repead.ru 1

УТВЕРЖДАЮ

Директор института ИПР

___________А. К. Мазуров

«___»_____________2011г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Катализ и технология катализаторов


НАПРАВЛЕНИЕ ООП 240100 Химическая технология

ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ

Химическая технология неорганических веществ и материалов

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) магистр

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА ___2011_____ г.

КУРС_2_____ СЕМЕСТР ____3____

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ _3_____

ПРЕРЕКВИЗИТЫ: Б2.Б6, Б3.В.3.3, Б3.В.3.4

КОРЕКВИЗИТЫ: М2.В.5.1

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

Лекции_________________ 9 час.

Практические занятия____ 27 час.

АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ ___36__ час.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА _36___ час.

ИТОГО __72__ час.

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ______очная____________

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ________экзамен_________

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ______кафедра ОХТ______


ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ_____________В.В. Коробочкин

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП _______________ В.М. Погребенков

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ _______________ Д.А. Горлушко


2011 г.

1. Цели освоения дисциплины

Дисциплина нацелена на подготовку магистрантов к:

- производственно-технологической деятельности в области химических технологий, конкурентоспособных на мировом рынке;

- эксплуатации и обслуживанию современных высокотехнологичных линий производства с высокой эффективностью, выполнением требований защиты окружающей среды и правил безопасности производства;

- поиску и анализу профильной научно-технической информации, необходимой для решения конкретных инженерных задач.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Согласно ФГОС и ООП «Химическая технология» дисциплина «Катализ и технология катализаторов» является специальной дисциплиной и относится к профессиональному циклу.



Код дисциплины



Наименование дисциплины

Кредиты

Форма контроля

М2.В.5.3

Катализ и технология катализаторов

3

экзамен

Пререквизиты

Б3.В.3.4

Химическая технология неорганических веществ.

4

экзамен

Б3.В.3.3

Основы проектирования и оборудование заводов.

8

экзамен

Б2.Б6

Физическая химия

8

экзамен

Кореквизиты

М2.В.5.1

Технология основного неорганического синтеза

3

экзамен

3. Результаты освоения дисциплины

Студент должен:


Знать

З1. Закономерности, механизмы и теории каталитического действия;

З2. роль катализаторов в современной химической технологии;

З3. основные направления использования получаемых соединений;

З4. способы и схемы производства катализаторов;

З5. технику безопасности и охрану окружающей среды в производстве катализаторов.

Уметь:


У1. Находить и прогнозировать научные основы для разработки новых активных катализаторов;

У2. выбирать и описывать технологии приготовления и аппаратурное оформление основных каталитических производств;

У3. сравнивать схемы производств и выбирать наиболее оптимальные при данных условиях работы;

У4. находить технологическое оборудование и прогнозировать принципы его работы;

У5. подбирать аппаратуру на основании кинетических данных и скорости процесса.


Владеть:

В1. Основами расчёта и подбора оптимальных катализаторов и каталитических систем;

В2. Методами анализа основных химических реакторов;

В3. Методами анализа тепловыделяющих и теплоиспользующих установок, а также гидродинамических характеристик оборудования;

В4. Опытом работы и использования в ходе обучения научно-технической информации, Internet-ресурсов, поисковых ресурсов и др. в области катализа и технологии катализаторов.


Выпускник должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):

- самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-6).

Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

Общепрофессиональными:

- способностью и готовностью к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов в соответствии с направлением и профилем подготовки (ПК-1);

Производственно-технологическими:

- к решению профессиональных производственных задач - контролю технологического процесса, разработке норм выработки, разработке технологических нормативов на расход материалов, заготовок, топлива и электроэнергии, к выбору оборудования и технологической оснастки (ПК-4);

- к совершенствованию технологического процесса - разработке мероприятий по комплексному использованию сырья, по замене дефицитных материалов и изысканию способов утилизации отходов производства, к исследованию причин брака в производстве и разработке предложений по его предупреждению и устранению (ПК-5);

организационно-управленческая деятельность:

- находить оптимальные решения при создании продукции с учетом требований качества, надежности и стоимости, а также сроков исполнения, безопасности жизнедеятельности и экологической чистоты (ПК-10);

4. Структура и содержание дисциплины

4.1 Содержание разделов дисциплины

1. Особенности протекания каталитических процессов

2. Теории каталитического действия и механизмы основных каталитических процессов

3. Основные требования, предъявляемые к промышленным катализаторам

4. Основные этапы приготовления и способы производства катализаторов и сорбентов


4.2 Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения

Название раздела/темы

Аудиторная работа (час)

СРС

(час)

Колл,

Контр.Р.

Итого

Лекции

Практ./сем.

Занятия

Лаб. зан.

1. Особенности протекания каталитических процессов

2

2



2





6

2. Теории каталитического действия и механизмы основных каталитических процессов

2

4




6




12

3. Основные требования, предъявляемые к промышленным катализаторам

2

4




4




10

4. Основные этапы приготовления и способы производства катализаторов и сорбентов

3

17




24

К1

44

Итого

9

27




36




72




    1. Раздел 1. Особенности протекания каталитических процессов

Лекция. Общие сведения из истории катализа, вклад русских ученых в развитие катализа. Классификация каталитических реакций в химическом процессе. Стадии гетерогенного катализа. Адсорбция как необходимая стадия гетерогенного катализа. Виды адсорбции, методы различия хемосорбции и физической адсорбции.

Практические занятия. Получение изотермы Лэнгмюра для диссоциативной адсорбции. Получение изотерм адсорбции на неоднородной поверхности.






    1. Раздел 2. Теории каталитического действия и механизмы основных каталитических процессов

Лекция. Основные теории каталитического действия: Адсорбционная теория катализа (Фарадей, Поляни, Шваб); Теория промежуточных соединений (Менделеев, Сабатье, Зелинский); Теория поверхностных промежуточных соединений (Боресков, Темкин, Кобозев и др.); Мультиплетная теория катализа (Баландин)

Практические занятия. Теория активных ансамблей (Кобозев); Электронная теория катализа (Волькенштейн); Теория пересыщения (Рочинский);. теория активной кристаллической поверхности (Боресков).


Раздел 3. Основные требования, предъявляемые к промышленным катализаторам

Лекция. Активность, избирательность (селективность), температура зажигания, термостойкость, устойчивость к рекристаллизации, теплопроводность, проч-ность и износоустойчивость, стойкость к действию ядов, стоимость. Отравление и модифицирование катализаторов.

Практические занятия. Регенерация контактных масс. Носители катализаторов.

Раздел 4. Основные этапы приготовления и способы производства катализаторов и сорбентов

Лекция. Осажденные контактные массы. Приготовление катализаторов методом пропитки. Технология смешанных катализаторов. Приготовление катализаторов методом плавления исходных компонентов. Цеолиты и катализаторы на их основе. Способы формования катализаторов. Основные направления развития технологии катализаторов.

Практические занятия. Технология получения промышленных катализаторов.


4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины

Формируемые

компетенции


Разделы дисциплины

1

2

3

4



З.1

+

+

-

-



З.2

+

+

+

+



З.3

+

+

-

-



З.4

-

-

-

+



З.5

-

-

-

+



У.1.

+

-

-

+



У.2

+

-

-

+



У.3

-

+

+

+



У.4

-

+

+

+



У.5

-

+

+

+



В.1

-

+

+

+



В.2

-

-

-

+



В.3

-

-

-

+



В.4

+

+

+

+



5. Образовательные технологии

Методы и формы организации обучения (ФОО)

ФОО

Методы

Лекц.

Пр. зан./

Сем.


СРС

Репродуктивные методы










Объяснительно-иллюстративное изложение

+

-

-

Повествовательное изложение

+

-

-

Иллюстративный метод

+

+

+

Чтение и обсуждение текстов

-

-

+

Упражнение

-

+

+

Продуктивные методы










Метод проблемного изложения

+

-

-

Методы проблемного обучения.

-

+

-

Опережающая самостоятельная работа

+

-

-

IT-методы

-


-

+

Дискуссия

+

+

-


6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

6.1 Текущая самостоятельная работа (СРС)

Текущая самостоятельная работа по дисциплине «Катализ и технология катализаторов», направленная на углубление и закрепление знаний студента, на развитие практических умений, включает в себя следующие виды работ:

  • работа с лекционным материалом;

  • изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;

  • подготовка докладов;

  • подготовка к письменным опросам и контрольным работам;

  • подготовка к экзамену.

6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР)

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа по дисциплине «Катализ и технология катализаторов», направленная на развитие интеллектуальных умений, общекультурных и профессиональных компетенций, развитие творческого мышления у студентов, включает в себя следующие виды работ по основным проблемам курса:

  • поиск и анализ литературы и электронных источников информации по заданной проблеме;

  • выполнение расчетных работ, обработка и анализ данных;

  • анализ научных публикаций по определенной преподавателем теме

6.3 Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине «Катализ и технология катализаторов»

1. Темы индивидуальных домашних заданий

№ п/п

Тема

1


Прогнозирование каталитической активности веществ на основе метода Бренстеда-Поляни

2

Количественные и качественные методы оптимального подбора катализаторов

3

Важнейшие каталитические процессы и катализаторы ТНВ

2. Темы докладов

№ п/п

Тема

1




2




3




4




5




6




7




8




9




10




11




12




13



14





15




16




17




18






3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку

№ п/п

Тема

Число часов

1

Катализаторы окисления аммиака кислородом воздуха. Технология катализатора КН-2.

2

2

Катализаторы очистки хвостовых газов от окислов азота.

2

3

Катализаторы синтеза метанола.

2

4

Катализатор КС окисления SO2 в SO3.

4

5

Технология катализатора СТК

2

6

Закономерности конверсии СО с водяным паром. Основные стадии и технологическая схема получения катализатора НТК-4.

2

7

Схема восстановления катализатора НТК-4.

2

8


Закономерности конверсии СН4 с водяным паром.

2

9

Основные стадии и технологические схемы получения катализаторов окисления сернистого ангидрида БАВ и СВС.

2

10

Основные стадии и технологические схемы получения катализаторов окисления аммиака АВК-10М и АПК-2.

2



6.4 Контроль самостоятельной работы



Вид самостоятельной работы

Форма контроля

1

Работа с лекционным материалом

Проверка конспектов

2

Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку

Письменный опрос или контрольная работа

3

Подготовка докладов

Презентация докладов

4

Подготовка к письменным опросам и контрольным работам

Письменный опрос и контрольная работа

5

Подготовка к экзамену

Экзамен

6

Поиск и анализ литературы и электронных источников информации по заданной проблеме

Презентация докладов


7

Выполнение расчетных работ, обработка и анализ данных

Защита ИДЗ, контрольная работа

8

Анализ научных публикаций по определенной преподавателем теме

Дискуссия



6.5 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Для организации самостоятельной работы студентов (выполнения индивидуальных домашних заданий; самостоятельной проработки теоретического материала, подготовки по лекционному материалу; контрольным работам, экзамену) необходимо использовать следующую литературу:

1. Г.М. Панченков, В.П. Лебедев. Химическая кинетика и катализ. М: Химия, 1985.- 589с.

2. И.П. Мухленов и др. Технология катализаторов. Л: Химия, 1989 – 324с.

3. Д.В. Сокольский, В.А. Друзь. Введение в теорию гетерогенного катализа. М: Высшая школа, 1981 – 915с.

4. И.И. Иоффе, Б.А. Решетов, А.М. Добротворский. Гетерогенный катализ: физико-химические основы. Л: Химия, 1985 – 472с.

5. Крылов О.В. Гетерогенный катализ. С.-П.: Академкнига, 2004 – 679с.

6. В.В. Коробочкин, Е.А. Ханова. Технология катализаторов. Часть I. Методы приготовления катализаторов. Учебное пособие. – Томск, из-во ТПУ, 2008. - 50с.

7. В.В. Коробочкин. Технология катализаторов. Часть II. Технологические схемы приготовления промышленных катализаторов. Учебное пособие. – Томск, из-во ТПУ, 2008. - 89с.


7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины

Средства (фонд оценочных средств) оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации студентов по итогам освоения дисциплины «Катализ и технология катализаторов» представляют собой комплект контролирующих материалов следующих видов:


  • Письменные опросы представляют собой короткие задания, в виде 1-3 вопросов, выполняются на практических занятиях в течение 5-10 минут. Проверяются знания текущего материала: основные понятия и определения.

  • Доклады представляют собой краткий устный ответ студента по выбранной теме, выполняются на лекциях или практических занятиях в течение 5-10 минут. Проверяют самостоятельную работу студентов.

  • Контрольные работы. Состоят из теоретических и практических вопросов по основным разделам курса. Проверяется степень усвоения теоретических и практических знаний. Выполняются на практических занятиях в течение 15-20 минут.

  • Экзаменационные билеты состоят из теоретических (2 вопроса) по разделам, изучаемым в семестре.

Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить степень усвоения теоретических и практических знаний, приобретенные умений и способствуют формированию профессиональных и общекультурных компетенций студентов.

Примеры итоговой и текущей оценки качества освоения дисциплины расположены в приложении.

8. Рейтинг качества освоения дисциплины

В соответствии с рейтинговой системой, текущий контроль производится ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы) и результатов практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем).

Промежуточная аттестация (экзамен) проводится в конце семестра также путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки в течение семестра и баллов промежуточной аттестации в конце семестра по результатам экзамена и зачета. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.

Для сдачи каждого задания устанавливается определенное время сдачи (в течение недели, месяца и т.п.). Задания, сданные позже этого срока, оцениваются два раза ниже, чем это установлено в рейтинг-плане дисциплины.



Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины) в течение семестра

Дисциплина

Катализ и технология катализаторов

Число недель 8

18

Институт

Институт природных ресурсов

Кол-во кредитов

3

Кафедра

Общей химической технологии

Лекции, час

9

Семестр

Третий

Практич. занятия, час

27

Группы




Всего аудит.работы, час

36

Преподаватель

Горлушко Дмитрий Александрович

Самост.работа, час

36








ВСЕГО, час

72

Недели


Текущий контроль

Теоретический материал

Практическая деятельность

Название раздела

Темы лекций

Баллы

Темы практических занятий (решаемые задачи)

Баллы

Индивидуальные задания (рубежные контрольные работы, рефераты и т.п.)

Баллы

Итого

1, 2

1. Особенности протекания каталитических процессов

Общие сведения из истории катализа, вклад русских ученых в развитие катализа. Классификация каталитических реакций в химическом процессе. Стадии гетерогенного катализа. Адсорбция как необходимая стадия гетерогенного катализа.


2

Получение изотермы Лэнгмюра для диссоциативной адсорбции. Получение изотерм адсорбции на неоднородной поверхности.

3

Виды адсорбции, методы различия хемосорбции и физической адсорбции.

2

9

3, 4, 5

2. Теории каталитического действия и механизмы основных каталитических процессов


Основные теории каталитического действия: Адсорбционная теория катализа (Фарадей, Поляни, Шваб); Теория промежуточных соединений (Менделеев, Сабатье, Зелинский);

2

Теория поверхностных промежуточных соединений (Боресков, Темкин, Кобозев и др.); Мультиплетная теория катализа (Баландин)Теория активных ансамблей (Кобозев); Электронная теория катализа (Волькенштейн); Теория пересыщения (Рочинский);. теория активной кристаллической поверхности (Боресков).


4







6

Всего по контрольной точке (аттестации) № 1

15

6, 7, 8

3. Основные требования, предъявляемые к промышленным катализаторам

Активность, избирательность (селективность), температура зажигания, термостойкость, устойчивость к рекристаллизации, теплопроводность, проч-ность и износоустойчивость, стойкость к действию ядов, стоимость.


2

Отравление и модифицирование катализаторов. Регенерация контактных масс.

4

Носители катализаторов.

4

10

Всего по контрольной точке (аттестации) № 2

10

9, 10, 11, 12

4. Основные этапы приготовления и способы производства катализаторов и сорбентов

Осажденные контактные массы. Приготовление катализаторов методом пропитки. Технология смешанных катализаторов. Приготовление катализаторов методом плавления исходных компонентов. Цеолиты и катализаторы на их основе.

4

Технология получения промышленных катализаторов.

6

Важнейшие каталитические процессы и катализаторы ТНВ

5

15

Всего по контрольной точке (аттестации) № 3


15

13, 14, 15, 16, 17,18

4. Основные этапы приготовления и способы производства катализаторов и сорбентов

Способы формования катализаторов. Основные направления развития технологии катализаторов.


2

Технология получения промышленных катализаторов.

6

Важнейшие каталитические процессы и катализаторы ТНВ

12

20

Всего по контрольной точке (аттестации) № 4

20

Итоговая текущая аттестация

60

Экзамен

40

Итого баллов по дисциплине

100



«_ »__ __2011 г.
























Зав. кафедрой ____________________________ В. В. Коробочкин


Преподаватель __________________________ Д.А. Горлушко



9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Г.М. Панченков, В.П. Лебедев. Химическая кинетика и катализ. М: Химия, 1985.- 589с.

2. И.П. Мухленов и др. Технология катализаторов. Л: Химия, 1989 – 324с.

3. Д.В. Сокольский, В.А. Друзь. Введение в теорию гетерогенного катализа. М: Высшая школа, 1981 – 915с.

4. И.И. Иоффе, Б.А. Решетов, А.М. Добротворский. Гетерогенный катализ: физико-химические основы. Л: Химия, 1985 – 472с.

5. Крылов О.В. Гетерогенный катализ. С.-П.: Академкнига, 2004 – 679с.


ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. В.В. Коробочкин, Е.А. Ханова. Технология катализаторов. Часть I. Методы приготовления катализаторов. Учебное пособие. – Томск, из-во ТПУ, 2008. - 50с.

2. В.В. Коробочкин. Технология катализаторов. Часть II. Технологические схемы приготовления промышленных катализаторов. Учебное пособие. – Томск, из-во ТПУ, 2008. - 89с.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины



п/п

Наименование (компьютерные классы,
учебные лаборатории, оборудование)

Аудитория, количество установок

1

Учебная лаборатория, оснащенная компьютерами (12 шт.)

2 корпус, 127 ауд.


Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки____240100 Химическая технология

Программа одобрена на заседании


________________________________

__________________________________________________________


(протокол № ____ от «___» _______ 20___ г.).


Автор(ы) _____________________________

Рецензент(ы) __________________________


Приложение 1


Вопросы к экзамену «Катализ и технология катализаторов».

1. Физическая адсорбция. Изотерма Ленгмюра.

2. Понятие хемосорбции, отличие хемосорбции от физической адсорбции.

3. Теория промежуточных поверхностных соединений.

4. Суть теории активных ансамблей.

5. Правило Борескова Г.К., понятие удельной активности.

6. Суть прогнозирования каталитической активности веществ на основе метода Бренстеда–Поляни.

7. Основные требования, предъявляемые к катализаторам.

8. Отравление катализаторов.

9. Промоторы. Их влияние на свойства катализаторов.

10. Типы современных носителей и требования, предъявляемые к ним.

11. Факторы, влияющие на пористую структуру катализатора.

12. Способы компактирования контактных масс.

13. Способы производства катализаторов.

14. Получение контактных масс методом осаждения.

15. Получения контактных масс методом влажного смешения.

16. Получение контактных масс методом сухого смешения.

17. Метод приготовления катализатора плавлением.

18. Стадии метода осаждения, позволяющие регулировать пористую структуру ката-лизаторов.

19. Стадии процесса приготовления катализаторов методом нанесения.

20. Характеристики катализатора, влияющие на гидравлическое сопротивление слоя.

21. Основные марки катализаторов в ТНВ.

22. Технология катализатора ГИАП-16.

23. Технология приготовления катализатора ГИАП-3.

24. Катализаторы, используемые в процессе конверсии СО.


25. Технология катализатора СТК.

26. Технология катализатора НТК-4.

27. Схема восстановления катализатора НТК-4.

28. Технология катализатора СА-1 (дробленая форма).

29. Технология катализатора СА-1 (гранулированная форма).

30. Технология катализатора КН-2.

31. Технология катализатора СНМ-1.

32. Технология катализатора АВК-10М.

33. Технология катализатора АПК-2.

34. Характеристики ванадиевых КМ.

35. Технология контактной массы БАВ.

36. Технология контактной массы СВД.

37. Технология контактной массы СВС.

38. Технология контактной массы КС.


Образец экзаменационного билета.


Томский

политехнический

университет

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №

по дисциплине «Катализ и технология катализаторов»

Факультет ХТ

Курс 5

1. Физическая адсорбция. Изотерма Ленгмюра.


2. Основные марки катализаторов в ТНВ.



Составил ______________ Горлушко Д.А.

Утверждаю зав. кафедрой _______________ Коробочкин В.В.

« » декабря 20 г.





Томский

политехнический

университет

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №


по дисциплине «Катализ и технология катализаторов»

Факультет ХТ

Курс 5

1. Суть теории активных ансамблей.


2. Катализаторы, используемые в процессе конверсии СО.



Составил ______________ Горлушко Д.А.

Утверждаю зав. кафедрой _______________ Коробочкин В.В.

« » декабря 20 г.