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SOLUZIONI SECONDA PROVA MATURITA' 2013/ Istituto professionale indirizzo chimico biologico: svolgimento della traccia processi chimici industriali

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Ecco lo svolgimento della traccia per gli istituti professionale di indirizzo chimico biologico a cura di Ersilia Conte. Si tratta di un tema sui processi chimici industriali:

Le benzine rappresentano le frazioni del topping che hanno un punto di ebollizione compreso tra 333,15 e 415,15K. Frazionamento del petrolio: L’operazione di topping del petrolio avviene in un’unica colonna di rettifica di 25 / 35 piatti distanziati 0,7m l’uno dall’altro. Il petrolio grezzo viene preriscaldato a 423,15 – 473,15°K sfruttando il calore sensibile delle varie frazioni che lasciano la colonna di distillazione e inviato in un forno nel quale viene portato alla temperatura di 673,15°K che rappresenta la temperatura di entrata in colonna. La pressione è circa do 150000 Pa. Tale temperatura permette di evaporare circa il 55 – 65 % del grezzo a seconda della composizione del petrolio. La colonna di rettifica non prevede un ribollitore di coda e l’alimentazione viene fatta a circa un quarto della sua altezza. Nel fondo della colonna viene inviato vapor acqueo surriscaldato che ha lo scopo di trascinare le frazioni più bassobollenti presenti nel residuo. Per far funzionare una colonna di topping è necessaria una quantità di calore corrispondente a circa il 2,5% del potere calorifico del petrolio lavorato. (La separazione delle frazioni petrolifere si realizza tramite ripetute evaporazioni e condensazioni rese possibili dalla particolare struttura interna della colonna. In pratica le colonne contengono diversi piatti comunicanti fra loro e costruiti col metodo a fori e campanelle.). Come combustibile si può utilizzare sia i gas di testa della colonna o frazioni di olio combustibile, oppure si può fare ricorso a gas naturale (preferibile). Le frazioni denominate benzina e kerosene e gasolio, vengono estratte lateralmente dalla colonna, ma prima di essere inviate all’immagazzinamento vengono sottoposte a un ulteriore distillazione in corrente di vapore per eliminare i componenti bassobollenti. Tale operazione viene effettuata in colonnette di rettifica formate da 4/5 piatti chiamate stripper nelle quali i diversi tagli del petrolio subiscono il cosiddetto Stripping (togliere, spogliare) che serve per rimuovere i residui dei componenti bassobollenti che vengono rimandati in colonna. Il vapor d’acqua proveniente dai vari stripper viene condensato nel condensatore di testa della colonna di topping insieme alle benzine leggere e al vapor d’acqua che viene immesso in coda e che attraversa tutta la colonna. Il vapor d’acqua viene separato per decantazione dai prodotti petroliferi. Poiché tende a diventare acido per la presenza di solfuro di idrogeno nei vapori di testa, e questa acidità potrebbe provocare la corrosione delle apparecchiature, in testa colonna viene immessa ammoniaca o soda caustica. I pH sale fino a valori di 7/8, ciò consente di fabbricare le colonne di topping in acciaio al carbonio altrimenti si renderebbe necessario l’uso di materiali più pregiati.

Il residuo del topping viene distillato sotto vuoto in un impianto chiamato vacuum rappresentato da una altra colonna di frazionamento funzionante alla pressione di 5300/6600 Pa. In queste condizioni il residuo viene introdotto in colonna dopo essere stato preriscaldato dalle stesse frazioni uscenti dalla colonna e portato alla temperatura di 623,15 673,15°K in un forno. I prodotti del vacuum sono diversi a seconda del grezzo di partenza. In testa ala colonna viene sempre prelevato un prodotto simile al gasolio pesante del topping, dal fondo il bitume che viene utilizzato per asfaltare strade o per isolare coperture di edifici. Lateralmente dalla colonna vi può essere un solo taglio rappresentato da olio combustibile, o da 3/4 tagli di oli lubrificanti se il residuo proviene da un grezzo da cui possono essere ottenuti questi tipi di prodotti. Le basse pressioni in colonna sono mantenute con condensatori barometrici o con eiettori o con entrambi. Tra le frazioni del topping le più ricche di materie prime per le industrie petrolchimiche sono quelle a più basso punto di ebollizione, ma proprio queste sono le frazioni utilizzate anche come benzina per autotrazione. Sorge allora la necessità di trasformare gli idrocarburi contenuti nei tagli altobollenti in composti a più basso peso molecolare. L’operazione che serve allo scopo si chiama cracking (rottura).

 

(Ersilia Conte)



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