SZERVETLEN KÉMIAI TECHNOLÓGIA

Átírás

1 SZERVETLEN KÉMIAI TECHNOLÓGIA ANYAGMÉRNÖK ALAPKÉPZÉS VEGYIPARI TECHNOLÓGIAI SZAKIRÁNY TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR KÉMIAI INTÉZET Miskolc, 2012/2013 1

2 Tartalomjegyzék 1. Tantárgyleírás, tárgyjegyző, óraszám, kreditérték 2. Tantárgytematika 3. Minta zárthelyi 4. Egyéb követelmények 1. Tantárgyleírás A tantárgy címe: SZERVETLEN KÉMIAI TECHNOLÓGIA (BSc nappali tagozatos hallgatók részére) A tantárgy kódja: MAKKEM272B A kurzus időpontja: 5. félév A tantárgy előadója és jegyzője: Némethné Dr. Sóvágó Judit egyetemi docens Heti óraszám: 2 óra előadás + 1 óra gyakorlat Kreditek száma: 3 A tantárgy felvételének előfeltétele Aláírás vegyipari műveletek (GEVGT 202B) tantárgyakból Tantárgyat gondozó intézmény MISKOLCI EGYETEM Műszaki Anyagtudományi Kar Kémiai Intézet A tárgy státusza a tanulmányi programon belül: A BSc anyagmérnök vegyipari technológiai szakirány számára kötelező tantárgy. A tantárgy célja: A vegyiparban alkalmazott fontosabb szervetlen kémiai átalakítási módszerek, technológiák megismerése és az ismeretek elmélyítése üzemlátogatásokon, üzemi mérési gyakorlatokon keresztül. A tantárgy leírása: o A szervetlen kémiai technológia tárgya. A szervetlen kémiai technológia alapelvei, alapfogalmai. A mérnök szerepe a vegyipari technológiák üzemeltetése során. A szervetlen kémiai technológia fontosabb műveletei. Készülékek és üzemi berendezések, műveleti egységek fogalma. Szervetlen technológiai eljárások: o A víz technológiája: tulajdonságok, előfordulás, tisztítási eljárások: ipari vizek tulajdonságai, minőségi követelmények, fizikai, kémiai előkészítési módszerek, szennyvizek kezelése a környezeti ártalom csökkentésére. o Klóripar: Alkáli-klorid oldatok elektrolízise. Klór előállítása elektrolízissel. Nátriumhidroxid előállítása. Sósav gyártása, tisztítása, Solvay-féle szódagyártás o Kénsavipar: kénsav gyártás technológiája; nitrózusos eljárás, kontakt kénsavgyártás. o Nitrogénipar: Ammónia gyártása. Nitrogén-oxid előállítása ammóniából. Salétromsav gyártása. o Számítási feladatok: vízkeménység számítással kapcsolatos feladatok, ammóniaszintézisvalamint kén-trioxid előállítás egyensúlyi gázösszetételének számítása, Elektrolízis elvén alapuló számítási gyakorlat. Szimulációs feladat. o Üzemlátogatások a Borsodchem klór- és vízüzemében, a TVK vízüzemében és a CTK Koromgyárában. 2

3 A tantárgy értékelése: gyakorlati jegy 1-5 minősítéssel A gyakorlati jegy megszerzésének előfeltétele: o Az előadások legalább 60 %-án történő kötelező részvétel. o Az elméleti ismeretek, számítási feladatok és laboratóriumi mérési gyakorlat tapasztalatai alapján írt zárthelyi dolgozat legalább elégséges szintjének teljesítése. o Szóbeli és írásbeli beszámoló készítése az üzemlátogatások tapasztalatai és egyéni irodalmazás alapján, 6-10 oldal (A-4 formátumú) terjedelemben az alábbi, szabadon választható témakörökből: 1. Az ipari víz előállításának lehetséges módszerei. A TVK NyRt-nél és a Borsodchem Zrtnél alkalmazott víztisztítási technológiák előnyei, hátrányai, további fejlesztési lehetőségek. 2. A nátrium-klorid oldat elektrolíziséhez alkalmazható ipari technológiák összehasonlítása. 3. Membrántechnológiai eljárások alkalmazása a vegyiparban. 4. A koromgyártás gyakorlati jelentősége, az ipari korom felhasználási lehetőségei, alkalmazott koromgyártási technológiák összehasonlító bemutatása. o Az üzemlátogatásokon a részvétel kötelező, pótlására nincs lehetőség! o Legalább elégséges érdemjegy vegyipari műveletek (GEVGT 202BL) tantárgyakból. Oktatási módszer: Szóbeli előadások, valamint számolási gyakorlatok. Az előadás megtartása tömbösített formában, kivetített ppt. slide-ok segítségével történik. Az előadások anyagának elmélyítését üzemlátogatások segítik. Oktatási segédeszközök: A kollokvium alapját képező előadások vázlatát a hallgatók elektronikus formában megkapják. Az előadások anyagának elmélyítését segítő irodalom: Némethné Dr. Sóvágó Judit; Általános és szervetlen kémiai technológia I. kötet, elektronikus jegyzet: Kádi P - Mészáros P - Sziklai G: Szervetlen kémiai technológia I. 1983, VE Várhegyi Gy - Scholtz J Szűcs F: Szervetlen kémiai technológia II. 1985,VE Vajta-Szebényi-Czencz: Általános kémiai technológia, Tankönyvkiadó, Bp, 1989 Várhegyi-Sziklai_Szűcs: Szervetlen kémiai technológia, Veszprémi Egyetem, 1985, VVE-4/1985 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Release 2005 Gerecs Árpád: Bevezetés a kémiai technológiába, Nemzeti Tankönyvkiadó, 1995 Kell-e jelentkezni a kurzusra: Igen, a regisztrációs héten, számítógépen a Neptun-rendszeren keresztül. Gyakorlati jegy értékelése: 5 fokozatú értékelés. A gyakorlati jegy számítása: A, a félév során írt zárthelyi dolgozat legalább elégséges érdemjegye*1/3 B, az üzemlátogatás tapasztalatairól készített beszámoló legalább elégséges érdemjegye*1/3 C, a laboratóriumi mérési jegyzőkönyv legalább elégséges érdemjegye*1/3 3

4 GYAKORLATI JEGY = A + B + C (tört szám esetében érdemjegy megállapítása a kerekítés szabályai szerint) 2. Tantárgytematika: Időpont ELMÉLET GYAKORLAT Az ivóvíz és az ipari víz technológiája. Klóripar A víz előfordulása, összetétele, a víz felhasználása, fizikai jellemzői, a vízben található oldott és oldhatatlan anyagok, Miért káros a vízkő?, vízben oldott egyéb anyagok, vízkémiai alapfogalmak a víz ph értéke, keménysége, sótartalma, a víz felhasználás szerinti minőségi követelményei (technológiai vizek, hűtővizek, stb.), a víz ipari felhasználása, vízelőkészítés, vízkezelés, a vízben szuszpendált lebegő anyagok eltávolítása, a víz gáztalanítása, a víz vastalanítása, mangántalanítása, olajtalanítása, stb., a víz fertőtlenítése, egyéb víztisztítási módszerek, az ivóvíz-előállítás általános technológiai sémája. Az ipari víz előállításának technológiája, a víz lágyítása, a víz teljes sótalanítása ioncserés vízlágyítással, membrántechnikai vízkezelés. Egyetemi Sportnap (oktatási szünet) Szennyvízkezelés: vízszennyezők csoportosítása jellegük és hatásaik alapján, szennyvizek csoportosítása eredetük szerint, a szennyvíztisztítás feladata, biológiai szennyvíztisztítás, teljes szennyvíztisztító rendszer bemutatása, a víz hőszennyezése, katasztrófák. A kősó kémiai technológiája: a nátrium-klorid vizes oldatának elektrolízise elméleti alapok, eljárások; diafragmás eljárás, higanykatódos elektrolízis, membrános eljárás, a technológiák összehasonlítása, sólékörforgalom, szintetikus sósavgyártás, SOLVAY féle szódagyártás. Vízkeménység számítása, vízlágyítás vegyszerigényének kiszámítása. Faraday-törvények alkalmazása NaCl elektrolízisre vonatkozóan Üzemlátogatás a Borsodchem víz- és klór üzemébe. 10:00-16: Ipar kormok gyártási technológiája Ipar kormok gyártási technológiája. Számítási feladat vegyipari szimulációs szoftverrel 4

5 Munkaszüneti nap Üzemlátogatás a TVK vízüzemébe és a CTC koromgyárába 10:00-16: Általános mérnöki ismeretek A technológia fogalma, a technológia tárgya és alkotóelemei, technológiával kapcsolatos alapfogalmak (nyersanyag, segédanyag, alapanyag, gyártmány, művelet, folyamat, stb.), technológiai alapműveletek, anyagi rendszerek csoportosítása, ipari termékek csoportosítása, az alapműveletek, alapfolyamatok eszközei, Az iparban használt energiaféleségek, a vegyipari művelettan kapcsolata a technológiával, szakaszos-, folyamatos- és félfolyamatos üzemek, az anyagok útjai A reakciósebesség, katalizátorok működési elve, a kémiai technológiai folyamatok ábrázolása, anyagmérleg, energiamérleg, a technológiai folyamatok gazdaságosságával kapcsolatos fogalmak (kapacitás kihasználás, a termelés fajlagos adatai, kitermelés vagy kihozatal, hatásfok, átalakulási fok, a berendezések termelékenysége: berendezések kapacitása, a termelés intenzitása, termelési költségek, a kémiai technológiák csoportosítása, vegyi anyagok fajtái. Kén-dioxid oxidációja során nyert egyensúlyi gázösszetétel számítása. KLÓROS VÉGGÁZ ELŐÁLLÍTÁSA ÉS TISZTÍTÁSA üzemi mérési gyakorlat ismertetése Vegyipar jellemzői, a kémiai technológia alaptörvényei, szabályai, a korrózió, a kémiai technológia fejlődésirányai, környezetvédelem, a gyártástechnológia kiválasztása, a mérnök szerepe a kémiai technológia gyakorlati megvalósításában :00-16:00 KLÓROS VÉGGÁZ ELŐÁLLÍTÁSA ÉS TISZTÍTÁSA üzemi mérési gyakorlat a Borsodchem műveleti laboratóriumában. Üzemlátogatás az ammónia gyárba Kénsavipar Nitrogénipar A kénsavgyártás története (ólomkamrás kénsavgyártás), a kénsavgyártás nyersanyagai, a kontakt kénsavgyártás részfolyamatai; kén-dioxid tartalmú gázok előállítása, kéndioxid tartalmú gázok tisztítása, a kén-dioxid oxidációja kéntrioxiddá, a kén-trioxid abszorpciója, a kén-dioxid oxidációjának fizikai-kémiai törvényszerűségei. A levegő szétválasztása, szintézisgáz előállítás szénhidrogén bázisú technológiával, CO konverzió, az ammónia szintézis termodinamikai jellemzőinek, egyensúlyi viszonyainak ismerete, az ammónia oxidációja, a nitrogén-monoxid abszorpciója vízben, salétromsavgyártás. Számítási feladatok a technológiai folyamatok alapvető fogalmainak (kapacitás, konverzió, kitermelés, stb.) gyakorlása céljából. Ammónia gyártás egyensúlyi gázösszetételének számítása 5

6 11. KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ :00 : 16:00 Zárthelyi dolgozat, szóbeli beszámolók 3. Minta zárthelyi dolgozat Név: Neptun kód: I. Téma: Általános mérnöki ismeretek Értelmezze a következő fogalmakat: 1. Szakaszos műveleti egység (2 pont): 2. Folyamatos műveleti egység (2pont): 3. Termelési költségek (összetevőinek felsorolása) (5 pont): 4. A technológiai műveletek és folyamatok fogalma, a két fogalom közötti különbség (2 pont): 5. Melyek a kémiai technológia alaptörvényei? (5 pont) 6. Alapanyag, segédanyag és termék vonatkozásában osztályozza a Solvay-féle szódagyártásban szereplő alábbi anyagokat! (6 pont) Kősó: Szén-dioxid: Víz: Ammónia: Kalcinált szóda: Mészkő: 7. Mennyi az összes konverzió abban az esetben, amikor a reaktorba betáplált 1000 kg anyagból 79% alakul át? (1 pont) 8. Mennyi a hasznos konverzió abban az esetben, ha 500 kg kiindulási anyagból a reaktoron való áthaladás után 450 kg alakult át úgy, hogy 400 kg a főtermék és 50 kg a melléktermék? (1 pont) II. Téma: Ivó- és ipari víz technológiájára vonatkozó kérdések: 9. Milyen oldott és szilárd anyagok fordulnak elő a nyersvízben? (5 pont) 10. Hogyan tisztítják a nyersvizet a mechanikai szennyeződésektől? (4 pont) 11. Miért kell a nyersvizet az oxigéntől és a szén-dioxidtól mentesíteni? (2 pont: 12. Milyen módszerekkel fertőtleníthető a víz? (4 pont) 13. Mi okozza a víz keménységét? (2 pont): 14. A termikus vízlágyítás vegyipari műveletnek vagy folyamatnak számít, miért? (2 pont: 15. Mikor kapunk lágyabb vizet, ha szódával, vagy ha trisóval lágyítunk? Miért? (2 pont: 16. Hogyan képződik a kazánkő? (3 pont) 17. Mire következtethetünk a víz NH 3 -, nitrit- és nitrát-tartalmából? (1 pont) 18. Milyen ph-jú legyen a kazántápvíz? Miért? (2 pont) 19. Melyek az ivóvízzel, kazántápvízzel és a hűtővízzel szemben támasztott követelmények? (6 pont) 20. Mi a lényege a biológiai szennyvíztisztító eljárásoknak? (3 pont) 21. Mennyi a változó keménysége 0 NK-ban annak a vízmintának, melynek 50 ml-ére 2 ml 0,02 mol/l koncentrációjú sósav oldat fogy? Írja fel a változó keménységet okozó sók reakcióegyenleteit! (6 pont) 6

7 22. A víz változó keménysége 64 0 NK, amit 80%-ban Ca-sók, 20%-ban Mg-sók okoznak. Állandó keménysége 28 0 NK, amit 40%-ban Ca-sók, 60%-ban Mg-sók okoznak. A víz 10 literében 1,1 mg szén-dioxid van oldva. Elméletileg mennyi mész és mennyi szóda szükséges 100 m 3 víz meszes-szódás vízlágyításához? (6 pont) III. Téma Egyéb szervetlen kémiai vonatkozású gyártási technológiák 23. A felsorolt vegyületek ipari előállítása során melyeket szintetizálják elemeiből? (2 pont) Szóda Sósav Kénsav Salétromsav Ammónia 24. Az ammónia szintézis reakcióegyenlete, a reakció kinetikai és termodinamikai sajátságai. (6 pont) 25. Mutassa be az ammónia előállításának folyamatát elvi folyamatábrán keresztül! (6 pont) 26. Melyik vegyület ipari előállításáról van szó? Írja fel az egyes kémiai folyamatok egyenletét! A kiindulási anyagot elégetik, az égésterméket tisztítják, majd oxidálják. A kapott terméket folyadékban elnyeletve kapják a végterméket. (5 pont) 27. Vizes NaCl-oldat elektrolízisekor melyek a lehetséges elektródfolyamatok? (4 pont) 28. Miért nem lehet a sólében Ca 2+ -, Mg 2+ - és SO 2-4-ion a higanykatódos elektrolíziskor? (2 pont) 29. Hasonlítsa össze a NaCl-oldat elektrolíziséhez alkalmazható higany katódos, diafragmás és membrános technológiákat az alábbi szempontok alapján (10 pont) Elektrolit tisztasága Lúg minőség Klór minőség Áramfelhasználás Környezeti terhelés Higany katódos Diafragmás Membrános g 24%-os NaCl-oldatot elektrolizálva 12,25 dm 3 standard állapotú klórgáz fejlesztése után az elektrolízist megszüntetjük. Mennyi lesz az oldat tömeg%-os összetétele az elektrolízis után? Írja fel az elektródfolyamatokat Hg-katód és vas anód alkalmazása esetén! (6 pont) 31. Ipari korom felhasználási területei (5 pont) 32. Ipari korom előállításának alapanyaga a CTK koromgyári technológia alapján (2 pont) Összes pontszám: 120 pont Elért pontszám: Pontozás: 0-60 pont: elégtelen pont: elégséges pont: közepes pont: jó pont: jeles 7

8 3. Egyéb követelmények Miskolc szeptember 6. Dr. Lakatos János Intézetigazgató Némethné Dr. Sóvágó Judit tantárgyjegyző 8