SZERVETLEN KÉMIAI TECHNOLÓGIA ANYAGMÉRNÖK BSC ALAPKÉPZÉS VEGYIPARI TECHNOLÓGIAI MODUL (nappali munkarendben) TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR KÉMIAI INTÉZET Miskolc, 2013/2014. I. félév 1
Tartalomjegyzék 1. Tantárgyleírás, tárgyjegyző, óraszám, kreditérték 2. Tantárgytematika 3. Minta zárthelyi 4. Egyéb követelmények 1. Tantárgyleírás Tantárgy neve: SZERVETLEN KÉMIAI TECHNOLÓGIA (BSc nappali tagozatos hallgatók részére) Tárgyfelelős: Némethné Dr. Sóvágó Judit egyetemi docens Javasolt félév: 5. őszi félév Tantárgy neptun kódja: MAKKEM272B Tárgyfelelős intézet: Miskolci Egyetem, Műszaki Anyagtudományi Kar, Kémiai Intézet Tantárgyelem: kötelező, vegyipari technológia szakirányos tárgy Előfeltétel: Aláírás vegyipari műveletek (GEVGT 202B) tantárgyakból Óraszám/hét:2 óra előadás+1 óra gyakorlat Számonkérés módja: aláírás-gyakorlati jegy Kreditpont: 3 Tagozat: nappali Tantárgy feladata és célja: A vegyiparban alkalmazott fontosabb szervetlen kémiai átalakítási módszerek, technológiák megismerése és az ismeretek elmélyítése üzemlátogatásokon, üzemi mérési gyakorlatokon és kiselőadások tartásán keresztül. A gyakorlat fő célja a projektorientált gondolkodásmód elsajátítása, a csapatszellem kialakítása. A hallgatói gyakorlatok elvégzése, ill. a kiselőadások tartása kiscsoportos formában történik. Tantárgy tematikus 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. o Félüzemi mérési gyakorlat a BorsodChem Kihelyezett Műveleti Laboratóriumában. 2
Oktatási módszer: Szóbeli előadások, valamint számolási gyakorlatok. Az előadás megtartása tömbösített formában, kivetített ppt. slide-ok segítségével történik. Az előadások anyagának elmélyítését üzemlátogatások és félüzemi gyakorlat segítik. A kurzusra jelentkezés módja: A regisztrációs héten számítógépen, a Neptun-rendszeren keresztül. Félévközi számonkérés módja, követelmények: A gyakorlati jegy megszerzésének előfeltétele: o Az előadások legalább 60 %-án történő részvétel. o Az elméleti ismeretek, számítási feladatok és laboratóriumi mérési gyakorlat tapasztalatai alapján írt zárthelyi dolgozat legalább elégséges szintjének teljesítése. o A műveleti laboratóriumi gyakorlat mérési eredményei alapján készített jegyzőkönyv elkészítése, mely tartalmaz egy minimum 1 oldalas következtetést is, amit a hallgató a gyakorlat során szerzett tapasztalatai és a mérési eredmények alapján készít el. A jegyzőkönyvnek minimum elégséges minősítést kell elérnie. 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 Zrt-nél 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. 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 és kiselőadás legalább elégséges érdemjegye*1/3 C, a laboratóriumi mérési jegyzőkönyv legalább elégséges érdemjegye*1/3 GYAKORLATI JEGY = A + B + C (tört szám esetében érdemjegy megállapítása a kerekítés szabályai szerint) 3
Kötelező irodalom (legalább 3 irodalom, lehetőleg 1 idegen nyelvű: Némethné Dr. Sóvágó Judit; Általános és szervetlen kémiai technológia I. kötet, 2011. elektronikus jegyzet: http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0001_1a_a3_03_ebook_vegyipari_es_p etrolkemiai_technologiak/adatok.html Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Release 2005 Gerecs Árpád: Bevezetés a kémiai technológiába, Nemzeti Tankönyvkiadó, 1995 Ajánlott irodalom (legalább 3 irodalom, lehetőleg 1 idegen nyelvű: Hannus István, Halász János, Kiricsi Imre: Kémiai technológia; JATEpress, 2006. Adorjánné Dr. Magasitz Erzsébet, Dr. Baloghné Dr. Kardhordó Noémi, Dr. Forgács József, Répás László; Vegyipari technológia; Műszaki könyvkiadó, 2000. Robert H. Perry and Don W. Green; Perry's chemical engineers' handbook. McGraw- Hill, 2008. 2. Tantárgytematika: Időpont ELMÉLET GYAKORLAT 1. Az ivóvíz és az ipari víz technológiája 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. 2. 3. Klóripar 4. Ipar kormok gyártási technológiája 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. Ipar kormok gyártási technológiája. Vízkeménység számítása, vízlágyítás vegyszerigényének kiszámítása. Faraday-törvények alkalmazása NaCl elektrolízisre vonatkozóan. 4
5. Üzemlátogatás a Borsodchem víz- és klór üzemébe. 6. 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. Kén-dioxid oxidációja során nyert egyensúlyi gázösszetétel számítása. Ammónia gyártás egyensúlyi gázösszetételének számítása 7. PETROLKÉMIAI TECHNOLÓGIÁK* 8. Üzemlátogatás a TVK vízüzemébe és a CTC koromgyárába 9. PETROLKÉMIAI TECHNOLÓGIÁK* 10. KLÓROS VÉGGÁZ ELŐÁLLÍTÁSA ÉS TISZTÍTÁSA üzemi mérési gyakorlat ismertetése Számítási feladat vegyipari szimulációs szoftverrel 11. PETROLKÉMIAI TECHNOLÓGIÁK* 12. KLÓROS VÉGGÁZ ELŐÁLLÍTÁSA ÉS TISZTÍTÁSA üzemi mérési gyakorlat a Borsodchem műveleti laboratóriumában. Üzemlátogatás az ammónia gyárba. 13. 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. Számítási feladatok a technológiai folyamatok alapvető fogalmainak (kapacitás, konverzió, kitermelés, stb.) gyakorlása céljából. 5
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 14. Zárthelyi dolgozat, szóbeli beszámolók * A kurzus az üzemlátogatások időtartamának biztosítása miatt tömbösített formában, a Petrolkémiai technológiák című kurzus óráival összehangoltan kerül megvalósításra. 3. Minta zárthelyi dolgozat 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) 6
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) 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 30. 300 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) 7
Összes pontszám: 120 pont Elért pontszám: Pontozás: 0-60 pont: elégtelen 61-75 pont: elégséges 76-85 pont: közepes 86-100 pont: jó 101-120 pont: jeles 3. Egyéb követelmények Miskolc. 2013. augusztus 10. Dr. Lakatos János Intézetigazgató Némethné Dr. Sóvágó Judit tantárgyjegyző 8