Цель освоения дисциплины:
Курс имеет целью познакомить магистрантов с оборудованием коксохимических производств, обучить студентов принципам современных методов расчета технологических процессов и оборудования переработки природных энергоносителей (нефти, газа, угля и горючих сланцев), базируясь на курсах теоретических основ и химической технологии топлива и углеродных материалов.
Задачи изучения дисциплины:
- формирование системы знаний по технологии высокотемпературных материалов, основанных на анализе существа происходящих физико-химических и других превращений во взаимосвязи с параметрами воздействия и управления.
- ознакомление студентов с конструкциями оборудования коксохимических производств. Расширить представления студентов о возможностях современной техники и технологии в области высоких температур.
- формирование у студентов умение выбрать и рассчитать высокотемпературное оборудование, необходимое для конкретного технологического процесса.
Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина «Оборудование коксохимических предприятий» представляет собой дисциплину вариативной части цикла профессиональных дисциплин и относится к направлению «Химическая технология».
Дисциплина «Оборудование коксохимических предприятий» широко использует знания и компетенции, сформировавшиеся у студентов результате освоения дисциплин ООП подготовки бакалавра «Химическая технология»:
– процессы и аппараты химической технологии (разделы: «Химические реакторы», «Массообменные процессы»);
– высокотемпературные процессы технологии топлива (раздел: «Коксование углей», «Полукоксование углей», «Газификация углей»);
– химия природных энергоносителей (разделы: «Химическая технология переработки природных и попутных газов», «Химическая технология переработки нефтей и газоконденсата», «Химическая технология переработки твердых горючих ископаемых», «Технология углеродных материалов»).
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Оборудование коксохимических предприятий»
В процессе освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует следующие общекультурные (ОК) и профессиональные (ПК) компетенции:
ОК-4 – способностью совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень, получать знания в области современных проблем науки, техники и технологии, гуманитарных, социальных и экономических наук;
ОК-5 – способностью к профессиональному росту, к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности;
ОПК - 3 – способностью к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов в соответствии с направлением и профилем подготовки;
ОПК-4 – готовностью к использованию методов математического моделирования материалов и технологических процессов, к теоретическому анализу и экспериментальной проверке теоретических гипотез;
ОПК-5 – готовностью к защите объектов интеллектуальной собственности и коммерциализации прав на объекты интеллектуальной собственности;
ПК-1 – способностью организовывать самостоятельную и коллективную научно-исследовательскую работу, разрабатывать планы и программы проведения научных исследований и технических разработок, разработать задания для исполнителей;
ПК-2 – готовностью к поиску, обработке, анализу и систематизации научно-технической информации по теме исследования, выбору методик и средств решения задачи;
ПК - 3 – способностью использовать современные приборы и методики, организовывать проведение экспериментов и испытаний, проводить их обработку и анализировать их результаты;
ПК-9 – готовностью к организации работы коллектива исполнителей, принятию исполнительских решений в условиях спектра мнений, определению порядка выполнения работ;
ПК-14 – способностью строить и использовать математические модели для описания и прогнозирования различных явлений, осуществлять их качественный и количественный анализ, способностью использовать пакеты прикладных программ при выполнении проектных работ;
ПК-17 – способностью разрабатывать методические и нормативные документы, техническую документацию, а также предложения и мероприятия по реализации разработанных проектов и программ.
4. Структура и содержание дисциплины «Оборудование коксохимических предприятий»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 ЗЕ, 108 ч.
4.1. Лекционные занятия
Неделя семестра | Раздел дисциплины, темы лекций и их содержание | Объем, |
Раздел 1. Коксохимический завод, назначение функции. Раздел 2. Кокс, качественные характеристики. | ||
1 | Лекция 1. Введение. Этапы развития коксохимического производства. Роль и значение коксохимического производства в металлургической и химической промышленности. Кокс как металлургическое сырьё. Современные требования к коксу. Доменный процесс и требования к доменному коксу. Требования к литейному коксу. Требования к коксу ферросплавного производства. Другие требования к качеству кокса для недоменных целей. | 2/0,055 |
Раздел 3. Машины, аппараты и механизмы коксохимических производств. Раздел 4. Цеха и службы КХЗ. | ||
2 | Лекция 2. Состав коксохимического завода и назначение отдельных видов производства. Оборудование углеподготовительных цехов. Оборудование приемных устройств. Оборудование угольных складов. Дозировка и разделение угля по крупности. Питатели. Оборудование для дозирования угля. Автодозаторы. Грохоты их классификация и конструкция. | 2/0,055 |
Раздел 5. Устройство коксовых батарей. Раздел 6. Тушение и сортировка кокса. | ||
3 | Лекция 3. Машины коксовых печей. Машины и аппараты тушения и сортировки кокса. | 2/0,055 |
Раздел 7. Химические цехи КХЗ. | ||
4 | Лекция 4. Оборудование химических цехов. Теплообменные аппараты. Типы нагнетателей и приводов. Запорная и регулировочная аппаратура. Газосборник и газопроводы. | 2/0,055 |
Раздел 8. Абсорбционные и ректификационные колонны. Раздел 9. Химизм коксохимических технологий. | ||
5 | Лекция 5. Абсорбционные аппараты. Сатуратор. Аппаратура кругового фосфатного способа улавливания аммиака. Абсорберы, аммиачная колонна и десорберы. Аппаратура для разделения жидкостей. Перегонные кубы и трубчатые печи. Ректификационные колонны. | 2/0,055 |
ИТОГО | 10/0,55 |
4.2. Лабораторные занятия.
Неделя семестра | Тема занятия | Объем в часах/ЗЕ |
1, 2 | Выполнение и защита лабораторной работы № 2 «Обогащение угля. Флотационные машины и обогащение в тяжелых суспензиях. Сепараторы» | 2/0,055 |
3 | Выполнение и защита лабораторной работы № 3 «Молотковые дробилки. Дезинтеграторы. схемы ДШ и ДК». | 2/0,055 |
4,5,6 | Выполнение и защита лабораторной работы № 4 «Коксовые печи системы ПК и ПВР». | 6/0,166 |
7 | Выполнение и защита лабораторной работы № 5 «Оборудование тушильной башни. УСТК». | 2/0,055 |
8 | Выполнение и защита лабораторной работы № 6 «Оборудование коксосортировки. Коксовая рампа». | 2/0,055 |
9 | Выполнение и защита лабораторной работы № 7 «Насосы. Прямые и обратные клапаны». | 2/0,055 |
10 | Выполнение и защита лабораторной работы № 8 «Аппаратура для перегонки каменноугольной смолы. Конечные газовые холодильники». | 2/0,055 |
11 | Выполнение и защита лабораторной работы № 9 «Термодинамические и кинетические основы химико-технологических процессов». | 2/0,055 |
12 | Выполнение и защита лабораторной работы № 10 «Расчет констант равновесия, состава реакционных смесей, составление материальных и тепловых балансов. Расчет степени превращения, выхода и селективности». | 2/0,055 |
13 | Выполнение и защита лабораторной работы № 11 «Основные математические модели реакторов. Химические реакторы в изотермических условиях». | 2/0,055 |
14 | Выполнение и защита лабораторной работы № 12 «Расчет реакторов при проведении простых и сложных реакций». | 2/0,055 |
15 | Выполнение и защита лабораторной работы № 13 «Графический метод определения числа реакторов в каскаде реакторов идеального смешения». | 2/0,055 |
16 | Выполнение и защита лабораторной работы № 14 «Неизотермические режимы идеальных реакторов. Расчет реакторов, работающих в различных тепловых режимах». | 2/0,055 |
ИТОГО | 30/0,832 |
4.3.Самостоятельная работа студента
Объем самостоятельной работы – 68 ч.
Раздел дисциплины | № недели | Вид СРС | Трудоемкость, часы/ЗЕ |
Раздел 1 | 1 | Домашнее задание Дз1 – Подготовка к лабораторной работе № 1. | 4/0,111 |
Раздел 1 | 2 | Домашнее задание Дз2 – Подготовка к лабораторной работе № 2. | 6/0,166 |
Раздел 2 | 3 | Домашнее задание Дз3 – Подготовка к лабораторной работе № 3. | 4/0,111 |
Раздел 2 | 4,5,6 | Домашнее задание Дз4 – Подготовка к лабораторной работе № 4. | 10/0,277 |
Раздел 3 | 7 | Домашнее задание Дз5 – Подготовка к лабораторной работе № 5. | 4/0,111 |
Раздел 3 | 8 | Домашнее задание Дз6 – Подготовка к лабораторной работе № 6. | 4/0,111 |
Раздел 4 | 9 | Домашнее задание Дз7 – Подготовка к лабораторной работе № 7. | 6/0,166 |
Раздел 4 | 10 | Домашнее задание Дз8 – Подготовка к лабораторной работе № 8. | 6/0,166 |
Раздел 5 | 11 | Домашнее задание Дз9 – Подготовка к лабораторной работе № 9. | 6/0,166 |
Раздел 6 | 12 | Домашнее задание Дз10 – Подготовка к лабораторной работе № 10. | 6/0,166 |
Раздел 7 | 13 | Домашнее задание Дз11 – Подготовка к лабораторной работе № 11. | 4/0,111 |
Раздел 8 | 14 | Домашнее задание Дз12 – Подготовка к лабораторной работе № 12. | 4/0,111 |
Раздел 9 | 15 | Домашнее задание Дз13 – Подготовка к лабораторной работе № 13. | 4/0,111 |
ИТОГО: | 68/1,89 |
5. Образовательные технологии
При реализации различных видов учебной работы используются следующие технологии: работа в группах, тестирование, выступления с докладами и их обсуждение, презентация слайдов, мультимедийная презентация.
Тестирование 1 раз в месяц – 4 часа.
Показ слайдов, мультимедийная презентация – к каждой лекции по 20 мин, итого 1 ч.
Обсуждение докладов, работа в группах (темы: «Современные тенденции в развитии коксохимических производств», «Современные углеперерабатывающие предприятия и их разновидности», «Нанотехнологии в области получения и переработки углеродсодержащих материалов») – 10 ч.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Требования к оформлению и содержанию отчета лабораторных работ представлены в методических указаниях к лабораторным работам.
Контрольные вопросы к лабораторным работам
Лабораторная работа № 1
1. Требования, предъявляемые к помещению химической
лаборатории.
2. Требования, предъявляемые к оборудованию
лаборатории.
3. На какие виды подразделяется химическая посуда?
4. Какая химическая посуда называется мерной?
5. Основные способы мытья посуды.
6. Как оценивается чистота вымытой посуды?
7. Основные правила мытья химической посуды.
8. Правила сушки химической посуды.
9. На какие группы подразделяются весы?
10. Правила сушки посуды.
11. Правила работы с аналитическими весами.
12. Правила приготовления растворов.
13. Как правильно смешивать кислоты с водой?
14. Как правильно смешивать щелочи с водой?
15. Общие требования техники безопасности при выполнении
работ в химической лаборатории.
16. Правила работы с реактивами.
17. Правила работы с огнеопасными веществами.
18. Правила работы со стеклом.
Лабораторная работа № 2
1. Что является движущей силой процесса флотации?
2. Роль реагентов в процессе обогащения?
3. Выход в концентрат и образование «хвостов± обогащения?
4. Устройство аппаратуры процесса обогащения?
Лабораторная работа № 3
1. Отличие процесса дробления от помола?
2. Рабочие механизмы и оснастка дробильного и помольного
оборудования?
3. В чем достоинства и недостатки схем дробления ДШ и ДК?
Лабораторная работа № 4
1. Конструкционное развитие печей для коксования?
2. В чем конструктивное отличие печей ПК и ПВР?
3. В чем достоинства и недостатки печей ПК и ПВР?
Лабораторная работа № 5
1. Конструкция и оснастка установки мокрого тушения кокса?
2. Конструкция УСТК?
3. В чем достоинства и недостатки УСТК и мокрого тушения?
Лабораторная работа № 6
1. Конструкция и оснастка коксосортировки?
2. Конструкция коксовой рамы?
3. На какие классы разделяют кокс?
Лабораторная работа № 7
1. Конструкция и оснастка насосного оборудования?
2. Конструкция клапанов?
3. Отличительные особенности конструкционного исполнения
регулировочных и отсечных клапанов?
Лабораторная работа № 8
1. Особенности технологического исполнения установки по
перегонке каменноугольной смолы?
2. Функция конечных газовых холодильников?
3. На какие фракции перегоняется каменноугольная смола?
Лабораторная работа № 9
1. Влияние температуры и давления на технологические
процессы?
2. Дайте определение термодинамическим характеристикам
процесса?
3. Кинетические параметры и возможность управления?
Лабораторная работа № 10
1. Влияние термодинамических и кинетических параметров на
равновесные системы?
2. Что такое шихта?
3. Дайте определение понятиям: выход продукта, селективность
процесса, степень превращения?
Лабораторная работа № 11
1. Конструкция и оснастка химических реакторов?
2. Виды химических реакторов?
3. Изотермические условия работы химических реакторов?
Лабораторная работа № 12
1. Химизм простых и сложных реакций?
2. Алгоритм расчета химических реакторов?
Лабораторная работа № 13
1. В чем суть графического метода определения числа
химических реакторов?
2. Дать определение понятию каскад реакторов?
Лабораторная работа № 14
1. Дать понятие и определений неизотермического режима?
2. Параметры и алгоритм расчета химических реакторов
работающих в различных тепловых режимах?
Для текущего контроля знаний студентов ТК в виде письменного опроса Т разработаны контрольные вопросы.
Текущий опрос Т1
Развитие коксохимии в России и в мире. Современные аспекты. Сырье для коксования.3. Процессы термического превращения органической массы углей при коксовании.
4. Основы теории спекания углей.
5. Продукты коксования и область их применения.
6. Физико-химические процессы, протекающие при коксовании топлив.
7. Формирование структуры кокса при коксовании.
8. Факторы, влияющие на прочность кокса.
9. Основные направления развития современных коксохимических производств.
10. Способы подготовки углей к коксованию.
11. Влияние технологических факторов на выход и качество продуктов коксования.
Текущий опрос Т2
Новые машины и механизмы коксовых батарей. Батареи с одним газосборником.. Специальные сорта кокса. Механические свойства кокса. Доменное производство. Доменная печь. Литейное производство. Мартеновская печь. Очистка коксового газа от сероводорода. Получение высокотехнологичной углехимической продукции. Серийность выдачи кокса. Котельные на коксовом газе.Текущий опрос Т3
Функции кокса в доменном производстве. Методы определения плотности и пористости кокса. Химические, механические и физико-химические свойства кокса. Сырье для процесса полукоксования. Физико-химические процессы, протекающие при полукоксовании твердых горючих ископаемых. Факторы, влияющие на процесс полукоксования. Методы полукоксования. Их сравнительная характеристика. Продукты полукоксования и область их применения.Текущий опрос Т4
АСУТП коксохимических производств. Факторы, оказывающие влияние на выход продуктов коксования. Состав прямого коксового газа. Методы улавливания аммиака из коксового газа. Методы улавливания бензольных углеводородов из коксового газа. Методы улавливания сероводорода из коксового газа. Методы определения выхода продуктов коксования. Методы определения спекающей способности углей. Действие персонала и руководителей при аварии и чрезвычайной ситуации на коксохимических заводах. Экологическое воспитание на коксохимических производствах.Вопросы к зачету
1. Развитие коксохимии в России и в мире. Современные аспекты.
2. Сырье для коксования.
3. Процессы термического превращения органической массы углей при коксовании.
4. Основы теории спекания углей.
5. Продукты коксования и область их применения.
6. Физико-химические процессы, протекающие при коксовании топлив.
7. Формирование структуры кокса при коксовании.
8. Факторы, влияющие на прочность кокса.
9. Основные направления развития современных коксохимических производств.
10. Способы подготовки углей к коксованию.
11. Влияние технологических факторов на выход и качество продуктов коксования.
12. Новые машины и механизмы коксовых батарей. Батареи с одним газосборником.
Специальные сорта кокса. Механические свойства кокса. Доменное производство. Доменная печь. Литейное производство. Мартеновская печь. Очистка коксового газа от сероводорода. Получение высокотехнологичной углехимической продукции. Серийность выдачи кокса. Котельные на коксовом газе. Функции кокса в доменном производстве. Методы определения плотности и пористости кокса. Химические, механические и физико-химические свойства кокса. Сырье для процесса полукоксования. Физико-химические процессы, протекающие при полукоксовании твердых горючих ископаемых. Факторы, влияющие на процесс полукоксования. Методы полукоксования. Их сравнительная характеристика. Продукты полукоксования и область их применения. АСУТП коксохимических производств. Факторы, оказывающие влияние на выход продуктов коксования. Состав прямого коксового газа. Методы улавливания аммиака из коксового газа. Методы улавливания бензольных углеводородов из коксового газа. Методы улавливания сероводорода из коксового газа. Методы определения выхода продуктов коксования. Методы определения спекающей способности углей. Действие персонала и руководителей при аварии и чрезвычайной ситуации на коксохимических заводах. Экологическое воспитание на коксохимических производствах.7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
7.1. Основная литература
1. Мучник, улучшения качества кокса вне печной камеры: учебно-практическое пособие. — Москва : Инфра-Инженерия, 2014. — 368 c. — Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=234781. — Загл. с экрана. (02.03.2016)
2. Кауфман, и зарубежные коксовые печи: конструкции и оборудование. — Екатеринбург : Издательство Уральского университета, 2014. — 90 c. — Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=276224. — Загл. с экрана. (02.03.2016)
7.2. Дополнительная литература
3. Коляндр, и переработка химических продуктов коксования. — Харьков : Металлургиздат, 1962. — 468 c.
4. Никифоров, технологические процессы изготовления аппаратов для химических производств. : Атлас-типовых технол. процессов и чертежей : учеб. пособие для вузов по спец. "Машины и аппараты хим. пр-в" / , , ; под. ред. . — Москва : Машиностроение, 1979. — 278 c.
5. Плановский, и аппараты химической и нефтехимической технологии : учебник для вузов специальности "Машины и аппараты хим. пр-в" / , . — Москва : Химия, 1987. — 496 c.
6. Ткачев, коксохимических заводов : учеб. пособие для техникумов / , . — М. : Металлургия, 1983. — 359 c.
7. Шепелев, коксохимических заводов : учебник для техникумов. — М. : Металлургия, 1966. — 332 c.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для материально-технического обеспечения дисциплины «Оборудование коксохимических предприятий» используется лабораторное оборудование и учебно-научная аппаратура (аудитории № 000, № 000), а также оборудование, установленное в Центре коллективного пользования при Институте углехимии и химического материаловедения СО РАН и в центральной заводской лаборатории .
Компьютерный класс (аудитория № 000), оргтехника, ноутбук, видеопроектор, демонстрационные материалы: фильмы, слайды, доступ к сети Интернет (во время самостоятельной подготовки).
9. Методические указания для студентов
Во время первой лекции студентам выдаются домашние задания ДЗ, включающие самостоятельную подготовку студентов по разделам дисциплины, подготовку к лабораторной работе и оформление отчета Лзп.
При самостоятельной подготовке по темам дисциплины, указанным в разделе 4.3 данной рабочей программы, необходимо использовать учебную литературу, указанную в разделе 7.
Подготовка к лабораторной работе и оформление отчета Лзп по выполненной лабораторной работе производится в течение семестра параллельно с лабораторными занятиями. Текущий контроль проводится в виде устной защиты лабораторной работы. Студенты готовятся к устной защите по указанным в разделе 7 источникам литературы и лекциям.
Студент должен оформить отчеты и защитить лабораторные работы по контрольным вопросам преподавателю, ведущему лабораторные занятия, до момента начала сессии.
10. Аннотация рабочей программы
Курс имеет целью познакомить магистрантов с оборудованием коксохимических производств, обучить студентов принципам современных методов расчета технологических процессов и оборудования переработки природных энергоносителей (нефти, газа, угля и горючих сланцев), базируясь на курсах теоретических основ и химической технологии топлива и углеродных материалов.
Задачи изучения дисциплины:
- формирование системы знаний по технологии высокотемпературных материалов, основанных на анализе существа происходящих физико-химических и других превращений во взаимосвязи с параметрами воздействия и управления.
- ознакомление студентов с конструкциями оборудования коксохимических производств. Расширить представления студентов о возможностях современной техники и технологии в области высоких температур.
- формирование у студентов умение выбрать и рассчитать высокотемпературное оборудование, необходимое для конкретного технологического процесса.
Данная учебная дисциплина относится к обязательным дисциплинам вариативной части ООП.
Дисциплина «Оборудование коксохимических предприятий» широко использует знания и компетенции, сформировавшиеся у студентов результате освоения дисциплин ООП подготовки бакалавра 18.03.01 «Химическая технология»: процессы и аппараты химической технологии, высокотемпературные процессы технологии топлива, химия природных энергоносителей.
Освоение дисциплины направлено на формирование общекультурных компетенций (ОК-4, ОК-5), общепрофессиональных компетенций (ОПК-4, ОПК-5) и профессиональных компетенций (ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-9, ПК-14, ПК-17).
