SZERVETLEN KÉMIAI TECHNOLÓGIA ANYAGMÉRNÖK ALAPKÉPZÉS VEGYIPARI TECHNOLÓGIAI SZAKIRÁNY TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR KÉMIAI INTÉZET Miskolc, 2010/2011 1
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 Tantárgy 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. o Üzemlátogatások a Borsodchem klór- és vízüzemében, a TVK vízüzemében és a CTK Koromgyárában. 2
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: 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 GYAKORLATI JEGY = A + B + C (tört szám esetében érdemjegy megállapítása a kerekítés szabályai szerint) 3
2. Tantárgytematika: Időpont ELMÉLET GYAKORLAT 1. 2010. 09.09. Az ivóvíz és az ipari víz technológiája 2. 2010. 09.16. 08:00-14:00. 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. Szennyvízkezelés: vízszennyezők csoportosítása jellegük és hatásaik alapján, szennyvizek csoportosítása eredetük szerint, a szennyvíztisztítás feladata, biológiai szennyvíztisztítás, teljes szennyvíztisztító rendszer bemutatása, a víz hőszennyezése, katasztrófák. Vízkeménység számítása, vízlágyítás vegyszerigényének kiszámítása. 3. 2010. 09.23. Klóripar Ipar kormok gyártási technológiája 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. Faraday-törvények alkalmazása NaCl elektrolízisre vonatkozóan. 4. 2010. 10.07. Üzemlátogatás a Borsodchem víz- és klór üzemébe. 8:00-14:00 5. 2010. 10.14. Üzemlátogatás a TVK vízüzemébe és a CTC koromgyárába 6. 2010. 10.28. 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 Számítási feladatok a technológiai folyamatok alapvető fogalmainak (kapacitás, konverzió, kitermelés, stb.) gyakorlása céljából. A reakciósebesség, katalizátorok működési elve, a kémiai 4
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. 7. 2010. 11.11. Általános mérnöki ismeretek Kénsavipar 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 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. Kén-dioxid oxidációja során nyert egyensúlyi gázösszetétel számítása. KLÓROS VÉGGÁZ ELŐÁLLÍTÁSA ÉS TISZTÍTÁSA üzemi mérési gyakorlat ismertetése 8. 2010. 11.18. 8:00-14:00 KLÓROS VÉGGÁZ ELŐÁLLÍTÁSA ÉS TISZTÍTÁSA üzemi mérési gyakorlat a Borsodchem műveleti laboratóriumában. 9. 2010. 12.02. Nitrogénipar 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. Ammónia gyártás egyensúlyi gázösszetételének számítása 10. 2010. 12.09. 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
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) 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) 6
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) 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. 2010. szeptember 01. Dr. Lengyel Attila Intézetigazgató Némethné Dr. Sóvágó Judit tantárgyjegyző 7