Post on 18-Feb-2019
Chimica Analitica dei Processi Industriali
Laurea Magistrale in Chimica Industriale
6 CFU
prof. Andrea Tapparo
Università degli Studi di Padova
Dipartimento di Scienze Chimiche
6° piano, tel. 049.8275178
andrea.tapparo@unipd.it
A.A. 2014/2015
Obiettivi del Corso
Il corso intende avvicinare gli studenti ai principi e alle applicazioni della Chimica
Analitica di Processo (PAC), illustrando le tecnologie analitiche impiegabili per
ottenere informazioni qualitative e quantitative proprie dei processi chimici industriali,
con finalità di controllo e/o di ottimizzazione delle prestazioni.
Il contenuto del corso copre i metodi di misura non invasivi, alcune strategie di
campionamento e le tecniche di trattamento “on-line” del campione.
Al fine di comprendere la tipologia e la qualità delle informazioni contenute in un
segnale strumentale, il corso prevede un’introduzione al Rumore Strumentale e alle
tecniche impiegate per il miglioramento del rapporto S/N.
Una particolare attenzione viene rivolta agli analizzatori automatici, o in continuo,
basati su misure spettroscopiche, cromatografiche, elettrochimiche o in spettrometria
di massa.
1 CFU verrà dedicato agli aspetti fondamentali dei Regolamenti REACH e CLP e alle
problematiche inerenti la loro attuale applicazione nel settore produttivo-industriale.
Per la frequenza al corso, basilari risulteranno le conoscenze di Chimica Analitica
Strumentale.
La Prova d’Esame è orale.
insegnamenti di Chimica Analitica
Chimica Analitica e Ambiente, prof. A. Tapparo LM in Chimica Industriale, II semestre Chimica Analitica dei Processi Industriali, prof. A. Tapparo LM in Chimica Industriale, II semestre Controllo e Qualità in Chimica Analitica, dott. D. Badocco LM in Chimica, II semestre (non attivato dall’A.A. 2013/14) Chimica Analitica degli Inquinanti, prof. A. Tapparo, dott.ssa S. Bogialli, dott.ssa G. Favaro LM in Chimica, I semestre Chimica degli Alimenti, dott.ssa G. Favaro e dott.ssa E. Schievano LT in Chimica, II semestre
Programma del Corso
1. Introduzione alla Chimica Analitica Processo. Metodi di misura non invasivi; misure off-line, at-
line, on-line e in-line. Tipi di segnale acquisibili, tempi di risposta strumentali, frequenze di
campionamento e tempi di analisi. Esempi ed applicazioni basati su tecniche spettroscopiche
(deNOx).
2. Qualità nelle misure analitiche. Il rumore strumentale, tipi di rumore e strategie di riduzione.
3. FT nella strumentazione analitica. FT-IR principi ed applicazioni all’analisi di processo. Confronti
con IR dispersivo. Applicazioni alle emissioni industriali.
4. Analizzatori automatici della qualità dell’aria. CO: IR non dispersivo, analizzatore fotoacustico e
FT-fotoacustico. NOx, SO2 e Ozono. Dettagli sulla gestione degli interferenti e sulle procedure di
calibrazione.
5. Misura di materiale particolato. Metodi discontinui e continui, vantaggi e limitazioni.
5. Tecniche cromatografiche on-line. Adsorbimento e desorbimento, tecniche di campionamento
attivo e passivo. Esempi di microGC ed analizzatore di S tot.
6. Tecniche MS on-line. Esempi dal settore farmaceutico, alimentare e nella deposizione di film
sottili.
7. I Regolamento Europei CE 1907/2006 REACH e CE 1272/2008 CLP e la loro applicazione.
Problematiche e opportunità per il chimico.
Testo di riferimento: R.Kellner et al. “Chimica Analitica” Edises, Capitolo 16.
E’ consigliata la frequenza alle lezioni, curando accuratamente gli appunti di lezione.
I file pdf delle lezioni sono reperibili presso la pagina web del docente:
http://www.chimica.unipd.it/andrea.tapparo/pubblica/tapparo.htm
Impianto di incenerimento-valorizzazione rifiuti di Schio
Chimica Analitica dei Processi Industriali o Analisi di Processo
tre linee dell’impianto linea 1 da 36 t/g (1978)
linea 2 da 60 t/g (1991)
linea 3 da 100 t/g (2003)
Trattamento fumi linea 3
Analizzatori FTIR
• Monitoraggio in continuo delle emissioni (SME) basato sulla tecnica FTIR
(Fourier Trasformed Infra-Red)
• Analiti misurati : HCl, HF, CO, CO2, NO, NO2, SO2, H2O, NH3
• La temperatura dei fumi viene mantenuta elevata (180 °C) in modo da
evitare condense, corrosioni, deterioramenti
Palmon-Dubai (Emirati Arabi Uniti) VISTA DELL'IMPIANTO A OSMOSI INVERSA con capacità effettiva di 4.800 L/h per la perfetta purificazione dell'acqua dopo l'impianto chimico fisico per il riciclo dell'acqua fino all'80 %. Salinità dopo il chimico fisico: 3.000 mg/L. Dopo l'osmosi inversa: 300 mg/L.
Fonte: Innova srl, http://www.innovaitaly.com/index.php
INGOLD specializes in top-quality solutions
for pH, DO, conductivity, turbidity and CO2 for
process analytics applications in chemical,
pharmaceutical and food & beverage
industries.
THORNTON is a leader for pure water
treatment measurement & control in
pharmaceutical, semiconductor and power
industries with parameters of
conductivity/resistivity, TOC, pH, DO,
dissolved ozone and flow.
Fonte: Mettler Toledo
http://it.mt.com/it/it/home/applications/Top_application_browse.html
Il MeatMaster della FOSS risolve il problema utilizzando i Raggi X. Lo strumento funziona come i
sistemi di controllo bagagli negli aeroporti. Tutta la carne è posta su un nastro trasportatore e passa
sotto il sistema di lettura. Il MeatMaster determina la percentuale di grasso dell’intero lotto. La
produzione è in grado quindi di utilizzare correttamente il prodotto ottimizzando il processo
produttivo, migliorando la standardizzazione e la qualità del prodotto finito.
“Il prodotto finito è più uniforme ed aumenta anche il rendimento nel processo produttivo. Possiamo
risparmiare il 3-4% di prodotto magro, controllando il tenore di grasso con una accuratezza dello
0,5-1%”.
Un ulteriore aspetto della standardizzazione riguarda il risparmio di tempo. Non sono più necessari
campionamenti ed attese dei risultati analitici, la produzione procede regolarmente sotto l’occhio
vigile del MeatMaster.
Industria della Carne: Migliorata la standardizzazione del
grasso mediante raggi X
Una nuova tecnologia analitica può aiutare i produttori di
carne ad avere opportunità di profitto sinora nascoste, per
esempio, risparmiare fino a 800.000 € l’anno se producono
60 ton. di salsicce al giorno.
Per l’industria delle carni la standardizzazione risulta una
sfida particolare. Per la sua stessa natura la carne poco si
presta ad una misura rappresentativa. I campioni sono
spesso poco omogenei e questo può portare a perdita di
profitto in quanto risulta difficile e dispendioso avere il dato
preciso sul rapporto magro/grasso del prodotto in
lavorazione.
http://www.foss.dk/c/p/news/infocusjournal/Oldissues/default.asp
Chimica Analitica dei Processi Industriali o Analisi di Processo
insieme delle procedure di analitiche (di misura) finalizzate al
• controllo di prodotto
• controllo di processo
Impianto di trattamento acque industriali
Chimica Analitica dei Processi Industriali o Analisi di Processo
Modalità di Controllo e di Misura:
• off-line: il campione viene trasferito al laboratorio
• at-line: lo strumento di misura si trova in impianto
• on-line: lo strumento è collegato all’impianto, tipicamente con
una linea di campionamento
• in-line: il sensore di misura si trova all’interno del flusso di
processo
Intellisonde™ - Sonda di monitoraggio acque, 12 parametri
Parametri Fisici: Flusso, Pressione, Temperatura.
Parametri Ottici: Torbidità, Colore.
Parametri Chimici: Cloro, Clorammine, Ossigeno disciolto,
Conduttività, pH, ORP (REDOX), ISE (p.es. fluoruro)
Porta di riserva. La sonda ha una porta di riserva per sviluppare
specifici parametri di rilevamento. L'azienda sta attualmente
studiando il rilevamento della sicurezza dell'acqua e di batteri
specifici.
Varie Interfacce di comunicazione supportate: USB wireless,
TCP/IP, tensione, GPS, ecc.
Registrazione dei dati:
Dodici parametri registrati ogni 5 minuti per 3 mesi
Valori misurati e registrati ad intervalli da 1/minuto a 1/ora
Fonte: AST Analytica srl
http://www.stateoftheart.it/Intellitect.htm
Chimica Analitica dei Processi Industriali o Analisi di Processo
Modalità di Controllo e di Misura:
• off-line: il campione viene trasferito al laboratorio
• at-line: lo strumento di misura si trova in impianto
• on-line: lo strumento è collegato all’impianto, tipicamente con
una linea di campionamento (sampling/transfer line)
• in-line: il sensore di misura si trova all’interno del flusso di
processo
Materiali in entrata Materiali in uscita
Energia Scarti/Rifiuti
Misure off-line: il campione viene trasferito al laboratorio
Vantaggi
Esattezza e precisione della misura
Applicazione di metodi ufficiali, accreditati
Strumentazione non dedicata
Svantaggi
Analisi solo per matrici campionabili – prodotti, materie prime
Tempi di analisi lunghi - costi
Risultati non automaticamente trasferibili alle condizioni di impianto
Utilizzo di strumentazione sofisticata
Personale qualificato
Materiali in entrata Materiali in uscita
Energia Scarti/Rifiuti
Misure at-line: lo strumento di misura si trova in impianto
Vantaggi
Procedure analoghe a quelle di laboratorio
Maggiore velocità di trasferimento del campione e dei risultati
Svantaggi
Tempi analoghi a quelli off-line
Personale qualificato
Problemi nel collocare/adattare le strumentazioni alle condizioni di impianto
Basso livello di automazione
Materiali in entrata Materiali in uscita
Energia Scarti/Rifiuti
strumento
Misure on-line: lo strumento è collegato all’impianto, tipicamente con una linea di
campionamento (sampling/transfer line)
Vantaggi
Strumentazione direttamente interfacciata con il flusso di processo
Strumentazione dedicata/specifica
Alto livello di automazione
Tempi ridotti, elevata frequenza di analisi, costi ridotti
Intervento diretto sui parametri d’impianto
Ridotto intervento del personale (anche non qualificato)
Svantaggi
Scarsa flessibilità, procedure-misure dedicate
Qualità delle misure (esattezza, precisione, LOD)
Materiali in entrata Materiali in uscita
Energia Scarti/Rifiuti
strumento
Misure in-line: il sensore di misura si trova all’interno del flusso di processo
Vantaggi
Strumentazione dedicata/specifica
Strumentazione robusta, normalmente di piccole dimensioni
Misure “in continuo”, tempi ridotti, elevata frequenza di analisi
Massimo livello di automazione e trasferibilità delle informazioni
Svantaggi
Scarsa flessibilità
Disponibilità limitata di sensori
Disponibilità molto limitata di sensori non invasivi
Qualità delle misure
Materiali in entrata Materiali in uscita
Energia Scarti/Rifiuti
strumento
Impianto di incenerimento rifiuti di Schio (Vicenza)
ASA-400 Specifications
Use / Application Measurement of minute quantities of ammonia gas NH3 (slip stream), nitric
oxide (NO), nitrogen dioxide (NO2) and sulfur dioxide (SO2).
Process DeNOx Catalytic and non catalytic removal of nitrogen oxides(SCR, SNCR).
Industry Power generating plants
Measurement
mode Continuous on-line
Measurement
range NH3 0-20ppm (± 1ppm) , SO2 0-2000ppm (± 3% of measurement) NO , NO2 0-
600ppm (± 1% of measurement)
Measurement
principle Diode array UV industrial spectrophotometer
Probe: Hastalloy - cross stack averaging (up to 8 meters long
Sample line 5 meters long (280 ° C) Hastalloy (other lengths - optional)
Output: RS-232 four 4-20mA galvanically isolated outputs.
Ambient
temperature: -20 to 55 ° C
http://www.a-a-inc.com/NewASA400.htm