МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ
КАЗАХСТАН
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ К.И. САТПАЕВА
Институт высоких технологий и устойчивого развития
Кафедра прикладной химии
«Утверждаю»
Директор ИВТиУР
__________ Кумеков С.Е.
«_____» _________2014г.
ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)
По дисциплине: Химико-технологическая система
Специальность: 5В072000 – Химическая технология неорганических
веществ
Всего: 3 кредита
Курс 2
Семестр 3
Лекций 30 часов
Практические занятия 15 часов
СРС - 45 часов
СРСП (аудиторных) - 15 часов
(офисных) – 30 часов
Всего аудиторных часов 60 часов
Трудоемкость 135 часов
Экзамен «П» - 3 семестр
АЛМАТЫ 2014
Программа курса составлена д.т.н., доцентом Капраловой Викторией
Игоревной и к.т.н., доцентом Кубековой Шолпан Накишбековной на
основании Рабочего учебного плана (РУП-2013) для специальности
5В072000 - химическая технология неорганических веществ.
Рассмотрена на заседании кафедры «Прикладная химия»
«____» ___________ 2014 г. Протокол №
Зав.кафедрой
Д.х.н., профессор
Г.Т.Балакаева
Одобрена методическим Советом Института высоких технологий и
устойчивого развития
«___» __________ 2014 г. Протокол №___
Председатель
С.Е. Кумеков
Сведения о преподавателях: Капралова Виктория Игоревна – доктор
технических наук, доцент. Окончила Московский химико-технологический
институт им.Д.И.Менделеева. Научно-педагогический стаж – 36 года. Стаж
работы в КазНТУ – 7 лет.
Кубекова Шолпан Накишбековна – кандидат технических наук, доцент.
Окончила Кызылординский педагогический институт им. Коркыт ата.
Научно-педагогический стаж – 17 лет. Стаж работы в КазНТУ – 11 лет.
Кафедра: Прикладная экология
Адрес: 480013, г. Алматы, ул. Сатпаева 22, ТТК, 421 ауд.
Тел.: 251-71-91
Е-mail: vkapralova@mail.ru
1. Цели и задачи дисциплины
1.1. Целью дисциплины «Химико-технологическая система» является
изучение химического производства как химико-технологической системы,
ознакомление с составом и структурой, моделями, основными элементами и
технологическими связями химико-технологической системы.
1.2. Основными задачами изучения курса «Химико-технологическая
система» являются:
- ознакомление студентов с составом и структурой химического
производства и основными показателями химического производства и
химико-технологического процесса;
- изучение физико-химических основ химических процессов и
химических превращений в условиях промышленного производства;
- изучение основных подсистем химического производства и концепций
полного использования сырьевых и энергетических ресурсов химического
производства как химико-технологической системы.
Компетенции (результаты обучения):
- развитие ассоциативного инженерного химико-технологического
мышления и эрудиции;
- знание состава, структуры ХТС и основных подсистем химического
производства;
- привитие навыков и принципов расчета рациональных химикотехнологических систем.
Изучение дисциплины «Химико-технологическая система» проводится в
аудиторном и внеаудиторном виде.
Самостоятельная и индивидуальная работа планируется с целью более
качественного усвоения материала по различным типам технологических
связей элементов химико-технологических систем, состоянию, синтезу и
анализу химико-технологической системы.
1.3. Пререквизиты: неорганическая химия, аналитическая химия
1.4 Постреквизиты: химическая технология неорганических веществ,
процессы и аппараты химического производства
2. Система оценки знаний
Контроль знаний студентов осуществляется по традиционной системе.
Виды контроля: текущий контроль, рубежный контроль, итоговый контроль
(Таблица 1). Текущий контроль: рефераты, практические занятия. Курс
завершается сдачей экзамена.
Таблица 1
Распределение рейтинговых баллов по видам контроля
№
вариантов
1.
Вид итогового
контроля
Экзамен
Виды контроля
Проценты
Итоговый контроль
Рубежный контроль
Текущий контроль
100
100
100
Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины
и ее объемом. Сроки сдачи результатов текущего контроля определяются
календарным графиком учебного процесса по дисциплине «Химикотехнологическая система» (Таблица 2).
Таблица 2
Календарный график сдачи всех видов контроля
по дисциплине «Химико-технологическая система»
Недели
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14 15
Виды
П Р1 П СР Р2 П РК1 СР П Р3 П СР Р4 П РК2
контроля
Недельное 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1
1
количество
контроля
Виды контроля: П – практические занятия, СР – самостоятельная работа, Р
– реферат, РК – рубежный контроль.
Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (Таблица 3).
Таблица 3
Оценка знаний магистрантов
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Буквенный
эквивалент
А
АВ+
В
ВС+
С
СD+
D
F
В процентах %
В баллах
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
4
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
3. Содержание дисциплины
Тематический план курса приведен в таблице 4.
Таблица 4
3.1 Распределение часов по видам занятий
№
Наименование темы
1
1
2
Структура
и
описание
химикотехнологической системы (ХТС).
Классификация химических производств.
2
Количество академических часов
лекции Практи- СРСП
СРС
ческие
3
4
5
6
2
3
3
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Основные
подсистемы
химического
производства.
Основные
показатели
эффективности химического производства
Химико-технологический процесс как
химико-технологическая система.
Системный анализ ХТС и его связь с
математическим моделированием
Связь
эффективности
химикотехнологического процесса с основными
физико-химическими закономерностями
химического превращения
Гомогенные
и
гетерогенные
(некаталитические) процессы химикотехнологической системы.
Каталитические химико-технологические
системы.
Система химических реакторов, их
классификация.
Сырьевая
подсистема
химического
производства.
Энергетическая подсистема химического
производства.
Система
водоснабжения
химических
производств.
Промышленная
водоподготовка
Эксплуатация
химико-технологической
системы на примере производства серной
кислоты
Эксплуатация
химико-технологической
системы
на примере производства
соляной кислоты
Эксплуатация
химико-технологической
системы
на примере конверсии
углеводородных газов
Энерготехнологические системы
Всего (часов)
2
2
3
3
2
3
3
3
2
3
3
3
3
3
3
3
2
3
3
2
3
3
2
3
3
2
3
3
3
3
2
3
3
2
3
3
2
30
3
45
3
45
2
2
2
2
3
15
3.2 Наименование тем лекционных занятий и их содержание
№
Наименование темы
Содержание
Часы
1
2
3
4
1 Структура и описание химико- Химическое производство как химико2
технологической
системы технологическая система. Состав ХТС.
(ХТС).
Элементы ХТС, их классификация.
Технологические связи элементов ХТС,
их назначение и характеристика
2 Классификация
химических Классификация химических производств.
2
производств.
Основные Постоянные и переменные компоненты
подсистемы
химического химического производства. Технические,
производства.
Основные экономические, эксплуатационные и
3
показатели
эффективности
химического производства
Химико-технологический
процесс как химикотехнологическая система.
4
Системный анализ ХТС и его
связь
с
математическим
моделированием
5
Связь эффективности химикотехнологического процесса с
основными
физикохимическими закономерностями
химического превращения
6
Гомогенные и гетерогенные
(некаталитические)
процессы
химико-технологической
системы.
7
Каталитические
химикотехнологические системы.
8
Система химических реакторов,
их классификация.
9
Сырьевая
подсистема
химического производства.
10 Энергетическая
подсистема
химического производства.
11 Система
водоснабжения
химических
производств.
Промышленная водоподготовка
12 Эксплуатация
химико-
социальные показатели эффективности
химического производства
Классификация химико-технологических
процессов. Виды реакций, лежащих в
основе
химико-технологических
процессов.
Иерархическая организация процессов в
химическом
производстве.
Моделирование объектов химического
производства, его виды.. Материальный
и тепловой балансы химического
производства. Принцип составления и
способы выражения
Стехиометрия химических превращений.
Термодинамика
химических
превращений. Химическое равновесие и
факторы, влияющие на равновесие.
Кинетика
химико-технологических
процессов.
Выбор оптимальных температур для
обратимых и необратимых экзо- и
эндотермических процессов. Способы
интенсификации
гомогенных
и
гетерогенных процессов
Промышленный катализ. Виды катализа.
Контактные
массы.
Пути
интенсификации
каталитических
процессов
Химические реакторы с идеальной
структурой потока. Периодические и
проточные
реакторы
идеального
смешения.
Реакторы
идеального
вытеснения. Каскад реакторов. Причины
отклонения от идеальности в проточных
реакторах.
Характеристика и классификация сырья.
Вторичное сырье. Принципы обогащения
сырья
Общая характеристика и классификация
энергетических
ресурсов.
Перспективные
и
альтернативные
энергоисточники.
Рациональное
использование
энергии.
Вторичные
энергоресурсы.
Основные направления использования
воды в химико-технологической системе.
Источники водоснабжения химических
производств.
Технологические
показатели качества воды. Схема
промышленной
водоподготовки
и
основные технологические операции
Общие
сведения
о
производстве.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
технологической системы
на Технологические свойства и области
примере производства серной применения серной кислоты и олеума.
кислоты контактным методом
Общая
схема
сернокислотного
производства. Контактирование оксида
серы (IV). Абсорбция оксида серы (VI).
13 Эксплуатация
химико- Технологические свойства хлористого
технологической системы
на водорода и соляной кислоты. Основные
примере производства соляной способы
получения
хлористого
кислоты
водорода.
Технологические
схемы
производства соляной кислоты. Метод
адиабатической
абсорбции.
Метод
изотермической абсорбции
14 Эксплуатация
химико- Физико-химические основы конверсии
технологической системы
на углеводородных газов. Конверсия метана
примере
конверсии с водяным паром. Парокислородная и
углеводородных газов
парокислородновоздушная
конверсия.
Катализаторы
процесса.
Технологические схемы процессов
15 Энерготехнологические системы Концепция полного использования тепла
и энергии. Переработка твердого
топлива. Энерготехнологическая схема
производства аммиака
Всего
2
2
2
30
3.3 Наименование и содержание практических занятий
№
1
2
3
4
5
Наименование темы
практических занятий
Определение
расходных
коэффициентов химического
производства
Определение
степени
превращения,
выхода
и
селективности по целевому
продукту
для
простых
необратимых реакций
Определение
степени
превращения,
выхода
и
селективности по целевому
продукту
для
сложных
(последовательных
и
параллельных) и обратимых
реакций
Определение
степени
превращения и составление
материального баланса на
примере процесса обжига
серного колчедана
Содержание
Час
По заданию преподавателя рассчитать
расходные коэффициенты для конкретной
химико-технологической системы
Для заданной преподавателем необратимой
реакции рассчитать степень превращения,
выход и селективность по целевому
продукту
2
Для заданной преподавателем сложной, а
также для обратимой реакций рассчитать
степень
превращения,
выход
и
селективность по целевому продукту
3
По заданным исходным данным рассчитать
степень
превращения
и
составить
материальный баланс процесса обжига
серного колчедана. Расчет произвести на 1
тонну руды
3
Расчет
технологического Рассмотреть устройство печи кипящего слоя
оборудования на примере для обжига колчедана. Рассчитать основные
печи кипящего слоя для размеры печи, объем загрузочной камеры,
2
3
6
обжига колчедана
предельное количество дутья
Расчет производительности
катализатора на примере
синтеза аммиака из азотоводородной смеси
Рассчитать интенсивность, время контакта и
производительность
катализатора
на
примере синтеза аммиака из азотоводородной смеси
Всего
2
15
3.4 Самостоятельная работа студентов (СРС)
№
Наименование темы
Содержание
1 Основы
расчета
состояния Расчет
материального
баланса
химико-технологической системы химико-технологической
системы
(повариантно).
2 Факторы,
влияющие
на Изучить системы Г-Т; Т-Ж; Г-Ж и
эффективность некаталитических рассмотреть
влияние
основных
гетерогенных
процессов
в параметров
на
показатели
их
системах Г-Т; Т-Ж; Г-Ж
эффективности
3 Каталитические подсистемы и их Области применения каталитических
роль в химической технолог8ии
процессов,
типы
катализа.
Практические примеры
4 Сравнение
эффективности Реакторы идеального вытеснения,
реакторов
с
различными реакторы
идеального
смешения,
режимами движения потоков при каскад реакторов. Преимущества и
протекании простых и сложных недостатки. Причины отклонения от
реакций
идеальности.
5 Комбинированные
химико- Рассмотреть
концепцию
полного
технологические
процессы
и использования сырьевых ресурсов.
комплексное использование сырья Традиционные
и альтернативные
сырьевые источники в производстве
неорганических веществ
6 Вторичные
энергетические Рассмотреть
концепцию
полного
ресурсы
использования
энергетических
ресурсов. Характеристика ВЭР и их
использование
7 Сточные
воды
химико- Источники образования сточных вод
технологической системы и их на
химическом
предприятии.
очистка
Локальная и общая схемы очистки.
8 Сырьевая
подсистема Типы сырья в производстве серной
сернокислотного производства
кислоты. Производство сернистого
газа
из
серного
колчедана.
Технологическое
оформление
процесса.
9 Сырье
для
основного Состав
и
свойства
нефти
и
органического синтеза.
нефтепродуктов.
Попутные газы.
Горючие сланцы
Всего
Часы
5
5
5
5
5
5
5
5
5
45
3.5. Самостоятельная работа студентов под руководством преподавателя
(СРСП)
№
Наименование темы
Содержание
1 Современные
тенденции Главные
направления
современного
развития
химико- развития
химико-технологических
технологических систем
систем.
Создание
безотходных
производств
2 Синтез
химико- Типы отходов химического производства.
технологической системы и Концепция минимизации отходов
отходы производства
3 Производство
минеральных Общая
структура
производства
удобрений
минеральных
удобрений,
основные
производства минеральных удобрений в
РК
4 Химическая переработка нефти Общая характеристика нефтехимического
комплекса. Основные технологические
операции при нефтедобыче. Первичная и
вторичная нефтепереработка
5 Производство
метанола
и Физико-химические основы синтеза.
этилового спирта.
Синтез метанола при низком давлении.
Основные
промышленные
методы
производства этанола. Прямой метод
получения из этилена. Гидролизное
производство
Всего
Часы
3
3
3
3
3
15
Таблица 5
График проведения занятий
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Дата
Время
Наименование тем
Лекции
Структура и описание химико-технологической системы
(ХТС).
Классификация
химических
производств.
Основные
подсистемы химического производства. Основные показатели
эффективности химического производства
Химико-технологический процесс как химикотехнологическая система.
Системный анализ ХТС и его связь с математическим
моделированием
Связь эффективности химико-технологического процесса с
основными
физико-химическими
закономерностями
химического превращения
Гомогенные и гетерогенные (некаталитические) процессы
химико-технологической системы.
Каталитические химико-технологические системы.
Система химических реакторов, их классификация.
Сырьевая подсистема химического производства.
Энергетическая подсистема химического производства.
11
12
13
14
15
1
2
3
4
5
6
Система
водоснабжения
химических
производств.
Промышленная водоподготовка
Эксплуатация химико-технологической системы на примере
производства серной кислоты
Эксплуатация химико-технологической системы на примере
производства соляной кислоты
Эксплуатация химико-технологической системы на примере
конверсии углеводородных газов
Энерготехнологические системы
Практические занятия
Определение расходных коэффициентов химического
производства
Определение степени превращения, выхода и селективности
по целевому продукту для простых необратимых реакций
Определение степени превращения, выхода и селективности
по целевому продукту для сложных (последовательных и
параллельных) и обратимых реакций
Определение
степени
превращения
и
составление
материального баланса на примере процесса обжига серного
колчедана
Расчет технологического оборудования на примере печи
кипящего слоя для обжига колчедана
Расчет производительности катализатора на примере синтеза
аммиака из азото-водородной смеси
4. Учебно-методические материалы по дисциплине
материал для обязательного изучения
1. Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы
промышленной экологии: учебник для вузов, М.: Химия, 1999.
2. Кутепов А.И., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Н. Общая химическая
технология: учебник для вузов, М.:ВШ, 1990.
материал для дополнительного ознакомления
1. Общая химическая технология/ Под редакцией И.П.Мухленова,
М.:ВШ, 1984, ч.1 и 2
2. Р.С.Соколов Химическая технология: Учеб.пособие для студентов
высших учебных заведений, т.1/ М.: «ВЛАДОС», 2000, 368 с.
3. Практикум по общей химической технологии/ Под редакцией
И.П.Мухленова, М.:ВШ, 1979.
4. Расчеты химико-технологических процессов/ Под редакцией
И.П.Мухленова, Л.:Химия, 1982
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1.Цель и задачи дисциплины..................................................................................3
2.Система оценки знаний........................................................................................3
3.Содержание дисциплины.....................................................................................4
4. Учебно-методические материалы по
дисциплине.............................................................................................................10