ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано _____________________________ Руководитель ООП по направлению 240100 профессор | Утверждаю ___________________________ Зав. кафедрой общей и физической химии профессор |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Кинетика гетерогенных процессов»
Направление подготовки 240100 «Химическая технология»
Профиль подготовки: «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: доцент
Санкт-Петербург
2012
1. Цели и задачи дисциплины: целью изучения дисциплины «Кинетика гетерогенных процессов» является приобретение студентами направления подготовки 240100 «Химическая технология» знаний в области описания химических явлений с помощью законов физики, кинетических расчетов и прогнозирования протекания химических процессов.
Задачами дисциплины являются освоение студентами теоретических представлений и приобретение практического опыта инженерных расчетов, необходимых для расчета кинетических параметров процессов и производительности оборудования, определения оптимальных условий для проведения химических реакций.
2. Место дисциплины в структуре ООП: дисциплина «Кинетика гетерогенных процессов» относится к циклу математических и естественнонаучных дисциплин и входит в его базовую часть. Для изучения дисциплины студент должен обладать знаниями по дисциплине «Общая и неорганическая химия», устанавливаемыми ФГОС ВПО для направления 240100 «Химическая технология», для квалификации выпускника бакалавр.
Дисциплина является предшествующей для изучения последующих дисциплин
цикла Б.2 (математические и естественнонаучные дисциплины) – Коррозия металлов в химической технологии (7-й семестр);
профессионального цикла - Общая химическая технология (6-й семестр), Процессы и аппараты химической технологии (6, 7, 8-й семестры), Химические реакторы (7-й семестр), Моделирование химико-технологических процессов (8-й семестр), Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов (6, 7, 8-й семестры), Технический и групповой анализ топлив (6-й семестр), Высокотемпературные процессы химической технологии (7, 8-й семестры).
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
общекультурных компетенций:
умение логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь, способность в письменной и устной речи правильно (логически) оформить результаты мышления (ОК-2);
способность и готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);
саморазвитие, повышение своей квалификации и мастерства, способность приобретать новые знания в области естественных наук (ОК-7);
профессиональных компетенций
использовать знания о строении вещества, природе химической связи в различных классах химических соединений для понимания свойств материалов и механизма химических процессов, протекающих в окружающем мире (ПК-3);
владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации; навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ПК-5);
способность и готовность осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции (ПК-7);
умение планировать и проводить физические и химические эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, математически моделировать физические и химические процессы и явления, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения (ПК-21);
способность использовать знание свойств химических элементов, соединений и материалов на их основе для решения задач профессиональной деятельности (ПК-23).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: начала термодинамики и основные уравнения химический термодинамики; методы термодинамического описания химических и фазовых равновесий в многокомпонентных системах; термодинамику растворов электролитов и электрохимических систем; уравнения формальной кинетики и кинетики сложных, цепных, гетерогенных и фотохимических реакций; основные теории гомогенного, гетерогенного и ферментативного катализа
Уметь: определять термодинамические характеристики химических реакций и равновесные концентрации веществ; использовать термодинамические справочные данные; прогнозировать влияние различных факторов на равновесие в химических реакциях; определять направленность процесса в заданных начальных условиях; устанавливать границы областей устойчивости фаз в однокомпонентных и бинарных системах; определять составы сосуществующих фаз в бинарных гетерогенных системах; составлять кинетические уравнения в дифференциальной и интегральной формах для кинетически простых реакций и прогнозировать влияние температуры на скорость процесса.
Владеть: методами построения математической модели типовых профессиональных задач и содержательной интерпретации полученных результатов; навыками вычисления тепловых эффектов химических реакций при заданной температуре в условиях постоянства давления или объема; констант равновесия химических реакций при заданной температуре; давления насыщенного пара над индивидуальным веществом, состава сосуществующих фаз в двухкомпонентных системах; методами определения констант скорости реакций различных порядков по результатам кинетического эксперимента.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единиц.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
5 | |||||
Аудиторные занятия (всего) | 34 | 34 | |||
В том числе: | - | - | - | ||
Лекции | 17 | 17 | |||
Практические занятия (ПЗ) | |||||
Семинары (С) | |||||
Лабораторные работы (ЛР) | 17 | 17 | |||
Самостоятельная работа (всего) | 74 | 74 | |||
В том числе: | - | - | - | ||
Курсовой проект (работа) | |||||
Расчетно-графические работы | |||||
Реферат | |||||
Другие виды самостоятельной работы | 74 | 74 | |||
Подготовка к контрольной работе | 34 | 34 | |||
Оформление лабораторных работ | 40 | 40 | |||
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | зачет | зачет | |||
Общая трудоемкость час зач. ед. | 108 | 108 | |||
3 | 3 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1. | Формальная кинетика открытых систем | Приближение формально простых и элементарных процессов. Принцип независимости протекания химических реакций. Модель реактора идеального смешения. Модель реактора идеального вытеснения |
2. | Кинетика гетерогенных процессов | Уравнения Фика. Нестационарная диффузия. Модель нестационарной линейной полубесконечной диффузии. Модель нестационарной сферической полубесконечной диффузии. Стационарная конвективная диффузия. Модель эффективного диффузионного слоя. Определение лимитирующей стадии. |
3. | Электролиз | Порядок восстановления катионов. Поляризация и перенапряжение. Электродная поляризация. Диффузионное перенапряжение. Уравнение Нернста-Бруннера. Электрохимическое перенапряжение. Теория Фольмера-Фрумкина. Перенапряжение при электролитическом выделении водорода. Уравнение Тафеля. |
4. | Гетерогенный катализ | Виды гетерогенных катализаторов. Старение и отравление катализаторов. Основные стадии гетерогенно-каталитического процесса. Закон действующих поверхностей. Уравнения адсорбции. Основные кинетические уравнения гетерогенного катализа. Типовые схемы гетерогенного катализа. Мультиплетная теория гетерогенного катализа |
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | |||
1 | 2 | 3 | 4 | ||
1. | Коррозия металлов в химической технологии | + | + | + | + |
2. | Общая химическая технология | + | + | + | + |
3. | Процессы и аппараты химической технологии | + | + | + | + |
4. | Химические реакторы | + | + | + | + |
5. | Моделирование химико-технологических процессов | + | + | + | + |
6. | Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов | + | + | + | + |
7. | Технический и групповой анализ топлив | + | + | + | + |
8. | Высокотемпературные процессы химической технологии | + | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
1. | Формальная кинетика открытых систем | 4 | 4 | 18 | 26 | ||
2. | Кинетика гетерогенных процессов | 4 | 4 | 18 | 26 | ||
3. | Электролиз | 4 | 4 | 18 | 26 | ||
4. | Гетерогенный катализ | 5 | 5 | 20 | 30 | ||
Итого | 17 | 17 | 74 | 108 |
6. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
1. | 1 | Кинетика омыления сложного эфира | 4 |
2. | 2 | Кинетика ионообменной адсорбции | 4 |
3. | 3 | Изучение электролиза сульфата | 4 |
4. | 4 | Каталитическое окисление перекиси водорода | 5 |
Итого | 17 |
7. Практические занятия (семинары)
не предусмотрено учебным планом и основной образовательной программой
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)__ не предусмотрено учебным планом и основной образовательной программой___________________________________
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Стромберг А. Г., Семченко химия. Издание 4. М.: Высшая школа, 2003.
2. , , Батраков химия. М.: Академия. 2005.
3. , , Успенская физической химии. Теория и задачи. М.: Экзамен. 2005.
4. , , Дубровская химия. Термодинамические свойства растворов. Сборник задач. СПб.: Изд-во СПГГИ, 2007.
5. Краткий справочник физико-химических величин. /Ред. Равдель А. А., Пономарева 10. СПб: Специальная литература, 2003.
6. , Ульянова химия. Химическая кинетика. Методуказания. СПб.: Изд-во СПГГИ, 2003.
7. Липин диаграммы. Сборник задач. СПб: Изд-во СПГГИ, 1999.
8. , , Иванов химия. Химическая термодинамика. Сборник задач. СПб. СПГГИ.: 2007.
9. Чиркст электролитов. Учебное пособие. СПб. СПГГИ. 2006.
10. , , Литвинова химия. Лабораторный практикум. Учебное пособие. СПб. СПГГИ. 2010.
б) дополнительная литература
1. Стромберг А. Г., Лельчук Х. А., Картушинская задач по химической термодинамике. М.: Высшая школа, 1985.
2. Дибров и физическая химия. Часть 3. Химическая термодинамика. СПб: Изд-во СПГГИ, 1996.
3. , , Лихтенштейн кинетика. М.: Химия, 2000.
программа химических расчетов HSC производства компании Outotec
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
http://www. chem. /cgi-bin/tkv. pl
http://www.
http://www. sciteclibrary. ru/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Лаборатория общей и неорганической химии, лаборатория физической химии, лаборатория прикладной химии, компьютерные классы, специализированная аудитория 3532.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Преподавание дисциплины основано на организации внутри дисциплины и междисциплинарных образовательных модулей, представляющих совокупность теоретических представлений и практических навыков по каждой дидактический единице во взаимосвязи с последующими и смежными дисциплинами, целью которых является приобретение студентом компетенций, знаний и умений, установленных ФГОС ВПО для направления 240100 «Химическая технология»
Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация является совокупностью данных по успешности выполнения студентом требований ФГОС ВПО, учебного плана, примерной учебной программы (посещение теоретических и лабораторных занятий, своевременное выполнение лабораторного практикума, заданий по самостоятельной работе).
Разработчик:
кафедра ОФХ доцент
