МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. И. И. ПОЛЗУНОВА»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по научно-инновационной работе
_______________________
«____»____________ 2015 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
основной образовательной программы подготовки аспиранта
по направлению 18.06.01 Химическая технология
Профиль: 05.17.01
Технология неорганических веществ
Квалификация: Исследователь. Преподаватель исследователь.
Барнаул 2015
ПРЕДИСЛОВИЕ
Рабочая программа дисциплины «Технология неорганических веществ» составлена на основании федеральных государственных образовательных стандартов к основной образовательной программе высшего образования подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре по направлению 18.06.01 Химическая технология. В соответствии с Программой кандидатского экзамена по специальности 05.17.01 Технология неорганических веществ, утвержденной приказом Министерства образования и науки РФ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании кафедры Химической технологии
протокол № ___ от _________2015 г.
Научный руководитель программы
аспирантской подготовки подпись
Программа СОГЛАСОВАНА с факультетами, выпускающими кафедрами профилей; СООТВЕТСТВУЕТ действующему рабочему учебному плану.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Рассматриваемая дисциплина является основной в подготовке аспирантов, обучающихся по профилю 05.17.01 Технология неорганических веществ.
Целями освоения дисциплины " Технология неорганических веществ" являются:
– формирование у аспирантов углубленных теоретических и практических знаний в области технологии неорганических веществ.
Задачи дисциплины:
- расширение и углубление знаний в области гомогенных и сложных гетерогенных химико-технологических процессов, в которых протекают химические и фазовые превращения веществ;
- изучение современных качественных и количественных методов оценки предельно возможного протекания различных химико-технологических процессов;
- изучение методов физико-химической оптимизации технологических параметров в промышленных процессах;
- закрепление аспирантами комплекса теоретических знаний и приобретение опыта самостоятельного решения реальной инженерной задачи или исследования актуальной научной проблемы.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Учебная дисциплина «Технология неорганических веществ» входит в состав ООП, как вариативная часть (блок 1).
Дисциплина «Технология неорганических веществ» необходима для подготовки и сдачи кандидатского экзамена.
3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Процесс изучения дисциплины технология неорганических веществ направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ООП по направлению подготовки 18.06.01 Химическая технология.
Общепрофессиональные компетенции:
- способностью и готовностью к организации и проведению фундаментальных и
прикладных научных исследований в области химических технологий (ОПК-1);
- владением культурой научного исследования в области химических технологий, в
том числе с использованием новейших информационно-коммуникационных технологий
(ОПК-2);
- способностью и готовностью к анализу, обобщению и публичному представлению
результатов выполненных научных исследований (ОПК-3);
- способностью и готовностью к разработке новых методов исследования и их
применение в самостоятельной научно-исследовательской деятельности в области химической технологии с учетом правил соблюдения авторских прав (ОПК-4);
- способностью и готовностью к использованию лабораторной и инструментальной базы для получения научных данных (ОПК-5);
Профессиональные компетенции:
- способностью и готовностью к разработке новых производственных процессов получения неорганических продуктов: соли, минеральные удобрения, высокочистые неорганические продукты, катализаторы, сорбенты, неорганические препараты (ПК-1);
- способностью и готовностью к разработке новых технологических процессов (химических, физических и механических) изменения состава, состояния, свойств, формы сырья, материала в производстве неорганических продуктов (ПК-2);
- готовностью к разработке способов и процессов защиты окружающей среды от выбросов производств неорганических продуктов, утилизация и обезвреживание неорганических производственных отходов (ПК-3);
- готовность к преподавательской деятельности в области профессиональных дисциплин по профилю «Технология неорганических веществ» (ПК-4).
Аспиранты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:
- знать:
- теоретические основы химико-технологических процессов
- новые производственные процессы получения неорганических продуктов;
- методы исследования в области химической технологии.
- уметь:
-проводить термодинамический и статический анализы химико-технологических процессов; пользоваться диаграммами растворимости для обоснования технологических параметров процессов переработки растворимого природного сырья; грамотно, с учетом термодинамических и кинетических закономерностей, а также экономических и экологических показателей проводить оптимизацию основных параметров технологического режима.
-владеть:
- методами химико-технологических расчетов процессов химических производств;
- методами и приборами для проведения исследований в области химической технологии;
- опытом планирования эксперимента.
4. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Объем дисциплины и виды учебной работы 324 часа (9 зачётных единиц)
Форма обучения – очно. Изучение специальной дисциплины по учебному плану предполагается на 3 году обучения аспирантуры, в 6 и 7 семестрах соответственно. В 6 семестре – зачет, 7 семестре – экзамен.
Таблица 4.1
Вид учебной работы | Объем часов / зачетных единиц |
Трудоемкость изучения дисциплины | 324/9 |
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) | 35/1 |
в том числе: | |
практические (семинарские) занятия | 35/1 |
Самостоятельная работа аспиранта (всего) | 289/8 |
4.2. Разделы дисциплины и виды занятий
Таблица 4.2
Название раздела | Виды учебных занятий (в часах) | |
практические (семинарские) занятия | самостоятельная работа | |
Раздел 1. Теоретические основы технологии неорганических веществ | ||
Тема1. Термодинамика | 2 | 17 |
Тема 2.Кинетика химических реакций | 2 | 17 |
Тема 3.Физико-химический анализ | 2 | 17 |
Раздел 2. Основные процессы в технологии неорганических веществ | ||
Тема 4. Термохимические процессы | 2 | 17 |
Тема 5. Каталитические процессы | 2 | 17 |
Тема 6. Методы разделения многокомпонентных систем | 2 | 17 |
Тема 7. Подготовка сырья | 2 | 17 |
Раздел 3.Технология важнейших неорганических веществ | ||
Тема 8. Промышленные газы | 2 | 17 |
Тема 9. Связанный азот | 2 | 17 |
Тема 10. Серная и другие минеральные кислоты | 2 | 17 |
Тема 11. Минеральные удобрения | 2 | 17 |
Тема 12. Сода и щелочные продукты | 2 | 17 |
Тема 13. Продукты высокотемпературного синтеза | 2 | 17 |
Тема 14. Соли и неорганические реактивы | 2 | 17 |
Тема 15. Особо чистые вещества | 2 | 17 |
Тема 16 .Изотопы | 2 | 17 |
Тема17.Защита окружающей среды при производстве неорганических веществ. | 3 | 17 |
Итого: | 35 | 289 |
4.3. Содержание разделов и тем.
Раздел 1. Теоретические основы технологии неорганических веществ
Тема1.Термодинамика.
Термодинамические свойства неорганических веществ - энергия Гиббса, энтропия и энтальпия образования. Тепловой эффект химической реакции. Химический потенциал и фазовые равновесия в однокомпонентных и многокомпонентных системах. Константа
Тема.2.Кинетика химических реакций.
Кинетика гомогенных и гетерогенных процессов, способы ускорения химических превращений. Кинетика реакций катализа.
Тема.3.Физико-химический анализ.
Фазовые диаграммы многокомпонентных систем. Использование фазовыхдиаграмм для выбора и расчета рациональных способов переработки неорганических продуктов.
Раздел 2. Основные процессы в технологии неорганических веществ
Тема 4. .Термохимические процессы.
Высокотемпературные гетерогенные процессы разложения и синтеза, окислительно-восстановительные процессы. Плазмохимические процессы.
Тема5.. Каталитические процессы.
Виды катализа, стадии протекания и пути интенсификации процессов катализа. Особенности процессов в неподвижном и взвешенном слоях катализатора.
Тема 6. Методы разделения многокомпонентных смесей.
Кристаллизация из растворов, расплавов и газовой фазы, фракционная конденсация, ректификация, абсорбция, адсорбция, ионный обмен, экстракция, электрохимические методы. Особенности процессов разделения и технические способы их реализации.
Тема7. Подготовка сырья.
Сырьевые ресурсы и основные направления их переработки. Способы подготовки сырья: дробление, флотация, обжиг, растворения, сепарация.
Раздел 3. Технология важнейших неорганических веществ.
Тема 8. Промышленные газы.
Свойства, применение и способы получения инертныхгазов, азота, кислорода, водорода, синтез-газа.
Тема 9. Связанный азот.
Технология аммиака и азотной кислоты. Их свойства и применение.
Тема 10. Серная и другие минеральные кислоты.
Свойства и применение серной, фосфорной, соляной и фтористоводородной кислот. Способы их производства из различного сырья.
Тема 11. Минеральные удобрения.
Азот-, фосфор - и калийсодержащие удобрения, комплексные удобрения, микроудобрения. Свойства и применение. Способы получения.
Тема 12 .Сода и щелочные продукты.
Сода, поташ, гидроксиды натрия и калия, Свойства и применение. Способы получения.
Тема 13. Продукты высокотемпературного синтеза.
Основные способы получения, свойства и применение карбида кальция, термического фосфора, термической фосфорной кислоты, продуктов плазмохимической технологии.
Тема 14. Соли и неорганические реактивы.
Классификация, свойства и применение. Основные способы получения солей и реактивов минеральных и органических кислот.
Тема15. Особо чистые вещества.
Классификация, природа примесей. Методы анализа и глубокой очисткивеществ. Требования к конструкционным материалам и чистоте технологической среды.
Тема 16. Изотопы.
Свойства и применение. Основные способы получения: ректификация, изотопный обмен. Получение изотопов водорода, углерода, азота, кислорода и других легких элементов.
Тема17. Защита окружающей среды при производстве неорганических веществ.
Источники загрязнения, их свойства и характеристики - газообразные, жидкие и твердые отходы, тепловое загрязнение.
Способы уменьшения, обезвреживания и очистки отходов от примесей соединений серы, азота, углерода, галогенов, кислот и растворителей. Утилизация отходов.
5. ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ
5.1. Паспорт фонда оценочных средств по дисциплине "Технология неорганических веществ".
Таблица 5.1
Контролируемые разделы дисциплины | Код контролируемой компетенции | Этап (начальный, основной, завершающий) | Способ оценивания | Оценочное средство |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Раздел1. Раздел 2. Раздел3. | ОПК -1-2 | начальный | зачёт | Контрольные вопросы для зачёта |
ОПК-1-2; ОПК-3;ОПК-4-5; ПК-1-4 | основной | Экзамен | Вопросы для экзаменационных билетов | |
ПК-1-4 | основной | экзамен | Вопросы для экзаменационных билетов |
5.2. Оценочные средства для текущего контроля и промежуточной аттестации
Цель контроля – получение информации и соответствие ее результатам обучения.
5.2.1. Текущий контроль
Текущий контроль успеваемости, т. е. проверка усвоения учебного материала по дисциплине «Технология неорганических веществ» учащихся организован как устный опрос.
Текущая самостоятельная работа аспиранта направлена на углубление и закрепление знаний, и развитие практических умений.
5.2.2. Список вопросов для проведения текущего контроля и устного опроса обучающихся:
1. Методы расчета теплоты химических реакций и теплоты фазовых превращений, протекающих в различных системах.
2. Расчет равновесного состава газовой смеси при заданных условиях с использованием начального состава газа.
3. Расчет равновесного состава газовой смеси при заданных условиях с использованием начального состава газа.
4. Расчет химического равновесия в неидеальной газовой системе с использованием коэффициентов летучести (на примере расчетов равновесий в процессах синтеза аммиака и метанола).
6. Расчет сложных химических равновесий в условиях одновременного протекания нескольких химических реакций.
7. Методы разделения жидких и газовых смесей.
8. Расчеты процессов концентрирования H2SO4, HNO3 в присутствии водоотнимающего реагента.
9. Графическое моделирование процессов растворения, испарения, кристаллизации и их расчет на диаграммах растворимости двойных систем.
10. Графическое моделирование процессов растворения, испарения и кристаллизации на изотермических сечениях диаграмм трехкомпонентных систем.
5.3 Промежуточная аттестация
Промежуточная аттестация осуществляется в конце семестра. Форма аттестации – зачет в 6 семестре и экзамен в 7 семестре.
На экзамене аспирант должен продемонстрировать высокий научный уровень и научные знания по дисциплине технология неорганических веществ.
При оценивании сформированности компетенций по дисциплине технология неорганических веществ используется двухуровневая и 5-балльная шкала.
Таблица 5.3.1. Форма промежуточной аттестации: зачет
Критерий | Оценка по традиционной шкале |
Аспирант проявил знание программного материала, демонстрирует сформированные (иногда не полностью) умения и навыки, указанные в программе компетенции, умеет (в основном) систематизировать материал и делать выводы | Зачтено |
Аспирант не усвоил основное содержание материала, не умеет систематизировать информацию, делать выводы, четко и грамотно отвечать на заданные вопросы, демонстрирует низкий уровень овладения необходимыми компетенциями | Не зачтено |
Таблица 5.3.2. Форма промежуточной аттестации: экзамен
Критерий | Оценка по 5-балльной шкале |
Аспирант твёрдо знает программный материал, системно и грамотно излагает его, демонстрирует необходимый уровень компетенций, чёткие, сжатые ответы на дополнительные вопросы, свободно владеет понятийным аппаратом. | 5 (отлично) |
Аспирант проявил полное знание программного материала, демонстрирует сформированные на достаточном уровне умения и навыки, указанные в программе компетенции, допускает непринципиальные неточности при изложении ответа на вопросы. | 4 (хорошо) |
Аспирант обнаруживает знания только основного материала, но не усвоил детали, допускает ошибки, демонстрирует не до конца сформированные компетенции, умения систематизировать материал и делать выводы. | 3 (удовлетворительно) |
Аспирант не усвоил основное содержание материала, не умеет систематизировать информацию, делать необходимые выводы, чётко и грамотно отвечать на заданные вопросы, демонстрирует низкий уровень овладения необходимыми компетенциями. | 2 (неудовлетворительно) |
5.4. Список вопросов для проведения промежуточной аттестации
5.4.1 Вопросы для зачета:
1.Методы расчета теплоты химических реакций и теплоты фазовых превращений, протекающих в различных системах.
2.Принципы создания малоэнергоемких технологий.
3. Приближенные и точные методы расчета энергии Гиббса как критерия самопроизвольного протекания изобарно-изотермического процесса в системах: газ, жидкость, твердое – газ (жидкость) и мера осуществимости химического превращения.
4. Способы расчета константы равновесия по термодинамическим данным.
5. Расчет равновесного состава газовой смеси при заданных условиях с использованием начального состава газа.
6. Определение равновесной степени превращения и равновесного выхода продукта для идеальных газовых систем.
7. Расчет химического равновесия в неидеальной газовой системе с использованием коэффициентов летучести.
8. Принципы расчета сложного химического равновесия в условиях одновременного протекания нескольких химических реакций.
9. Кинетика гомогенных и гетерогенных процессов.
10. Способы ускорения химических превращений.
11. Кинетика реакций катализа.
12. Диаграммы растворимости двухкомпонентных систем, содержащих соли, кристаллизующиеся в безводной форме и в форме конгруэнтно и инконгруэнтно плавящихся кристаллогидратов.
13. Графическое моделирование процессов растворения, испарения, кристаллизации и их расчет на диаграммах растворимости.
14. Политерма растворимости в трехкомпонентной системе твёрдое – жидкость.
15. Графическое моделирование процессов растворения, испарения и кристаллизации на изотермических сечениях диаграмм трехкомпонентных систем.
16. Физико-химический анализ технологий, основанных на гетерогенных процессах в трехкомпонентных системах.
17.Методы разделения жидких или газовых смесей и их практическое применение в технологии.
18 Физико-химические основы разделения воздуха, концентрирования H2SO4, концентрирования HNO3 в присутствии водоотнимающего реагента.
19.Механизм процессов, протекающих в системах жидкость – газ.
20. Понятие движущей силы процессов абсорбции и десорбции.
21. Применение законов Генри и Рауля для описания равновесия в идеальных системах жидкость – газ.
5.4.2 Вопросы для экзамена:
1.Термодинамические свойства неорганических веществ - энергия Гиббса, энтропия и энтальпия образования.
2.Тепловой эффект химической реакции.
3. Химический потенциал и фазовые равновесия в однокомпонентных и многокомпонентных системах
4. Константа равновесия гомогенных и гетерогенных реакций.
5. Кинетика гомогенных и гетерогенных процессов, способы ускорения химических превращений. 6. Кинетика реакций катализа.
7.Фазовые диаграммы многокомпонентных систем.
8.Использование фазовых диаграмм для выбора и расчета рациональных способов переработки неорганических продуктов.
9.Высокотемпературные гетерогенные процессы разложения и синтеза, окислительно-восстановительные процессы.
10. Плазмохимические процессы.
11. Виды катализа, стадии протекания и пути интенсификации процессов катализа.
12. Особенности процессов в неподвижном и взвешенном слоях катализатора.
13. Кристаллизация из растворов, расплавов и газовой фазы, фракционная конденсация, ректификация, абсорбция, адсорбция, ионный обмен, экстракция, электрохимические методы. Особенности процессов разделения и технические способы их реализации.
14. Сырьевые ресурсы и основные направления их переработки. Способы подготовки сырья: дробление, флотация, обжиг, растворения, сепарация..
15. Свойства, применение и способы получения инертных газов, азота, кислорода, водорода, синтез-газа. .
16. Технология аммиака и азотной кислоты. Их свойства и применение.
17.Свойства и применение серной, фосфорной, соляной и фтористоводородной кислот. Способы их производства из различного сырья.
18. Азот-, фосфор - и калийсодержащие удобрения, комплексные удобрения, микроудобрения. Свойства и применение. Способы получения.
19. Сода, поташ, гидроксиды натрия и калия, Свойства и применение. Способы получения.
20. Основные способы получения, свойства и применение карбида кальция, термического фосфора, термической фосфорной кислоты, продуктов плазмохимической технологии.
21. Классификация, свойства и применение. Основные способы получения солей и реактивов минеральных и органических кислот.
22. Классификация, природа примесей. Методы анализа и глубокой очистки веществ. Требования к конструкционным материалам и чистоте технологической среды.
23. Свойства и применение изотопов. Основные способы получения: ректификация, изотопный обмен. Получение изотопов водорода, углерода, азота, кислорода и других легких элементов.
24. Источники загрязнения окружающей среды, их свойства и характеристики - газообразные, жидкие и твердые отходы, тепловое загрязнение.
25.Способы уменьшения, обезвреживания и очистки отходов от примесей соединений серы, азота, углерода, галогенов, кислот и растворителей. Утилизация отходов.
26.Классификация и выбор гетерогенных катализаторов.
27. Методы получения и производство катализаторов.
28. Носители для катализаторов.
29. Текстурные и структурные промоторы.
30.Определение физико-химических катализаторов.
6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Компьютерный класс –10 компьютеров, имеется выход в интернет
2. Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием.
3. Приборы физико-химических методов исследования: УФ и ИК-спектометры, дериватографы, хроматографы.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ЛИТЕРАТУРА
7.1. Основная литература
1. Основы проектирования химических производств: учеб. для вузов по направлениям "Хим. технология неорган. веществ и материалов" / [и др.] ; под ред. .-М.: Академкнига, 2006. -333 с.. – 6 экз.
2. Расчеты химико-технологических процессов: [учеб. пособие для высш. и сред. спец. образования, хим.-технол. специальностей вузов / [и др.] ; под ред. .-Киев: Интеграл, 2007. -243 с. – 30экз
3.Общаяхимическаятехнология. Методология проектирования химико-технологических процессов: [учебник для вузов по химико-технологическим направлениям подготовки и специальностям] / [и др.]; под ред. . – Изд. 2-е, перераб. – Санкт-Петербург [и др.]: Лань, 2013. – 447 с. – Режим доступа: http://e. /books
4.Общаяхимическаятехнология. Основные концепции проектирования химико-технологических систем: [учебник для вузов по химико-технологическим направлениям подготовки и специальностям] / И. М. Кузнецова [и др.]; под ред. . – Изд. 2-е, перераб. – Санкт-Петербург [и др.]: Лань, 2014. – 380 с.– Режим доступа: http://e. /books
5. Гончаров оптимизации. – М.: Высш. образование, 2009. -190с. – 2 экз.
7.2. Дополнительная литература
1. Новый справочник химика-технолога. Процессы и аппараты химических технологий / Под ред. - СПб.: Профессионал, 2007. – 841 с.
2.Рамбиди - молекулы и наноструктуры: уч. пособие. Долгопрудный: Интеллект, 2011.- 375 с.
3. , Зинюк -химические основы неорганической технологии. Л.: Химия, 1985.
4. Карапетьянц в теорию химических процессов. М.: Высш. шк., 1981. Основы жидкостной экстракции / Под ред. , М.: Химия, 1981.
5.. Кельцев адсорбционной техники. М.: Химия, 1984. Электротермические процессы химической технологии / Под ред. . Л.: Химия, 1984
6. , Сафронов химическая технология и основы промышленной экологии. М.: Химия, 1999.
7. Методы получения особо чистых неорганических веществ / , , и др. Л.: Химия, 1969.
8. , , Катальников стабильных изотопов физико-химическими методами. М.: Энергоатомиздат, 1982.
9., , Орлов аммиака. М.: Химия, 1985.
10., Отвагина серной кислоты. М.: Химия, 1985.
11. Позин минеральных удобрений. Л.: Химия, 1989.
12. Третьяков реакции. М.: Химия, 1978.
13. , , Краснокутский плазмохимических процессов. Киев: Выща школа, 1991
14. Розовский химические реакции. М.: Наука, 1980.
15. Широков основы технологии неорганических веществ. Иваново: ИГХТУ, 2000.
