Общая химическая технология

Аннотация рабочей программы

диспиплины “Общая химическая технология”

 

Дисциплина «Общая химическая технология» является частью цикла ОПД ООП по направлению подготовки «Химия». Дисциплина реализуется на факультете естественных наук Национального исследовательского университета Новосибирский государственный университет кафедрой химии твердого тела.

Дисциплина «Общая химическая технология» охватывает круг вопросов, связанных с химическим производством, с комплексным использованием сырья. Основной целью освоения дисциплины является получение студентами теоретических знаний по общей химической технологии на современном уровне и во взаимосвязи с другими науками.

Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса:

  1. Изложение теоретических основ общей химической технологии.
  2. Ознакомление с общими методами промышленного химического производства.
  3. Изучение путей и средств наиболее целесообразного проведения технологических процессов на современном уровне.
  4. Знакомство с новыми технологическими решениями, в том числе разрабатываемыми при участии Институтов СО РАН.

Дисциплина нацелена на формирование общекультурных компетенций ОК-2, ОК-8, ОК-14, ОК-17, ОК-27, профессиональных компетенций ПК-2, ПК-9, ПК-11, ПК-16, ПК-29, ПК-32, ПК-36 выпускника.

Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: лекции, самостоятельная работа студентов. Предусмотрен текущий контроль посещаемости. Для контроля усвоения дисциплины учебным планом предусмотрен экзамен.

Общая трудоемкость дисциплины «Общая химическая технология» составляет 3 зачетные единицы, 66 академических часов и экзамен. Программой дисциплины предусмотрены 32 часа лекционных и 32 часа самостоятельной работы студентов, 2 часа консультаций.

 


1. Цели освоения дисциплины

            Дисциплина «Общая химическая технология» ориентирована на студентов, прослушавших курсы фундаментальных дисциплин по неорганической, органической, аналитической и физической химии.

Основной целью освоения дисциплины является получение студентами теоретических знаний по общей химической технологии на современном уровне и во взаимосвязи с другими науками.

Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса:

  1. Изложение теоретических основ общей химической технологии.
  2. Ознакомление с общими методами промышленного химического производства.
  3. Изучение путей и средств наиболее целесообразного проведения технологических процессов на современном уровне.
  4. Знакомство с новыми технологическими решениями, в том числе разрабатываемыми при участии Институтов СО РАН.

По окончании изучения указанной дисциплины студент должен:

—  иметь общее представление по всем разделам прочитанного курса;

—  понимать сущность физико-химических и химических процессов, лежащих в основе промышленных технологий химического производства;

—  уметь пользоваться полученными знаниями при анализе актуальности исследований по курсовым и дипломной работам.

Основные тенденции развития современной химической промышленности связаны с решением таких актуальных задач, как разработка новых высокоэффективных химико-технологических процессов, новых процессов комплексной переработки минерального сырья, нефти, газа, создание новых конструкционных и функциональных материалов. Эти задачи являются важными направлениями фундаметальных исследований институтов химического профиля Сибирского отделения РАН.

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Общая химическая технология» является частью химического цикла ООП по направлению подготовки «510500 Химия», профиль «Естественнонаучный».

Дисциплина «Общая химическая технология» опирается на следующие дисциплины данной ООП:

  • Неорганическая химия;
  • Органическая химия;
  • Аналитическая химия;
  • Физическая химия.

Результаты освоения дисциплины «Общая химическая технология» используются в специализированных дисциплинах данной ООП в институтах химического профиля СО РАН при специализации студентов химиков ФЕН.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Общая химическая технология»:

общекультурные компетенции: (ОК-2, ОК-8, ОК-14, ОК-17, ОК-27)

  • способен представить роль химической технологии в развитии человеческой цивилизации;
  • способен представить роль сырьевых ресурсов в развитии технологий производства  практически значимых веществ и материалов;
  • способен оценить проблему ресурсосбережения для развития цивилизации в 21 веке;
  • способен оценить важность и значимость экологической безопасности технологических процессов.

профессиональные компетенции: (ПК-2, ПК-9, ПК-11, ПК-16, ПК-29, ПК-32, ПК-36)

  • способен работать с научно-технической литературой, интернет источниками и использовать полученную информацию при осуществлении своей профессиональной деятельности;
  • способен сформулировать общее представление о структуре химико-технологических систем на основе знания типовых химико-технологических процессов и понимания взаимодействия технологий и окружающей среды;
  • способен самостоятельно повышать свой образовательный уровень знаний при изменении направлений профессиональной деятельности в связи с научно-техническим прогрессом.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен

знать:

  • физико-химические и химические процессы, лежащие в основе основных промышленных технологий химического производства;
  • перспективные разработки в области новых технологических решений на основе опыта институтов Сибирского отделения.

уметь:

  • пользоваться полученными знаниями при анализе прикладных аспектов фундаментальных исследований в рамках специализации в институтах химического профиля СО РАН.

владеть:

  • способами анализа и критической оценки различных подходов к формированию новых технологических решений;
  • способами пополнения профессиональных знаний на основе использования оригинальных источников, в том числе электронных из разных областей общих и профессиональных источников.

4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 66 часов плюс экзамен.

№ п/п

Раздел дисциплины

Семестр

Неделя  семестра

Формы текущего контроля успеваемости
(по неделям семестра)

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Формы текущего контроля успеваемости
(по неделям семестра)

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Лекции

Самост. работа

Консультация

Экзамен

1

Основные определения и понятия химической технологии.

Общее представление о химической технологии. Классификация исходного сырья. Уровни изучения и основные критерии технологических процессов. Связь с другими науками.

Дробление и измельчение. Основные законы измельчения. Зависимость от характера приложенного напряжения. Критерий Бонда.

6

1

2

2

2

Методы обогащения полезных ископаемых.

Физические методы обогащения полезных ископаемых. Физико-химические методы обогащения. Флотация. Основные понятия и используемые флотореагенты.

6

2

2

2

3

Пирометаллургическиепроцессы.

Основные виды пирометаллургических процессов. Достоинства и недостатки. Термодинамические и кинетические особенности процессов. Производство чугуна. Методы получения и рафинирования металлов.

6

3

2

2

4

Гидрометаллургические процессы.

Особенности гидрометаллургических процессов и их виды. Реакции, используемые при выщелачивании.

Гидрометаллургическое разделение элементов. Осаждение. Экстракция и экстрагенты. Ионообменные процессы в гидрометаллургии.

6

4

2

2

5

Производство серной кислоты.

Технология производства серной кислоты. Последовательность производственных стадий. Способы получения сернистого газа, его окисление. Контактное отделение, закономерности процесса. Пути повышения конверсии SO2. Адсорбция триоксида серы. Доочистка отходящих газов. Новые процессы и катализаторы (реверс-процесс, адсорбционно-каталитический процесс окисления SO2).

6

5

2

2

6.1

Производство аммиака, азотной кислоты, и азотных минеральных удобрений (I).

Способы получения аммиака. Технология получения аммиака. Источники и пути получения водорода. Очистка газа от вредных примесей. Технологические проблемы производства. Производство соды.

Получение азотной кислоты. Окисление аммиака, используемые катализаторы. Технологическая схема производства. Получение концентрированной азотной кислоты. Технологические проблемы. Области применения кислоты. Активация азота.

 

6

6

2

2

6.2

Производство аммиака, азотной кислоты, и азотных минеральных удобрений (II).

Минеральные удобрения. Азотные удобрения. Аммиачная селитра и особенности ее применения. Технологическая схема производства карбамида и его использование в промышленности.

6

7

2

2

7

Нефтехимическое производство (I).

Нефтепереработка. Общие положения. Состав нефти. Углеводородный газ. Его источники, состав.

Переработка природных газов. Газовые гидраты и предупреждение их образования. Очистка газов от воды, кислых примесей.  Точка росы. Разделение на фракции.  Ректификация.

Первичная переработка нефти. Стабилизация, обезвоживание и обессоливание. Атмосферная и вакуумная перегонка. Глубина переработки нефти. Продукты первичной переработки.

Бензин. Октановое число. Состав бензина. Компаундирование. Перспективы производства. Дизельное топливо. Цетановое число. Температура застывания, зимнее и летнее ДТ.

6

8

2

2

8

Нефтехимическое производство (II).

Вторичная переработка нефти. Каталитический крекинг. Химия к.к., сырье, условия, катализаторы,  установки, продукты.

Каталитический риформинг. Химия риформинга, условия, катализаторы, установки. Термические (некаталитические) процессы. Крекинг, коксование, пиролиз. Продукты термических процессов. Олефины, кокс, битум.

Гидрогенизационные процессы. Гидрообессеривание. Катализаторы, условия, установки. Гидрокрекинг.  Катализаторы, условия, установки. Гидроизомеризация. Катализаторы, условия, установки.

Новые процессы ИК.

6

9

2

2

9.1

Функциональные покрытия как метод создания новых материалов и модификации поверхности твердых тел (I). Основные химические и физические методы получения покрытий. Физико-химические процессы формирования функциональных покрытий.

Получение металлических покрытий на различных материалах. Химические методы осаждения металлических покрытий из водных растворов. Получение металлических покрытий методом испарения и конденсации в вакууме.

6

10

2

2

9.2

Функциональные покрытия как метод создания новых материалов и модификации поверхности твердых тел (II). CVD-процессы: Процессы образования покрытий при термораспаде летучих соединений металлов. Управление процессом осаждения плёнок из паровой фазы. Особенности технологического оформления процессов осаждения пленок и покрытий. Получение различных типов покрытий разложением летучих соединений металлов с органическими лигандами.

6

11

2

2

10

Применение контролируемого микроволнового излучения в химии веществ и материалов.

Применение микроволнового излучения (МВИ) в органическом и неорганическом синтезе. Основные представления о взаимодействии МВИ с веществом. Микроволновые печи для проведения химических процессов в исследовательских и промышленных лабораториях. Особенности, преимущества и недостатки. Примеры синтезов, проводимых под воздействием МВИ.

6

12

2

2

11

Нанотехнология.

Основные понятия и определения наук о наносистемах и нанотехнологий. История возникновения нанотехнологий и наук о наносистемах.

Примеры нанообъектов и наносистем, их особенности и технологические приложения. Объекты и методы нанотехнологий. Принципы и перспективы  развития  нанотехнологий.

6

13

2

2

12

Инфракрасная фотохимия.

Принцип действия лазера на свободных электронах (ЛСЭ). Ожидаемые приложения ИК ЛСЭ.

Инфракрасная многофотонная диссоциация (ИК МФД). Изотопное разделение на основе ИК МФД. Лазерная абляция и ее применение в химии биологически активных веществ. Инфракрасная фотохимия и водородные связи в веществе.

6

14

2

2

13

Композиционные материалы.

Определение. Принцип построения композита. Основные компоненты композитов. Правило смесей. Классификация композитов. Методы получения компонентов: (волокон, матриц, интерфазы). Примеры композитов.

6

15

2

2

14

Производство наноструктур (nanofabrication) с помощью методов локальной зондовой микроскопии (СТМ, АСМ).

Производство наноструктур методами локальной зондовой микроскопии. Характеристика сканирующей туннельной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. Принципы,  возможности, проблемы.

Способы создания наноструктур: механическая, химическая, магнитная, термическая модификации и модификация электрическим полем. Перспективы применения и недостатки методов.

6

16

2

2

6

17

2

 

 

 

Экзамен

32

32

2

 

66

Форма организации учебного процесса: лекционный курс, самостоятельная работа студента, проведение необходимых консультаций, экзамен.

5. Образовательные технологии

Используется лекционная система обучения с предоставлением основных лекционных материалов в виде электронных презентаций в рамках курса “Общая химическая технология”. PDF-файлы.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Для самостоятельной работы студентов и более глубокого усвоения курса материалы лекций представлены на сайте НГУ: http://fen.nsu.ru/fen.phtml?topic=meth. Перечень вопросов к экзамену представлен на этом же сайте.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а) основная литература:

  1. Р. С. Соколов «Химическая технология», т. 1, т. 2, Москва, изд. Владос, 2000 г.
  2. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г., Общая химическая технология. М.: Высш. шк., 2003.
  3. Брянкин К.В., Утробин Н.П., Орехов В.С., Дьячкова Т.П. Общая химическая технология: Учебное пособие. Часть 2 – Тамбов: Издательство ТГТУ, 2006. – 172 с.
  4. Крылов О.В. «Гетерогенный катализ», Новосибирск, изд. НГУ, 2002 г., 4 тома.
  5. Microwave Synthesis Comes to the Academic Laboratory, Charles Schoenfeld, Merrill Loechner, and Laura Favretto 22, NOVEMBER 2003, AMERICAN LABORATORY.
  6. Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology. Ed. by Hari Singh Nalwa. Academic Press, 2000.
  7. Ментшутина Н.В. Введение в нанотехнологию.-Калуга: Изд. наун. лит-ры Бочкаревой Н.Ф., 2006.-132с.
  8. Андриевский Р.А. Наноматериалы: концепция исовременные проблемы // Рос. хим. журнал.-2002.-Т.XLVI, №5.-с.50-56.
  9. Ф. Мэттьюз, Р. Роллингс, «Композитные материалы. Механика и технология». Москва: Техносфера, 2004.
  10. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Том II. Новосибирск. 2004. Под ред. В.С. Вострикова.

б) дополнительная литература:

  1. Бальшин М.Ю. Научные основы порошковой металлургии. Металлургия, 1972.
  2. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия, 1977.
  3. K. Eric Drexler. Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation. Wiley, 1992.
  1. Суздалев И.П. Нанотехнология: пути развития и перспективы// ВестникРФФИ.-№ 6 (50), ноябрь-декабрь 2006.-С.27-46.
  2. С.С. Бердоносов, МГУим. М.В. Ломоносова, Микроволноваяхимия, Соросовский образовательный журнал, т. 7, №1, 2001.

в)  Интернет-ресурсы:

  1. http://perst.isssph.kiae.ru/ (Перст – Перспективные Технологии).
  2. http://elibrary.ru/defaultx.asp, http://lib.hsms.msu.ru/ (Электронная библиотека РФФИ и ФНМ).
  3. Курс лекций “Современные функциональные материалы”, http://www.fnm.msu.ru/main.php?topic=12&show=33.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

  • Ноутбук, медиа-проектор, экран.
  • Программное обеспечение для демонстрации слайд-презентаций.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению «Химия».

Авторы:                                                                         Болдырев Владимир Вячеславович

профессор, академик РАН, д.х.н.;

Михеев Александр Николаевич

к.х.н., с.н.с. ИНХ СО РАН