestione.  Infatti,  problema  di  particolare  interesse  è  la  stima  del  volume  del  digestore,  che  rappresenta  uno  dei  principali  costi  dâ&#x20AC;&#x2122;impianto.  Inoltre  vi  è  la  necessitĂ Â di  prevedere  un  sistema  di  pulitura  per  eliminare  eventuali  microrganismi  nocivi  rimasti  al  suo  interno,  per  ovviare  a  questo  inconveniente  spesso  si  dispongono  piĂš  digestori  in  parallelo.  Â

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 Bilanci  di  materia  per  processi  batch  -­â&#x20AC;? Nei  processi  batch  non  vi  è  unâ&#x20AC;&#x2122;entrata  o  uscita  costante  di  materia  ma  è  presente  una  certa  massa  in  lavorazione.  Sono  spesso  utilizzati  quando  si  lavora  con  processi  molto  lenti  oppure  con  piccole  quantitĂ Â di  materiale.  Esempi  tipici  sono  i  processi  di  fermentazione  del  vino  oppure  della  marmellata.  -­â&#x20AC;? Il  processo  inizia  caricando  lâ&#x20AC;&#x2122;apparecchiatura  atta  alla  lavorazione.  Qui  il  bilancio  materiale  è  estremamente  utile  per  descrivere  la  potenzialitĂ Â dellâ&#x20AC;&#x2122;impianto.  Infatti,  se  consideriamo  i  seguenti  dati:  đ?&#x2018;&#x201E;! = đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019;  đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x201E;! = đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;  đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2013;  đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D;  đ?&#x2018; = #  đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;  đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ąâ&#x201E;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2013;  đ??ť = đ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;  đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2019;  đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;  đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;  đ?&#x153;?! = đ??ˇđ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2122;  đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x153;  đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;?â&#x201E;&#x17D;  đ?&#x153;?! = đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;  đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;  đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;/đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x17D;   -­â&#x20AC;? Si  può  scrivere:   đ?&#x2018;&#x201E;! = đ?&#x2018;  đ?&#x2018;&#x201E;!     đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x2019;   đ?&#x2018; = đ??ť (đ?&#x153;?! + đ?&#x153;?! )   -­â&#x20AC;? In  questo  caso  è  importante,  ai  fini  di  ottimizzazione,  stabilire  la  massa  trattata  in  ogni  batch  (đ?&#x2018;&#x201E;! ).  Questa  scelta  è  frutto  dellâ&#x20AC;&#x2122;analisi  del  costo  totale  del  processo,  costituito  da  due  contributi:  đ??ś!"# = đ??ś!"#$%&'(  đ?&#x2018;&#x201E;!! +  đ??ś!"#$%&'"  đ?&#x2018;  (đ?&#x153;?! + đ?&#x153;?! )   -­â&#x20AC;? Ricavando  â&#x20AC;&#x153;Nâ&#x20AC;?  dalla  prima  relazione  possiamo  scrivere:  đ?&#x2018;&#x201E;! đ??ś!"# = đ??ś!"#$%&'(  đ?&#x2018;&#x201E;!! +  đ??ś!"#$%&'"   (đ?&#x153;?! + đ?&#x153;?! )  đ?&#x2018;&#x201E;!

-­â&#x20AC;? Il  primo  termine  evidenzia  i  costi  dâ&#x20AC;&#x2122;acquisto,  infatti  lâ&#x20AC;&#x2122;esponente  â&#x20AC;&#x153;đ?&#x203A;źâ&#x20AC;?  esprime  lâ&#x20AC;&#x2122;effetto  del  fattore  di  scala.  Il  secondo  termine  invece  è  legato  al  tempo  di  apertura  dellâ&#x20AC;&#x2122;impianto. Â

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 -­â&#x20AC;? Il  problema  in  esame  ammette  un  ottimo  tuttavia  si  devono  rispettare  dei  vincoli  imposti  dal  processo  stesso,  infatti:  đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ  đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;  đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; â&#x2030;¤ đ?&#x2018;&#x201E;! â&#x2030;¤ đ?&#x2018;&#x201E;!   -­â&#x20AC;? Il  limite  superiore  è  fissato  dalla  quantitĂ Â annua  producibile,  il  limite  inferiore  invece  è  definito  dal  massimo  tempo  di  apertura  dellâ&#x20AC;&#x2122;impianto.   Bilanci  di  energia  -­â&#x20AC;? Definito  un  processo  o  considerata  una  parte  di  esso,  ovvero  scelto  il  sistema  di  controllo,  analogamente  a  quanto  detto  per  i  bilanci  di  materia,  un  bilancio  di  energia  si  esprime  come:  đ??źđ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021; + đ??şđ??¸đ?&#x2018; đ??¸đ?&#x2018;&#x2026;đ??´đ?&#x2018;?đ??źđ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018; đ??¸ â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021; â&#x2C6;&#x2019; đ??śđ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201A; = đ??´đ??śđ??śđ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x2C6;đ??żđ?&#x2018;&#x201A;   -­â&#x20AC;? I  termini  di  generazione  e  consumo  si  riferiscono  al  trasferimento  input/output  di  energia  attraverso  il  confine  del  sistema  e  sono  non  nulli  solo  nel  caso  in  cui  nel  processo  sia  presente  una  reazione  chimica.  Mentre  nel  caso  di  bilancio  di  materia  si  può  scrivere  un  bilancio  per  ciascun  componente,  il  bilancio  di  energia  è  unico  per  ogni  sistema.  1)  Bilancio  di  energia  in  sistema  chiuso  -­â&#x20AC;?  Nel  caso  di  sistema  chiuso,  il  bilancio  di  energia  si  esprime  in  forma  semplificata:  đ??źđ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021; = đ??´đ??śđ??śđ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x2C6;đ??żđ?&#x2018;&#x201A;  -­â&#x20AC;? I  contributi  energetici  sono  relativi  a  qualunque  forma  di  energia,  principalmente  energia  cinetica,  potenziale  ed  interna.  Per  la  maggior  parte  dei  processi  chimici  il  bilancio  di  energia  si  riduce  ad  un  bilancio  entalpico,  che  consente  di  quantificare  i  flussi  termici  in  ingresso  o  in  uscita  dal  sistema  relativamente  alle  singole  operazioni.   Â

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-­â&#x20AC;? Ricordando  che  il  sistema  è  chiuso  rispetto  ai  flussi  di  materia,  il  bilancio  si  può  anche  esprimere  in  questo  modo:  đ??¸!"#$%& â&#x2C6;&#x2019; đ??¸!"#$#%&' = Î&#x201D;đ??¸  -­â&#x20AC;? Esplicitando  i  tre  contributi  energetici,  energia  interna,  cinetica  e  potenziale,  si  può  scrivere:  đ??¸!"#$%& = đ?&#x2018;&#x2C6;! + đ??¸!,! + đ??¸!,!  đ??¸!"#$#%&' = đ?&#x2018;&#x2C6;! + đ??¸!,! + đ??¸!,!  Î&#x201D;đ??¸ = đ?&#x2018;&#x201E; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x160;  -­â&#x20AC;? Da  cui  segue  che:  đ?&#x2018;&#x2C6;! + đ??¸!,! + đ??¸!,! â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2C6;! + đ??¸!,! + đ??¸!,! = đ?&#x2018;&#x201E; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x160;   2)  Bilancio  di  energia  in  sistema  aperto  -­â&#x20AC;? In  un  sistema  aperto  a  regime,  in  cui  si  ha  accumulo  nullo,  il  bilancio  si  esprime  in  questa  forma:   đ??źđ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x2021; = 0  -­â&#x20AC;? Considerando  come  input  sia  i  flussi  termici  che  lâ&#x20AC;&#x2122;energia  delle  correnti  entranti,  e  come  output  i  flussi  termici  e  lâ&#x20AC;&#x2122;energia  delle  correnti  uscenti.

-­â&#x20AC;? Generalmente  negli  impianti  di  processo,  si  considera  lâ&#x20AC;&#x2122;energia  trasmessa  dovuta  al  solo  flusso  termico,  mentre  lâ&#x20AC;&#x2122;energia  interna  è  valutabile  solo  come  differenza  tra  due  stadi  di  riferimento.  Ă&#x2C6;  convenzione  assumere  che  per  variazioni  di  pressione  pressochĂŠ  modeste,  la  variazione  di  energia  interna  è  assimilabile  alla  variazione  di  entalpia,  che  è  calcolabile  facilmente. Î&#x201D;đ??ť â&#x2030;&#x2026; Î&#x201D;đ?&#x2018;&#x2C6; -­â&#x20AC;? Sotto  questa  ipotesi,  approssimativa,  si  può  estendere  il  primo  principio  della  termodinamica  alla  grandezza  fisica  entalpia  e  affermare  che  essa  in  un  impianto  di  processo  si  conserva.  Quindi  le  entalpie  entranti  devono  uguagliare  le  entalpie  uscenti:   đ??ť!" = đ??ť!"#  Scrittura  bilancio  di  energia  -­â&#x20AC;? Per  scrivere  un  bilancio  di  energia,  indipendentemente  dal  tipo  di  sistema  in  considerazione,  è  bene  seguire  i  seguenti  step:  1) Stabilire  il  volume  di  controllo.  2) Identificare  le  correnti  materiali  entranti  e  uscenti.  3) Stabilire  una  temperatura  di  riferimento.  4) Valutazione  delle  entalpie  delle  correnti  materiali.  5) Valutazione  dei  flussi  termici  non  legati  a  flussi  di  materia.  6) Scrittura  del  bilancio  complessivo:  đ??š!" đ??ť!" = đ??š!"# đ??ť!"#   Â

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7) Valutazione delle caratteristiche dei flussi di energia (quantità calore scambiato e portata fluido di servizio).

8) Ottimizzazione delle sorgenti termiche.

9) Trasferimento sullo schema di processo delle utilities e dei flussi associati.

Funzioni dei bilanci di energia su impianti di processo -­‐ I bilanci di energia sono un utile strumento di controllo, misura e monitoraggio in quanto permettono di:

Ø Verificare che il bilancio si chiuda → un minimo di sbilanciamento è inevitabile, ma deve poter essere riassorbito da variazioni di temperatura accettabili del prodotto o di temperatura/portata dei fluidi di servizio. Questo implica che il piping dell’impianto sia provvisto di misuratori di portata, composizione, temperatura e pressione.

Ø Verifica effetti sul prodotto → rispetto alle discrepanze, dovute all’impossibilità di chiudere perfettamente il bilancio, si devono valutare i possibili effetti sul prodotto. Da qui la necessità di redigere tabelle di valutazione dei rischi.

Ø Verificare il bilancio nelle condizioni estreme → è opportuno valutare se vi sono condizioni in cui il bilancio non regge, ossia condizioni in cui si eccedono i limiti minimi e massimi di portate o condizioni operative, e, in caso affermativo, predisporre sistemi di sicurezza idonei.

Ø Stima delle utilities → dal bilancio è possibile ricavare le correnti di servizio necessarie con le loro caratteristiche. Ø Gestione straordinaria → dall’analisi del bilancio è possibile formulare criteri di ottimizzazione dei flussi termici, che possono implicare innovazioni nel processo produttivo, e si possono introdurre eventuali processi di recupero.

Utilities -­‐ Il funzionamento di un impianto dell’industria di processo richiede la disponibilità di energia e di una serie di fluidi ausiliari per la realizzazione delle varie lavorazioni del processo, per il controllo del processo stesso e per la manutenzione. Accanto alle unità produttive vi sono quindi anche quelle destinate alla produzione, trattamento ed erogazione dei fluidi ausiliari, che vanno collettivamente sotto il nome di utilities.

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-­‐ Le utilities solitamente presenti in un impianto dell’industria di processo comprendono: Ø Vapor d’acqua (eventuale produzione di energia elettrica) Ø Acqua di raffreddamento Ø Fluidi termici Ø Aria compressa Ø Inerti Ciclo Vapor d’acqua -­‐ Negli impianti dell’industria di processo il vapor d’acqua viene impiegato principalmente come mezzo riscaldante e come fonte di energia in macchine come le turbine (che a loro volta possono azionare compressori), eiettori, ecc. Il suo impiego come fluido riscaldante è dovuto al basso costo, l’elevatissimo coefficiente di scambio termico per condensazione e l’alto valore del calore latente di condensazione: di fatto esso è il mezzo riscaldante maggiormente utilizzato per temperature fino a 200°C circa. Al di sopra di questa temperatura, l’elevata pressione di saturazione del vapor d’acqua ne rende eccessivamente oneroso l’uso e si ricorre ad altri fluidi riscaldanti.

-­‐ La figura mostra un tipico schema, del ciclo chiuso, di produzione di vapor d’acqua in un impianto di processo. L’acqua, preventivamente trattata e additivata, viene alimentata al generatore di vapore, dove vaporizza ricevendo calore dalla combustione di un combustibile. In generale, il costo di produzione del vapore decresce all’aumentare della pressione di esercizio del generatore e, per tale ragione, esso viene normalmente prodotto ad una pressione alta, maggiore di quella a cui verrà utilizzato

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come fluido riscaldante nell’impianto. Il vapore prodotto nel generatore viene quindi espanso alla pressione di utilizzazione in una turbina accoppiata ad un alternatore, andando così a produrre energia elettrica per l’impianto.

-­‐ Un aspetto importante nell’economia del ciclo del vapore è legato ai recuperi termici e delle condense. Le perdite di calore lungo il circuito vanno minimizzate, come pure va ridotto il tempo di permanenza delle condense calde nel serbatoio di accumulo: si effettuano poi recuperi di calore dalle condense del vapore ad alta e media pressione, facendole espandere e quindi utilizzando il vapore che si produce (che condensa a temperatura inferiore) come fluido riscaldante per altre utenze; infine si può preriscaldare l’acqua alimentata. Tanto maggiore è la quantità di condense recuperate, e quindi riciclate, e tanto minore è il quantitativo di acqua di reintegro (corrente di Make Up), che va sottoposta a trattamenti piuttosto onerosi.

-­‐ Tuttavia, a differenza di quanto accade nelle centrali di produzione di energia elettrica, in cui praticamente tutto il vapore prodotto viene recuperato nelle condense, negli impianti dell’industria di processo questa percentuale è intorno al 50%, a causa delle caratteristiche di alcune utilizzazioni, che comportano un consumo netto di vapore, e del problema dell’inquinamento delle condense.

Ciclo Acqua raffreddamento -­‐ L’acqua costituisce il mezzo refrigerante maggiormente impiegato: per essere utilizzata a questo scopo si richiede semplicemente che sia limpida e che non sia troppo dura, ossia che non dia luogo a depositi ed incrostazioni lungo il circuito.

-­‐ In alcuni casi l’impianto sorge in prossimità di zone, dove è presente e abbondante acqua di buone caratteristiche o superficiale (fiumi o laghi) o in faglie poco profonde e facilmente accessibili. In questo caso la refrigerazione dell’impianto opera in ciclo aperto (figura): l’acqua subisce un trattamento preliminare di chiarificazione e ossidazione e viene pompata nel sistema di refrigerazione da cui, dopo avere raffreddato le utenze, viene scaricata nell’ambiente esterno.

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-­‐ Molto più spesso la disponibilità di acqua è limitata, in altre parole le sue caratteristiche richiedono trattamenti preliminari di depurazione e dolcificazione più complessi e costosi. In questo caso la refrigerazione dell’impianto opera in ciclo chiuso (figura sottostante) rimettendo in ciclo l’acqua che proviene dalle apparecchiature di scambio termico dopo averla raffreddata, reintegrando i quantitativi andati persi. Tale acqua operante in ciclo chiuso è usualmente detta acqua industriale: le quantità in circolazione sono solitamente ingenti e il raffreddamento è ottenuto in modo economico nelle torri di raffreddamento, per contatto diretta con aria atmosferica, attraverso un’operazione di umidificazione.

-­‐ L’acqua industriale lavora in ciclo chiuso e quindi, dopo essersi riscaldata a una temperatura intorno ai 40°C nel passaggio attraverso i dispositivi di scambio termico in cui funge da refrigerante, sorge la necessità di raffreddarla nuovamente in un modo che, dati gli elevatissimi quantitativi coinvolti, deve essere semplice ed economico.

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Torre  di  raffreddamento  -­â&#x20AC;? Una  torre  di  raffreddamento  è  uno  scambiatore  di  calore  gas-­â&#x20AC;?liquido  nel  quale  la  fase  liquida  cede  energia  alla  fase  gassosa,  riducendo  cosĂŹ  la  propria  temperatura.  Nella  grande  maggioranza  dei  casi  la  fase  gassosa  è  costituita  da  aria  o  vapore  d'acqua  e  la  fase  liquida  da  acqua  di  vario  tipo.  -­â&#x20AC;? Questa  apparecchiatura  è  un  involucro,  essenzialmente  vuoto,  in  cui  lâ&#x20AC;&#x2122;acqua  scende  dallâ&#x20AC;&#x2122;alto  â&#x20AC;&#x153;a  pioggiaâ&#x20AC;?  e  incontra  un  flusso  di  aria  ascendente  movimentata  da  una  ventola  oppure  a  convezione  naturale,  ossia  un  tipo  di  trasporto  causato  da  un  gradiente  di  pressione  e  dalla  forza  di  gravitĂ ,  assente  nei  solidi  e  trascurabile  per  i  fluidi  molto  viscosi,  caratterizzato  da  moti  di  circolazione  interni  al  fluido. Â

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 -­â&#x20AC;? Sfruttando  il  raffreddamento  per  evaporazione  (Traspiration  Cooling),  lâ&#x20AC;&#x2122;apparecchiatura  è  in  grado  di  raffreddare  lâ&#x20AC;&#x2122;acqua  a  una  temperatura  minore  del  fluido  raffreddante  (contraddizione  II  principio  termodinamica).  Tale  processo  ha  come  limite  di  temperatura  inferiore  la  temperatura  di  saturazione  adiabatica  dellâ&#x20AC;&#x2122;aria,  cosĂŹ  definita:  Î&#x201D;đ??ť!"# đ?&#x2018;&#x2021;!" = đ?&#x2018;&#x2021; + đ?&#x2018;&#x152; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x152;!"   đ??ś!,!"# -­â&#x20AC;? Dove  i  vari  termini  indicano:   đ?&#x2018;&#x2021;!" = đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2019;  đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x2021; = đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2122;  đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;  đ?&#x2018;&#x152; = đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;ĄĂ  đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x17D;   Â

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Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Efficienza  variabile â&#x2020;&#x2019; Essendo a contatto con lâ&#x20AC;&#x2122;ambiente esterno, la torre di raffreddamento ha prestazioni che dipendono dalla temperatura e dallâ&#x20AC;&#x2122;umiditĂ dellâ&#x20AC;&#x2122;aria atmosferica, quindi la temperatura dellâ&#x20AC;&#x2122;acqua raffreddata può subire lievi variazioni a seconda dei giorni. đ??´đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D; â&#x2020;&#x2019; đ??ľđ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x17D; đ??´đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D; â&#x2020;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x17D;  đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x17D;

Sicurezza ambientale -­â&#x20AC;? Il  problema  della  sicurezza  ambientale  degli  impianti  è  di  fondamentale  importanza,  infatti,  in  qualsiasi  processo  è  sempre  presente  un  corrente  che  interagisce  con  lâ&#x20AC;&#x2122;ambiente  esterno  che  deve  essere  smaltita  correttamente.  Compito  della  sicurezza  ambientale  è  la  protezione  dai  rischi  per  la  salute  di  operatori  e  abitanti,  nei  dintorni  degli  impianti,  dovute  a  emissioni  ordinarie  e  straordinarie.  -­â&#x20AC;? Il  Waste  managment  si  occupa  della  raccolta  ,  trasporto  ,  trattamento  o  smaltimento,  gestione  e  monitoraggio  dei  rifiuti.  Il  termine  si  riferisce  di  solito  ai  materiali  prodotti  da  attivitĂ Â umane,  e  il  processo  è  generalmente  impegnato  a  ridurre  il  loro  effetto  sulla  salute  ,  l'  ambiente  o  l'estetica  .  La  gestione  dei  rifiuti  tratta  tutti  i  materiali  in  un'unica  categoria,  siano  essi  solidi  ,  i  liquidi  e  gassosi  o  radioattive  sostanze,  e  ha  cercato  di  ridurre  gli  impatti  nocivi  ambientali  di  ciascuno  attraverso  diversi  metodi.  -­â&#x20AC;? Dunque  questa  disciplina  si  occupa  di  problematiche  di  sicurezza  ambientale,  in  particolare  sâ&#x20AC;&#x2122;interessa  di:  1) Gestione  dei  rifiuti  e  reflui  provenienti  da  processo.  2) Gestione  delle  emissioni  liquide  e  gassose  provenienti  dalle  lavorazioni  e  dalle  correnti  di  servizio.      Â

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Definizioni rifiuto e sottoprodotto

-­‐ Ai sensi del decreto legislativo 205/2010 si possono definire: Ø RIFIUTO = Qualsiasi sostanza oppure oggetto di cui il detentore si disfi o abbia l’intenzione o l’obbligo di disfarsi. Quindi un rifiuto rimane tale, anche se è ceduto o venduto a terzi. Ø CESSAZIONE DELLA QUALIFICA DI RIFIUTO = Un rifiuto cessa di essere tale, quando è stato sottoposto a un’operazione di recupero, incluso il riciclaggio e la preparazione per il riutilizzo, e soddisfi i criteri specifici, da adottare nel rispetto delle normative. Ø SOTTOPRODOTTO = È un sottoprodotto e non un rifiuto ai sensi dell’articolo 183, comma 1, lettera a), qualsiasi sostanza od oggetto che soddisfa tutte le seguenti condizioni:

a) La sostanza o l’oggetto è originato da un processo di produzione, di cui costituisce parte integrante, e il cui scopo primario non è la produzione di tale sostanza od oggetto;

b) È certo che la sostanza o l’oggetto sarà utilizzato, nel corso dello stesso o di un successivo processo di produzione o di utilizzazione, da parte del produttore o di terzi;

c) La sostanza o l’oggetto può essere utilizzato direttamente senza alcun ulteriore trattamento diverso dalla normale pratica industriale;

d) L’ulteriore utilizzo è legale, ossia la sostanza o l’oggetto soddisfa, per l’utilizzo specifico, tutti i requisiti pertinenti riguardanti i prodotti e la protezione della salute e dell’ambiente e non porterà a impatti complessivi negativi sull’ambiente o la salute umana.

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Smaltimento  liquidi   -­â&#x20AC;? In  questo  campo  vigono  rigorose  normative,  atte  a  salvaguardare  lâ&#x20AC;&#x2122;ambiente  e  regolare  le  emissioni  nocive.  La  principale  norma  in  vigore  è  il  â&#x20AC;&#x153;Codice  Ambientaleâ&#x20AC;?  (DL  152/2006).   -­â&#x20AC;? Il  legislatore  prevede,  in  fase  di  realizzazione  di  un  impianto  ex  novo,  procedure  autorizzative  che  valutano  la  compatibilitĂ Â delle  predisposizioni  tecniche  con  gli  effetti  ambientali.  Inoltre  lâ&#x20AC;&#x2122;ASL  di  competenza  territoriale,  può  prevedere  una  serie  di  controlli  su  determinati  parametri  che  devono  rispettare  i  valori  limite  di  emissione  stabiliti  dal  legislatore,  che  si  trovano  opportunamente  suddivisi  in  tabelle.  Ă&#x2C6;  previsto  per  ogni  elemento  un  valore  limite  di  emissione  da  camini  e  correnti  gassose,  e  per  lâ&#x20AC;&#x2122;emissione  da  scarichi  in  corpi  idrici  superficiali  o  in  fogna.  La  piĂš  ricorrente  in  questâ&#x20AC;&#x2122;ambito  è  la  tabella  con  i  valori  limite  di  emissione  in  fognatura  collegata  a  depuratore.  Tale  tabella  prevede  51  parametri,  tra  cui  spiccano  il  BOD  e  il  COD,  ognuno  con  il  suo  rispettivo  valore  limite.   -­â&#x20AC;? Lo  strumento  fondamentale  per  gestire  correttamente  i  reflui  e  le  emissioni  è  il  bilancio  di  materia.  Infatti,  conoscendo  la  portata  in  ingresso,  la  concentrazione  in  ingresso  dellâ&#x20AC;&#x2122;inquinante  e  quella  in  uscita  (quella  massima  ammissibile)  è  possibile  dimensionare  la  portata  della  corrente  di  spurgo.  In  sostanza  si  ha:  đ??š  đ??ś!"#!"#$#%& = đ?&#x2018;&#x2020;  đ??ś!""#$$#%#&'   â&#x2020;&#x2019;   đ?&#x2018;&#x2020; = đ??š  (đ??ś!"#$%"&"'( đ??ś!""#$$#%#&' )  -­â&#x20AC;? Un  utile  espediente  per  diminuire  la  portata  della  corrente  di  Make  Up  e  rendere  piĂš  flessibile  il  controllo  tossicologico  delle  varie  correnti  è  quello  di  convogliare  le  varie  correnti  in  un  unico  scarico  in  modo  da  permettere  il  loro  mescolamento  ed  abbassare  il  valore  medio  limite  (Es:  se  una  corrente  rispetta  i  limiti  e  lâ&#x20AC;&#x2122;altra  lĂŹ  eccede  di  poco  la  corrente  miscelata  lĂŹ  rispetterĂ Â a  sua  volta).  A  paritĂ Â di  tossicitĂ Â tra  le  varie  correnti  in  gioco  è  sempre  piĂš  conveniente,  in  termini  economici,  trattare  la  corrente  con  portata  minore.  Allora  sulla  base  delle  considerazioni  fatte  un  impianto  di  processo  deve  anche  prevedere:  Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Vasche  di  miscelazione  Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Impianti  di  trattamento  -­â&#x20AC;? Inoltre  un  impianto  di  processo  deve  tenere  conto  anche  dello  smaltimento  di  eventuali  acque  meteoriche  che  entrano  in  contatto  con  gli  scarti  liquidi  del  processo.  Infatti,  si  potrebbe   verificare  che  le  correnti  provenienti  dallâ&#x20AC;&#x2122;impianto  risultino  a  norma  ma  messe  in  contatto  con  acqua  piovana  eccedano  i  limiti  consentiti.  -­â&#x20AC;? In  sostanza  quello  che  impatta  sullâ&#x20AC;&#x2122;ambiente  è  la  somma  di  tutti  i  fattori  dâ&#x20AC;&#x2122;inquinamento.  Per  questo,  prima  della  costruzione  di  qualsiasi  tipo  di  impianti,  è  obbligatorio  una  valutazione  di  impatto  ambientale.   Â

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Biochemical Oxygen Demand (BOD)

-­‐ La richiesta biochimica di ossigeno, nota anche come BOD, acronimo dell'inglese Biochemical Oxygen Demand, rappresenta una misura indiretta del contenuto di materia organica biodegradabile presente in un campione d'acqua. Può essere usato per stimare le qualità generali dell'acqua e il suo grado di inquinamento ed è un parametro usato nella gestione della qualità dell'acqua e nella depurazione. È spesso usato come parametro di misura per valutare l'efficienza per gli impianti di trattamento acque reflue. Per la sua misura sono disponibili in commercio numerosi kit d'analisi di semplice utilizzo.

Chemical Oxygen Demand -­‐ La domanda chimica di ossigeno rappresenta la quantità di ossigeno necessaria per la completa ossidazione dei composti organici ed inorganici presenti in un campione di acqua. Rappresenta quindi un indice che misura il grado di inquinamento dell'acqua da parte di sostanze ossidabili, principalmente organiche. La legge italiana consente lo scarico nei sistemi fognari di acqua il cui COD non sia superiore a 500 mg/L. Acque aventi valori superiori devono essere previamente trattate in modo da rimuoverne gli inquinanti. Per lo scarico in acque superficiali (fiumi, ecc.) il limite ammesso è pari a 160 mg/L (D.Lgs.152/06 -­‐ Allegato 5 alla parte terza, tabella 3).

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Smaltimento gas -­‐ Il codice ambientale prevede delle precise norme anche per lo smaltimento di gas, fumi e ceneri generalmente provenienti da una centrale termica in seguito a processi di combustione. Il codice stabilisce limiti differenti per i diversi combustibili in virtù della purezza del combustibile utilizzato e di considerazioni di politiche energetiche. Le tabelle, infatti, esprimono i loro valori in funzione di: 1) Tipo combustibile 2) Ossidi di zolfo 3) Ossidi di azoto 4) Polveri 5) Metalli pesanti

-­‐ Tali valori dipendono anche dalla potenzialità della centrale termica in esame. Infatti, alle centrali di grandi dimensioni sono permesse emissioni di un livello più basso rispetto a centrali di piccole dimensioni, quindi devono prevedere un sistema di filtrazione più raffinato. Generalmente i sistemi di trattamento dei gas possono essere filtri oppure sistemi di abbattimento di ossidi di zolfo.

Smaltimento soldi

-­‐ Per lo smaltimento dei solidi è previsto un altro tipo di trattamento perché sono soggetti a trasporto e smaltimento altrove. Prima di procedere allo smaltimento vero e proprio si deve sempre verificare se il solido può essere riutilizzato o riciclato. Andiamo a specificare:

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Ø Riutilizzo= forma più nobile di riciclo. Un esempio pratico è dato da un industria produttrice di passate di pomodoro che dopo aver venduto il suo output procede al recupero delle bottiglie in vetro, le sterilizza e poi le riutilizza per una nuova produzione. Ø Riciclo= il solido qui viene trattato per poi essere utilizzato come nuova materia prima. Considerando anche qui l’industria produttrice di passate di pomodoro si dice che essa ricicla i contenitori in vetro se fonde i contenitori in vetro per crearne dei nuovi.

-­‐ Nel caso in cui non fosse possibile nessuna delle due precedenti operazioni si deve procedere allo smaltimento. A seconda del materiale la destinazione può essere differente: A) Discarica → luogo in cui è possibile depositare i rifiuti in modo stabile.

Il rifiuto per essere stoccato in discarica deve essere “inerte”, ossia non deve possedere le seguenti caratteristiche:

@ Evaporazione (non deve surriscaldarsi e disperdersi nell’ambiente)

@ Lisciviazione (non deve perdere nulla a contatto con acqua)

@ Fermentazione (non deve essere presente materiale organico che produca fermentazione)

@ Trasporto atmosferico (non deve essere trasportabile da agenti atmosferici)

B) Compostaggio → si sfrutta che alcuni microrganismi naturali, posti a contatto con determinate sostanze, le sgretolano, dando luogo a carbonio e idrogeno, e le rendono un rifiuto stabile.

C) Decomposizione mirata → processo simile al compostaggio ma in cui si utilizzano particolari microrganismi, spesso ingegnerizzati, che rendono il rifiuto maggiormente stabile a spesa di un maggior costo.

D) Combustione → processo in cui il rifiuto solido viene bruciato. Nonostante questo comporti un ulteriore smaltimento, quello di fumi e ceneri, spesso risulta conveniente perché il materiale solido da smaltire può essere utilizzato come combustibile per altre operazioni, sottraendolo così all’ambiente.

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-­‐ Ognuna delle suddette destinazioni è regolata da un iter ben preciso che monitora il rifiuto dal momento in cui esce dall’impianto fino al suo completo smaltimento. Infatti, il Codice Europeo dei Rifiuti (CER) prevede venti macro categorie, cui si aggiungono specifiche sotto categorie, per la corretta identificazione del rifiuto, prevede la sua completa tracciabilità e regola lo smaltimento secondo i seguenti passi: 1) Battesimo del rifiuto → è specificato il tipo di rifiuto, sfruttando le venti categorie.

2) Lettura delle schede e forme di smaltimento 3) Organizzazione smaltimento 4) Registro → il produttore è tenuto ad annotare, su un apposito registro firmato dalla Camera del Commercio, tutte le uscite di rifiuti precisando: > Codice CER > Massa > Data di uscita > Trasportatore > Destinazione 5) Formulario → documento rilasciato al trasportatore nel quale sono specificati i dati presenti nel registro. Tale formulario deve essere restituito al produttore, e poi allegato al registro, con certificazione dell’avvenuto smaltimento nella forma appropriata. Tale documento sorge per avere una migliore tracciabilità del rifiuto e funge da supporto per eventuali controlli.

-­‐ A questo punto occorre verificare che il bilancio materiale dell’impianto, per quanto riguarda gli scarti, sia verificato rispetto alle quantità di scarti conferite allo smaltimento finale. Una volta definito tale bilancio, si può completare lo schema di processo quantificato introducendo anche le correnti di smaltimento, mentre nello schema strumentato (P&ID) compariranno anche i dispositivi necessari allo smaltimento e al trattamento dei rifiuti (vasche miscelazione, serbatoi, filtri, miscelatori) con la rispettiva strumentazione.

-­‐ In conclusione, nei costi di gestione dell’impianto si devono considerare anche i costi di smaltimento dei rifiuti. Tali costi non possono essere annullati perché qualsiasi processo porterà sempre al formarsi di rifiuti quindi si tende a minimizzarli introducendo un riciclo in loco in modo da avere una minore quantità di rifiuto da smaltire.

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Sicurezza  degli  impianti  di  processo   -­â&#x20AC;? La  sicurezza  negli  impianti  di  processo  è  minacciata  principalmente  da  due  tipologie  di  rischio,  quello  economico  e  quella  salute.   -­â&#x20AC;? In  prima  approssimazione  si  può  dare  una  stima  quantitativa  del  rischio  sfruttando  la  relazione:  đ?&#x2018;&#x2026; = đ?&#x2018;&#x192;! đ??¸   đ??ś đ??¸  Cioè  il  rischio  è  dato  dalla  correlazione  fra  la  probabilitĂ Â di  accadimento  di  un  incidente  e  la  grandezza  delle  conseguenze  che  lâ&#x20AC;&#x2122;incidente  può  arrecare.  -­â&#x20AC;? La  valutazione  preventiva  del  rischio  assume  particolare  importanza  in  fase  di  progettazione  poichĂŠ  permette,  tramite  opportuni  accorgimenti,  di  limitare  il  piĂš  possibile  le  conseguenze  di  qualsiasi  tipo  di  fatalitĂ .   Rischio  economico  -­â&#x20AC;? Il  rischio  può  essere  valutato  in  termini  esclusivamente  economici  sfruttando  la  relazione  precedente.  Infatti,  se  si  considera  la  rilevanza  dellâ&#x20AC;&#x2122;evento  come  il  costo  derivante  dallâ&#x20AC;&#x2122;evento  si  ottiene:  đ?&#x2018;&#x2026;$ = đ?&#x2018;&#x192;! đ??¸   đ??ś$ đ??¸   -­â&#x20AC;? Il  rischio  in  termini  economici  è  legato  essenzialmente  a  danni  patrimoniali  come:  Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Perdita  di  prodotto  Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Distruzione  apparecchiature  Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Pagamento  contravvenzioni  -­â&#x20AC;? In  prima  approssimazione  per  minimizzare  il  fattore  di  rischio  si  può:  vď ś Abbassare  la  probabilitĂ Â con  cui  si  verifica  lâ&#x20AC;&#x2122;evento  vď ś Inserire  piĂš  apparecchiature  in  parallelo  -­â&#x20AC;? Tuttavia  non  è  sempre  possibile  intervenire  sul  primo  fattore  citato  quindi  la  scelta  ricade  spesso  nellâ&#x20AC;&#x2122;inserire  apparecchiature  in  parallelo  in  modo  che  lâ&#x20AC;&#x2122;eventuale  disfunzione  di  una  di  esse  non  infici  sullâ&#x20AC;&#x2122;intera  quantitĂ Â di  prodotto  trattata,  ma  solo  su  una  parte.  Seguendo  questa  linea  di  pensiero  si  propone  ora  il  problema  di  stabilire  il  numero  opportuno  di  apparecchiature  da  inserire,  si  passa  dunque  a  un  problema  di  ottimizzazione.  Infatti,  inserendo  nuove  apparecchiature  aumentano  i  costi  dâ&#x20AC;&#x2122;impianto  ma  diminuisce  il  costo  del  rischio.  Ă&#x2C6;  possibile  determinare  lâ&#x20AC;&#x2122;ottimo  in  funzione  del  costo  dellâ&#x20AC;&#x2122;apparecchiatura  e  del  fattore  di  scala  â&#x20AC;&#x153;đ?&#x203A;źâ&#x20AC;?.      Â

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-­â&#x20AC;? Ricordando  lâ&#x20AC;&#x2122;espressione  del  costo  di  unâ&#x20AC;&#x2122;apparecchiatura  si  può  anche  generalizzarla  in  modo  da  esprimere  il  costo  di  â&#x20AC;&#x153;nâ&#x20AC;?  apparecchiature:  đ?&#x2018;&#x2030;! ! đ??ś! = đ??ś!  đ?&#x2018;&#x2030;!

Indicando  con  â&#x20AC;&#x153;kâ&#x20AC;?  la  quantitĂ Â in  volume  da  trattare,  â&#x20AC;&#x153;đ?&#x2018;&#x2030;! â&#x20AC;?  può  essere  espresso  anche  come:  đ?&#x2018;&#x2DC; ! đ?&#x2018;&#x2030;! = đ?&#x2018;&#x2DC; đ?&#x2018;&#x203A;   â&#x2020;&#x2019;   đ??ś! = đ??ś!  đ?&#x2018;&#x203A; In  prima  approssimazione  si  può  considerare  un  costo  totale  dato  dalla  somma  di  due  contributi:  đ?&#x2018;&#x2026; đ?&#x2018;&#x2DC; !  đ??ś!"# = + đ?&#x2018;&#x203A;  đ??ś!   đ?&#x2018;&#x203A; đ?&#x2018;&#x203A; Il  primo  addendo  esprime  come  il  rischio  diminuisca  allâ&#x20AC;&#x2122;aumentare  delle  apparecchiature,  mentre  il  secondo  esprime  come  varia  il  costo  di  impianto  per  ogni  apparecchiatura  introdotta,  per  questo  si  aggiunge  â&#x20AC;&#x153;nâ&#x20AC;?  come  moltiplicatore.  Ovviamente  per  essere  confrontabili  i  due  costi  devono  essere  espressi  nelle  stesse  unitĂ Â di  misura,  generalmente  si  usa  costo  annuo.  Annullando  la  derivata  prima  si  giunge  allâ&#x20AC;&#x2122;ottimo.  Generalmente  il  costo  totale  varia  molto  quando  sâ&#x20AC;&#x2122;introduce  una  seconda  apparecchiatura,  ma  in  seguito  rimane  pressochĂŠ  costante.  Infatti,  segue  un  andamento  del  tipo: Â

 Una  valutazione  di  questo  genere,  approssimata  e  rudimentale,  ha  senso  specialmente  quando  sâ&#x20AC;&#x2122;intende  coprire  il  rischio  economico  con  istituti  assicurativi.        Â

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Rischio  salute  -­â&#x20AC;? Partendo  dallâ&#x20AC;&#x2122;assioma  che  la  vita  umana  non  ha  prezzo  una  stima  come  la  precedente  perde  tutto  il  suo  significato  in  questo  contesto.  Dunque  si  fa  riferimento  ad  un  altro  indice,  il  FAR  (Fatal  Accident  Rate),  che  non  quantifica  il  costo  dellâ&#x20AC;&#x2122;evento,  ma  esprime  il  potenziale  numero  di  vittime  causate  dallâ&#x20AC;&#x2122;evento  nefasto.  Ă&#x2C6;  definito  come:  đ??šđ??´đ?&#x2018;&#x2026; = đ?&#x2018;&#x;  đ?&#x2018;&#x201C;  đ??ˇ đ?&#x2018;  đ?&#x2018;&#x; â&#x2020;&#x2019;  Ă&#x2C6;  un  fattore  di  normalizzazione  che  tiene  conto  del  tempo  cui  si  è  effettivamente  esposti  al  danno.  Infatti  è  dato  dal  rapporto  tra  il  numero  di  ore  di  osservazione  (10! )  e  il  numero  di  ore  annue  di  esposizione  allâ&#x20AC;&#x2122;evento.  đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2020;&#x2019;  Ă&#x2C6;  la  frequenza  annuale  dellâ&#x20AC;&#x2122;evento.  đ??ˇ â&#x2020;&#x2019;  Esprime  il  probabile  numero  di  morti  per  lâ&#x20AC;&#x2122;evento.  đ?&#x2018; â&#x2020;&#x2019;  Indica  il  numero  di  persone  esposte  allâ&#x20AC;&#x2122;evento.   -­â&#x20AC;? Il  rischio  non  può  mai  essere  nullo,  tuttavia  si  cerca  di  fare  prevenzione  in   modo  da  smorzare  e  attenuare  il  valore  di  ognuno  dei  quattro  fattori  che  compongono  il  rischio  salute  complessivo.  Considerazioni  sulla  sicurezza  -­â&#x20AC;? I  pilastri  su  cui  si  fonda  la  sicurezza  di  un  impianto  di  processo  sono  costituiti  da  semplici  accorgimenti  che  tuttavia  risultano  di  grande  efficacia  ed  efficienza.  Sono  essenzialmente  tre:  1)  Layout  idoneo  -­â&#x20AC;? Per  layout  di  uno  stabilimento  si  intende  la  disposizione  in  pianta  delle  varie  zone,  lavorazioni  e  apparecchiature  nellâ&#x20AC;&#x2122;ambito  dellâ&#x20AC;&#x2122;impianto.  Ciò  in  generale  dipende  da  varie  considerazioni,  per  cui  lâ&#x20AC;&#x2122;area  fisicamente  occupata  dallâ&#x20AC;&#x2122;impianto  è  suddivisa  in  piĂš  zone  che  hanno  scopi  ed  estensioni  diverse,  come  mostra  la  figura. Â

-­â&#x20AC;? Ă&#x2C6;  lapalissiano  che  il  layout  di  un  impianto  è  redatto  secondo  due  principi:  A) FunzionalitĂ Â B) Sicurezza   Â

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-­‐ Limitando l’analisi ai soli aspetti riguardanti la sicurezza per la popolazione, la caratteristica più importante della scelta del sito in cui realizzare l’impianto è la distanza tra il sito e aree residenziali. Maggiore è la distanza tra l’impianto e aree edificate e minori saranno gli impatti su queste ultime in caso d’incidente. I servizi centralizzati dell’impianto, come le caldaie per produzione di vapore, la centrale elettrica e le stazioni di pompaggio devono essere localizzati al di fuori del raggio di azione di eventi incidentali, quali incendi o allagamenti, e, inoltre, si deve evitare che questi servizi possano costituire fonti d’innesco in caso di perdite di prodotti infiammabili.

-­‐ Dal punto di vista del layout dell’impianto, gli aspetti riguardanti la sicurezza riguardano: { Tenere separati i diversi tipi di rischi; { Minimizzare le tubazioni vulnerabili; { Contenere gli effetti degli incidenti; { Limitare il numero delle persone a rischio; { Effettuare una manutenzione efficiente e sicura dell’impianto; { Progettare una sala controllo sicura; { Predisporre l’occorrente per la gestione dell’emergenza; { Garantire la sorveglianza dell’impianto.

2) Dispositivi di sicurezza -­‐ Molti dispositivi di sicurezza sono previsti per legge. Importante è che tali dispositivi siano sempre efficaci ed efficienti e ciò può essere assicurato esclusivamente da un’attenta e cadenzata manodopera. È responsabilità di chi esercisce l’impianto assicurarsi che tutti i dispositivi siano perfettamente funzionanti per questo negli impianti di medio-­‐grandi dimensioni è prevista la presenza di una sala di controllo dove un numero opportuno di dipendenti è preposto al monitoraggio di tali dispositivi.

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3) Informazione e indottrinamento -­‐ L’informazione e la formazione del personale è fondamentale in materia di prevenzione e protezione. Deve essere resa in forma agevolmente comprensibile ed è riferita: \ Ai rischi per la sicurezza e la salute connessi all’attività dell’impianto in generale; \ Alle misure e alle attività di protezione e prevenzione adottate; \ Ai rischi specifici, cui è esposto il lavoratore in relazione all’attività svolta e alle normative di sicurezza e alle disposizioni aziendali in materia; \ Ai pericoli connessi all’uso delle sostanze e dei preparati pericolosi;

Casistica principali incidenti -­‐ Da un’analisi storica degli incidenti avvenuti in un impianto di processo si evince che le principali cause di incidente sono essenzialmente tre: 1) Recipienti in pressione -­‐ Un recipiente in pressione è un recipiente progettato per contenere gas o liquidi ad una pressione differente da quella esterna. Solitamente il fluido contenuto dal recipiente è ad una pressione più alta di quella esterna.

Alcuni esempi di recipienti in pressione sono: polmoni smorzatori per compressori alternativi, colonne di distillazione in raffinerie e impianti petrolchimici.

-­‐ Un serbatoio di liquido in pressione può dare luogo a collasso per difetti di costruzione oppure perché sottoposto a elevata pressione. L’energia sprigionata in questo caso è molto sensibile al volume riversato.

-­‐ Un recipiente di gas in pressione invece sprigiona un’energia maggiore in base all’alta comprimibilità del gas.

-­‐ Il principale rischio in questo caso è costituito dal proiettarsi dei frammenti costituenti il serbatoio esploso, per questo spesso il parco serbatoi è recintato da una rete metallica.

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-­‐ I principali dispositivi di salvaguardia sono: A) Controllo pressione B) Allarmi C) Valvole di sicurezza → Una valvola di sicurezza è una valvola dotata di una molla (figura a) o di un contrappeso (figura b) tarata in modo da aprirsi ad un valore prestabilito di pressione interna. Il grado di apertura della valvola è proporzionale alla pressione e la valvola può sfiatare direttamente nell’atmosfera (figura), oppure nel caso in cui si abbia a che fare con un fluido nocivo in un condotto di raccolta degli sfiati. In quest’ultimo caso, occorre prestare attenzione alla possibilità che nel condotto sia presente una contropressione che può ostacolare la fuoriuscita dalla valvola. Risultano efficaci sopratutto per variazioni di pressioni non repentine.

D) Diaframma-­‐Dischi di rottura → Consistono in un dispositivo di sicurezza che ha lo scopo di evitare che i serbatoi esplodano oppure si danneggino a causa di un aumento della differenza di pressione tra l'interno e l'esterno del recipiente in un tempo relativamente breve dovuto principalmente a un’ebollizione massiccia di fluido oppure a una reazione di combustione. Rispetto le valvole riescono a smaltire una portata superiore, tuttavia sono dispositivi irreversibili quindi dopo il loro utilizzo deve essere prevista la rimozione e sostituzione con nuovo dispositivo. In questo caso la fuoriuscita di fluido è massiccia ed anche qui deve essere previsto un circuito di sicurezza.

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2) Combustione ed esplosione -­‐ La combustione è una reazione chimica che comporta l'ossidazione di un combustibile da parte di un comburente (che in genere è rappresentato dall'ossigeno presente nell'aria), con sviluppo di calore e radiazioni elettromagnetiche, tra cui spesso anche radiazioni luminose. In questo caso il danno si determina a causa di flussi termici elevati.

-­‐ La combustione per avere luogo richiede di combustibile, comburente e innesco.

-­‐ Il combustibile può essere di vario tipo, per esempio: idrocarburi, legname, carbone, solventi, oli alimentari, scarti di processo. Invece il comburente per eccellenza è l'ossigeno presente nell'aria. Entrambi devono essere in proporzioni adeguate perché la combustione abbia luogo.

-­‐ Un'esplosione, invece, è un improvviso e violento rilascio di energia meccanica, chimica o nucleare, con produzione di gas ad altissima temperatura e pressione. L'espansione istantanea di questi gas, ossia un brusco salto di pressione, crea un'onda d'urto nel mezzo in cui avviene, solitamente aria, che in assenza di ostacoli si espande in una sfera centrata nel punto dell'esplosione. Se incontra ostacoli, esercita su di essi una forza tanto maggiore quanto maggiore è la superficie investita e quanto più è vicina al centro dell'esplosione.

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-­‐ I principali dispositivi di salvaguardia sono: Ù Misuratori e avvisatori di fughe di gas Ù Vasche di raccolta combustibili Ù Arrestatori di fiamma → Sono dei dispositivi utilizzati per evitare il passaggio di una fiamma lungo un tubo o un condotto. Il principio di funzionamento è di creare un insieme di passaggi angusti, in cui possa fluire il gas o il valore, ma non la fiamma. Le tipologie principali di arrestatori di fiamma, mostrati in figura, prevedono l’utilizzo di lastre metalliche perforate, blocchi metallici perforati, nastri con maglie metalliche corrugate avvolti o camere provviste di riempimenti in materiale ceramico. Le proprietà di un buon arrestatore di fiamma prevedono una superficie di passaggio ampia, bassa resistenza flusso e bassa tendenza ad intasarsi e bloccarsi.

3) Pericoli dei serbatoi -­‐ Il cedimento catastrofico di un serbatoio si verifica molto raramente: una delle cause incidente può essere quella di una pressurizzazione del serbatoio per sovrariempimento, o riempimento troppo rapido, o una depressurizzazione, in caso di svuotamento troppo rapido.

-­‐ La causa più frequente di fuoriuscita di prodotto è la perdita da tubazioni o accessori, soprattutto attacchi flangiati e valvole. Altra causa può essere l’esplosione del serbatoio, dovuta a sovrapressione, innesco di una miscela infiammabile, sviluppo di gas per effetto di una reazione dovuta alla presenza di impurezze.

-­‐ Durante il funzionamento, la causa più frequente di fuoriuscite di prodotto è il sovrariempimento del serbatoio, dovuta ad errori operativi o guasti della strumentazione.

-­‐ Eventi accidentali, come la caduta di carichi, impatti con attrezzature pesanti (gru, veicoli), come pure frammenti scagliati da un’esplosione di recipienti vicini, possono pure causare danni ai serbatoi. Altri eventi pericolosi sono i terremoti, le inondazioni, le tempeste di vento.

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-­‐ Di particolare attenzione necessita anche la fase di svuotamento di un serbatoio perché facendo fuoriuscire il fluido al suo interno potrebbe subentrare aria, generando così una reazione di combustione. Per ovviare a questo inconveniente si è soliti riempire simultaneamente il serbatoio di gas inerte oppure installare serbatoi a tetto galleggiante (scelta più onerosa).

-­‐ I principali dispositivi di salvaguardia sono: A) Ventilazione forzata adeguata alle operazioni di manutenzione B) Valvole di non ritorno → La valvola di ritegno o di non ritorno è una valvola che permette una sola direzione del flusso. Questa valvola è formata da un disco o una sfera o altro elemento vincolato da una guida e che viene spinto da una molla contro la base della valvola, questa condizione si verifica quando non c'è una sufficiente pressione per aprire la valvola o vi è una pressione negativa e la valvola rimane chiusa, mentre con una pressione positiva sufficiente, la valvola si apre e il fluido è libero di passare ai lati del disco e oltrepassarlo.

-­‐ I dispositivi di sicurezza per il trasporto di polveri in sistemi pneumatici invece sono: C) Messa a terra delle condotte → Operando in questo modo si evita il formarsi di scintille, ossia potenziali inneschi, all’interno del condotto di trasporto pneumatico.

D) Impiego di aria umida E) Controllo granulometria del materiale F) Arrestatori di fiamma

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Problemi dei gas § Limiti d’infiammabilità → Indicano le concentrazioni limite, di solito volumetriche, entro cui può avvenire la combustione. Per il metano i limiti sono compresi tra il 5%-­‐15% in volume. § Saturazione in ambienti chiusi → la dispersione di gas in ambienti diventa estremamente pericolosa soprattutto in ambienti chiusi. Infatti, il gas può formare con l'aria miscele infiammabili ed esplosive. In questo caso è fondamentale garantire un’opportuna ventilazione all’ambiente chiuso, anche aprendo semplicemente finestre, e non accedere luci che potrebbero generare inneschi involontari. Inoltre per legge è previsto che siano installati rilevatori di gas che consentano di individuarne la presenza anche al di sotto del 5% nell’ambiente. Ultimo accorgimento, ma non meno importante, è quello di far circolare le linee di gas fuori da ambienti chiusi e lontano da eventuali combustori. § Svuotamento serbatoi → Di particolare attenzione necessita la fase di svuotamento di un serbatoio perché facendo fuoriuscire il fluido al suo interno potrebbe subentrare aria, generando così una reazione di combustione. Per ovviare a questo inconveniente si è soliti riempire simultaneamente il serbatoio di gas inerte, di una quantità almeno 5 volte maggiore del volume di gas da smaltire, oppure installare serbatoi a tetto galleggiante, scelta più onerosa.

Problemi dei liquidi § Punto d’infiammabilità → Indica la minima temperatura per cui si mantiene la combustione dei vapori emessi da un combustibile. Il legislatore prevede una ben definita classificazione dei combustibili in funzione delle diverse temperature di infiammabilità.

CLASSIFICAZIONE IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA DI INFIAMMABILITÀ D.M. 31/07/1934 Categoria A: liquidi aventi punto di infiammabilità inferiore a 21°C Possibili combustibili: Benzine, petroli greggi, etere Categoria B: liquidi aventi punto di infiammabilità compreso tra 21°C e 65°C Possibili combustibili: Alcool etilico,alcol metilico, cherosene, acqua ragia Categoria C C1: liquidi aventi punto di infiammabilità compreso tra 65°C e 125°C Possibili combustibili: Gasolio per riscaldamento, oli minerali combustibil

C2: liquidi aventi punto di infiammabilità superiore a 125°C Possibili combustibili: Oli lubrificanti

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§ď&#x201A;§ Temperatura  di  autoaccensione  â&#x2020;&#x2019;  Indica  la  temperatura  alla  quale  il  combustibile  si  accende  senza  lâ&#x20AC;&#x2122;ausilio  di  un  innesco.  In  questo  caso  lâ&#x20AC;&#x2122;eventuale  combustione  risulta  molto  piĂš  pericolosa  perchĂŠ  avviene  contemporaneamente  su  tutto  il  combustibile  presente.  Ă&#x2C6;  lapalissiano  che  la  temperatura  di  autoaccensione  è  maggiore  di  quella  di  infiammabilitĂ .  đ?&#x2018;&#x2021;!"#$%&&'()*$(' > đ?&#x2018;&#x2021;!"#$!  !"#$%  Problemi  dei  solidi  §ď&#x201A;§ Polveri  â&#x2020;&#x2019;  I  solidi  generalmente  non  rappresentano  generalmente  un  pericolo,  tuttavia  lo  diventano  quando  si  presentano  sotto  forma  di  micro  particelle.  In  prima  approssimazione  per  polveri  si  intende  qualsiasi  corpuscolo  avente  un  diametro  â&#x20AC;&#x153;đ?&#x2018;&#x2018; < 100  đ?&#x153;&#x2021;â&#x20AC;?.  Le  polveri  rappresentano  una  potenziale  fonte  di  pericolo  principalmente  perchĂŠ  dispongono  di  una  elevata  superfice  di  contatto  che  permette  un  maggiore  scambio  di  calore  con  lâ&#x20AC;&#x2122;esterno  che  porta  a  rapide  combustioni.  Paradossalmente  un  materiale  in  forma  solida  potrebbe  essere  innocuo  mentre  le  sue  polveri  potrebbero  essere  fonti  di  incendio.  Da  questo  segue  che  impianti  che  trattano  una  grande  quantitĂ Â di  polveri,  come  mulini  oppure  zuccherifici,  devono  tenere  sotto  controllo  i  loro  sistemi  di  trasporto.  Infatti,  nei  sistema  di  trasporto  pneumatico  lâ&#x20AC;&#x2122;innesco  potrebbe  scaturire  da  una  semplice  scintilla  formatasi  per  effetto  dellâ&#x20AC;&#x2122;energia  elettrostatica.  Anche  qui  si  possono  definire  parametri  di  sicurezza,  tuttavia  questo  procedimento  risulta  estremamente  difficile  poichĂŠ  le  polveri  sono  materiali  duttili  le  cui  proprietĂ Â dipendo  dalla  dimensione  e  dalla  concertazione  del  materiale.  Carico  dâ&#x20AC;&#x2122;incendio  -­â&#x20AC;? Eâ&#x20AC;&#x2122;  il  potenziale  termico  della  totalitĂ Â dei  materiali  combustibili  contenuti  in  uno  spazio,  ivi  compresi  i  rivestimenti  dei  muri,  delle  pareti,  dei  soffitti.  Convenzionalmente  è  espresso  in  Kg  di  legno  equivalente.  Si  tratta  dunque  di  un  parametro  medio  che  esprime  il  rischio  per  una  infrastruttura,  non  per  le  persone.  In  base  al  carico  di  incendio  stimato  e  alle  dimensioni  dellâ&#x20AC;&#x2122;infrastruttura  sono  normate  diverse  predisposizioni  da  seguire  in  modo  da  contenere  gli  effetti  di  un  incendio.  I  principali  accorgimenti  riguardano:  Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Installazione  dispositivi  di  spegnimento  (estintori,  sprinkler,  pompe)  Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Dimensionamento  vie  di  fuga  Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Rilevatori  di  calore  e  di  fumo  Ă&#x2DC;ď&#x192;&#x2DC; Porte  taglia  fuoco   Â

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Tecnica HAZOP -­‐ La tecnica HAZOP, o delle "Parole Guida", è attualmente la tecnica di identificazione del rischio maggiormente conosciuta ed utilizzata. Tale tecnica è una procedura altamente strutturata che identifica come un processo possa deviare dalle intenzioni progettuali, evidenzia le conseguenze che potrebbero derivare da tali deviazioni ed infine valuta la necessità di interventi correttivi. In uno studio HAZOP si procede sistematicamente attraverso l’impianto in analisi apparecchiatura per apparecchiatura eseguendo I seguenti passi: Descrizione dell’elemento analizzato (nodo).

Identificazione delle deviazioni dal normale funzionamento attraverso l’applicazione delle parole guida ai parametri di processo.

Determinazione delle potenziali conseguenze negative derivanti dalle deviazioni identificate.

Evidenziazione dei sistemi protettivi esistenti atti a prevenire le conseguenze ipotizzate.

Valutazione della necessità di ulteriori sistemi di prevenzione o protezione o della necessità di approfondimento dei problemi sollevati (raccomandazioni).

Formalizzazione su fogli di lavoro delle raccomandazioni e dei passi effettuati per arrivarci.

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