НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет летательных аппаратов
Кафедра инженерных проблем экологии
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан факультета
летательных аппаратов
_______________
“___”_____________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
«Каталитические методы защиты окружающей среды»
ООП по направлению подготовки дипломированного специалиста 656600 – Защита
окружающей среды и специальности 280202 – Инженерная защита окружающей среды
квалификация – инженер-эколог
Факультет летательных аппаратов
Курс 5, семестр 9
Лекции 34 час.
Практические работы 17 час.
Лабораторные работы 17 час.
Курсовой работа 9 семестр
Самостоятельная работа 68 час.
Экзамен 9 семестр, зачет 9 семестр
Всего 136 час.
Новосибирск
2006
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 656600 – Защита окружающей среды и специальности 280202 – Инженерная защита окружающей среды.
Регистрационный номер 165 тех\дс от 17 марта 2000 г.
Шифр дисциплины в ГОС – СД.06 – дисциплина специализаций.
Шифр дисциплины по учебному плану – 4008.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры инженерных проблем экологии
Протокол № 6-06 от « 13 » октября 2006 г.
Программу разработал
к. х.н., доцент
Заведующий кафедрой
д. т.н, доцент
Ответственный за основную
д. т.н., профессор
1. Требования к курсу
Основные требования к содержанию дисциплины определяются положениями Государственного образовательного стандарта (ГОС) по направлению подготовки дипломированного специалиста 656600 – Защита окружающей среды и специальности 280202 – Инженерная защита окружающей среды.
Выдержки из ГОС высшего профессионального образования, касающиеся рассматриваемой учебной дисциплины приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы дисциплины «Каталитические методы защиты окружающей среды»
Шифр дисциплины | Содержание учебной дисциплины | Часы |
СД.06 | 102- план 136 - факт |
2. Особенности (принципы) построения дисциплины
Особенности (принципы) построения дисциплины описываются в табл. 2.
Таблица 2
Особенности (принципы) построения дисциплины
Особенность (принцип) | Содержание |
Основание для введения курса | Рабочая программа составлена на основании требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 656600 – Защита окружающей среды и специальности 280202 – Инженерная защита окружающей среды. Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры инженерных проблем экологии, протокол №6-06 от 01.01.2001 г. |
Адресат курса | для студентов пятого курса дневной формы обучения, обучающихся по направлению подготовки дипломированного специалиста 656600 – Защита окружающей среды и специальности 280202 – Инженерная защита окружающей среды. |
Главная цель | Целью дисциплины является ознакомление студентов с современными достижениями науки в области разработки, приготовления и применения катализаторов и каталитических технологий. Основными задачами дисциплины являются изучение фундаментальных положений катализа, теории приготовления катализаторов, химической адсорбции и инженерных приложений. |
Ядро курса | Курс включает следующие основные разделы: 1. Фундаментальные понятия в катализе и адсорбции 2. Каталитические методы очистки газов 3. Каталитическая очистка жидкостей и твердых отходов |
Уровень требований по сравнению с ГОС | соответствует ГОС |
Объём курса в часах | 34/34 |
Основные понятия курса | Химическая кинетика, катализ, катализатор, активность, селективность, дезактивация, адсорбция |
Практическая часть курса | Определение каталитической активности, исследование процессов адсорбции различными методами |
Описание основных "точек" | Курс предусматривает проведение 5-ти контрольных работ, 2-х коллоквиумов, выполнение курсовой работы и сдачу итогового экзамена |
Ваш курс и современные информационные технологии | Для проведения расчетов результатов экспериментов предполагается использование современного вычислительного оборудования и программного обеспечения. |
Ваш курс и современное состояние науки и практики | Материалы курса периодически обновляются в соответствии с современными достижениями науки. |
3. Цели учебной дисциплины
Цели учебной дисциплины описываются в табл. 3.
Таблица 3
После изучения дисциплины студент будет
Номер цели | Содержание цели |
иметь представление | |
1 | о скорости химических реакций |
2 | о сущности явления катализа |
3 | о многообразии каталитических процессов |
4 | о процессах адсорбции и их закономерностях |
знать | |
5 | методы приготовления катализаторов |
6 | основные виды катализаторов и области их применения |
7 | причины дезактивации катализаторов |
8 | основные виды адсорбентов |
9 | источники загрязнения окружающей среды и каталитические методы их утилизации |
уметь | |
10 | определять каталитическую активность катализаторов |
11 | измерять величину адсорбции |
иметь опыт | |
12 | рассчитывать основные каталитические характеристики |
13 | вычислять удельную поверхность адсорбентов и катализаторов |
14 | определять эффективность использования адсорбентов для реальных объектов |
4. Содержание и структура учебной дисциплины
Описание лекционных занятий размещается в табл. 4 с указанием семестра, в котором организуется обучение по данной дисциплине.
Таблица 4
Темы лекционных занятий | Часы | Ссылки на цели |
Семестр №9 | ||
Основные понятия катализа. Исторические аспекты развития катализа. Определение катализа. Роль катализа в современной промышленности. | 2 | 2, 3, 6 |
Основные характеристики каталитического процесса. Активность и ее разновидности, селективность, степень конверсии, равновесная степень конверсии, выход целевого продукта. | 2 | 1, 2, 3, 6, 10, 12 |
Дезактивация катализаторов. Основные причины дезактивации и их классификация. | 2 | 2, 3, 7 |
Методы определения каталитической активности. Статические, проточные (идеальное вытеснение и идеальное смешение), импульсные. | 2 | 1, 10, 12 |
Приготовление катализаторов. Классификация катализаторов по методу приготовления и по химической природе. Блочные катализаторы и носители. Основные стадии приготовления. Осаждение. Гелеобразование и флоккуляция. Декантация, фильтрация и центрифугирование. Промывка. Сушка. Прокаливание. Формовка (Распылительная сушка, экструдирование, формование, капельная флоккуляция и др.) Нанесенные катализаторы. Выбор носителя. Осаждение. Пропитка. Сушка. Прокаливание. Приготовление цеолитных катализаторов. Методы диспергирования активного компонента. Смешанные катализаторы. | 4 | 3, 5, 6 |
Адсорбция. Общие понятия. Физическая адсорбция на непористых твердых телах. Физическая адсорбция на пористых и микропористых твердых телах. Хемосорбция. | 4 | 4, 8, 11, 13, 14 |
Введение в проблему загрязнения окружающей среды. Защита атмосферы. Глубокое окисление для очистки отходящих газов промышленных производств. | 2 | 3, 6, 8, 9, 14 |
Глубокое окисление. Очистка выхлопных газов карбюраторных и дизельных двигателей внутреннего сгорания. Селективное окисление СО в ВСГ для топливных элементов. | 2 | 3, 6, 10, 12, 14 |
Энергосберегающие и экологически чистое каталитическое сжигание топлив. | 2 | 3, 6 |
Защита озонового слоя. | 2 | 3, 6 |
Очистка от сероводорода и оксидов серы. | 2 | 3, 6, 7 |
Удаление оксидов азота. | 2 | 3, 6, 9 |
Очистка отходящих газов газовых турбин. | 2 | 3, 6, 9 |
Основные методы очистки сточных вод. Классификация методов. | 2 | 3, 4, 6, 9 |
Основные методы обезвреживания твердых отходов. Классификация методов. | 2 | 9 |
Описание практических занятий размещается в табл. 5 с указанием семестра, в котором организуется обучение по дисциплине.
Таблица 5
Темы практических занятий | Учебная деятельность | Часы | Ссылки на цели |
Семестр №9 | |||
Определение основных характеристик каталитических процессов | Расчет значение конверсии, селективности. Определение констант скоростей реакций. | 6 | 1, 2, 6, 10, 12 |
Основные расчеты теории приготовления катализаторов | Решение задач по приготовлению катализаторов | 5 | 3, 5 |
Адсорбционные процессы | Расчет величин адсорбции и определение удельной поверхности и распределения пор по размерам | 6 | 4, 8, 11, 13, 14 |
Описание лабораторных работ размещается в табл. 6 с указанием семестра, в котором организуется обучение по дисциплине.
Таблица 6
Темы практических занятий | Учебная деятельность | Часы | Ссылки на цели |
Семестр №9 | |||
Измерение активности и селективности катализатора в проточном реакторе идеального вытеснения | Измерение концентрации реагентов до и после реактора (установка проточного типа), расчет степени превращения и селективности | 5 | 3, 6, 10, 12 |
Изучение адсорбции в статической вакуумной установке | Измерение равновесного давления газа (статическая вакуумная установка), расчет величины адсорбции | 3 | 4, 8, 11, 13, 14 |
Изучение адсорбции паров воды при помощи пружинных кварцевых весов Мак-Бена | Измерение массы адсорбента при разных значениях начального давления паров воды (установка с весами Мак-Бена), расчет значений адсорбции, построение изотермы | 3 | 4, 8, 11 |
Определение удельной поверхности методом тепловой десорбции | Хроматографическое определение количества адсорбата (установка проточного типа), расчет удельной поверхности | 3 | 4, 8, 11, 13, 14 |
Адсорбция из растворов | Измерение равновесной концентрации вещества в растворе, расчет значений адсорбции, построение изотермы | 3 | 4, 8, 11, 14 |
5. Учебная деятельность
Студент выполняет пять лабораторных работ и защищает их по отдельности.
Лабораторная работа №1. Измерение активности и селективности катализатора в проточном реакторе идеального вытеснения.
Лабораторная работа №2. Изучение адсорбции в статической вакуумной установке.
Лабораторная работа №3. Изучение адсорбции паров воды при помощи пружинных кварцевых весов Мак-Бена.
Лабораторная работа №4. Определение удельной поверхности методом тепловой десорбции.
Лабораторная работа №5. Адсорбция из растворов.
Основные виды расчетов студент изучает на практических занятиях, решает пять контрольных работ.
6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине
Учебная деятельность | Сроки сдачи, защиты | Минимальный балл | Максимальный балл | Комментарий |
Лабораторная работа № 1 | 6 неделя | Не зачет | Зачет | Защита по результатам проведенной работы |
Лабораторная работа № 2 | 8 неделя | Не зачет | Зачет | |
Лабораторная работа № 3 | 10 неделя | Не зачет | Зачет | |
Лабораторная работа № 4 | 12 неделя | Не зачет | Зачет | |
Лабораторная работа № 5 | 14 неделя | Не зачет | Зачет | |
Контрольная работа №1 | 5 неделя | 0 | 20 | В письменной форме |
Контрольная работа №2 | 7 неделя | 0 | 30 | |
Контрольная работа №3 | 9 неделя | 0 | 30 | |
Контрольная работа №4 | 11 неделя | 0 | 30 | |
Контрольная работа №5 | 13 неделя | 0 | 20 | |
Коллоквиум №1 | 11 неделя | 0 | 50 | В устной форме |
Коллоквиум №2 | 15 неделя | 0 | 50 | |
Зачет | Зачетная неделя | 2 | 5 | Защита по результатам работы с представлением результатов в виде презентации |
Экзамен | Сессия | 2 | 5 | По билету с двумя вопросами и задачей |
7. Список литературы
Основной список
Боресков . Ч. 1,2. Новосибирск, 1971. Боресков катализ. М: Наука, 1986. Крылов катализ, Новосибирск: Академкнига, 2004 Карнаухов . Текстура дисперсных и пористых материалов. Новосибирск: Наука, 1999.Дополнительный список
, Лебедев кинетика и катализ. М: Химия, 1974. Практический курс гетерогенного катализа. М: Мир, 1984.8. Контролирующие материалы для аттестации студентов по дисциплине
Вопросы к экзамену
1. Основные понятия катализа. Исторические аспекты развития катализа.
2. Определение катализа. Роль катализа в современной промышленности.
3. Основные характеристики каталитического процесса (активность, селективность, степень конверсии, равновесная степень конверсии, выход целевого продукта).
4. Дезактивация катализаторов. Основные причины дезактивации и их классификация.
5. Методы определения каталитической активности. Статические, проточные (идеальное вытеснение и идеальное смешение), импульсные.
6. Приготовление катализаторов. Классификация катализаторов по методу приготовления и по химической природе.
7. Блочные катализаторы и носители. Основные стадии приготовления.
8. Блочные катализаторы и носители. Осаждение. Гелеобразование и флоккуляция. Декантация, фильтрация и центрифугирование.
9. Блочные катализаторы и носители. Промывка. Сушка. Прокаливание.
10. Формовка блочных катализаторов и носителей (Распылительная сушка, экструдирование, формование, капельная флоккуляция и др.)
11. Нанесенные катализаторы. Выбор носителя. Основные стадии приготовления.
12. Нанесенные катализаторы. Осаждение. Пропитка. Сушка. Прокаливание.
13. Методы диспергирования активного компонента.
14. Приготовление катализаторов методом механического смешения.
15. Адсорбция. Общие понятия. Физическая адсорбция на непористых твердых телах.
16. Адсорбция. Общие понятия. Физическая адсорбция на пористых и микропористых твердых телах.
17. Адсорбция. Общие понятия. Хемосорбция.
18. Введение в проблему загрязнения окружающей среды. Защита атмосферы.
19. Глубокое окисление для очистки отходящих газов промышленных производств.
20. Глубокое окисление. Очистка выхлопных газов карбюраторных двигателей внутреннего сгорания.
21. Глубокое окисление. Очистка выхлопных газов дизельных двигателей внутреннего сгорания.
22. Селективное окисление СО в ВСГ для топливных элементов.
23. Энергосберегающие и экологически чистое каталитическое сжигание топлив.
24. Каталитические методы утилизации галогенуглеводородов.
25. Защита озонового слоя.
26. Очистка от сероводорода и оксидов серы.
27. Удаление оксидов азота.
28. Основные методы очистки сточных вод. Классификация методов.
29. Основные методы обезвреживания твердых отходов. Классификация методов.
9. Система оценки знаний
I. Итоговая оценка (дифференцированный зачет) по дисциплине складывается по результатам работы в семестре (выполнение курсового проекта) и защиты курсового проекта.
1. Текущий контроль.
Максимальное количество баллов – 80.
1.1 Обзор литературы по теме проекта – 45 баллов
1.2 Термодинамический расчет реакции, лежащей в основе процесса – 35 баллов
2. студенты, набравшие 50 баллов по итогам текущего контроля, допускаются до защиты курсового проекта, который проводится в устной форме.
Максимальное количество баллов за защиту курсового проекта – 20
Максимальное количество баллов – 100
1. текущий контроль – 80
2. экзамен – 20
Оценка «отлично» выставляется студентам, набравшим 80 баллов и выше.
Оценка «хорошо» - 65-79 баллов.
Оценка «удовлетворительно» - 50-64 баллов.
II. Итоговая экзаменационная оценка по дисциплине складывается по результатам работы в семестре (выполнение 4-х лабораторных работ, 4-х контрольных работ, 2-х коллоквиумов) и сдачи экзамена.
Текущий контроль.Максимальное количество баллов – 60.
1.1 Лабораторные работы – 10 баллов
Лаб. раб. №1 и 2 Изучение адсорбционных процессов на мезо - и микропористых телах
Лаб. раб. №3 и 4 Исследование каталитических свойств веществ в экологически значимых реакциях
1.2 Контрольные работы – 30 баллов
1.3 Коллоквиумы– 20 баллов
2. студенты, набравшие 40 баллов по итогам текущего контроля, допускаются до экзамена, который проводится в письменной и устной форме.
Максимальное количество баллов за экзамен – 40
Максимальное количество баллов по дисциплине – 100
1. текущий контроль – 60
2. экзамен – 40
Оценка «отлично» выставляется студентам, набравшим 80 баллов и выше.
Оценка «хорошо» - 60-79 баллов.
Оценка «удовлетворительно» - 50-59 баллов.
