Chemická technika. Chemická technologie Analytická chemie. denní

Transkript

1 Učební osnova předmětu Chemická technika Studijní obor: Aplikovaná chemie Zaměření: Forma vzdělávání: Chemická technologie Analytická chemie denní Celkový počet vyučovacích hodin za studium: Zaměření: chemická technologie ročník: 33 týdnů po 3 hodinách 4. ročník: 31 týdnů po 4 hodinách analytická chemie ročník: 33 týdnů po 2 hodinách 4. ročník: 31 týdnů po 1 hodině Platnost: od do Pojetí vyučovacího předmětu Obecný cíl předmětu Při zvládání chemického procesu je nejen nutné znát chemismus jednotlivých výrob, ale i teorii výrobních zařízení, ve kterých procesy probíhají a které musí splňovat požadavky chemického technologa - výkon zařízení, selektivitu, zajištění a udržení podmínek reakce apod. Účelem tohoto předmětu je tedy poskytnout jednak informace o principech a činnostech jednotlivých zařízení, jednak naučit žáka provádět odpovídající výpočty a v neposlední řadě na základě rozvíjení jeho logického myšlení řešit předpokládané problémy s ohledem na technologii, ekonomiku a ekologii daného procesu. Charakteristika učiva Obsah předmětu je rozdělen na 3 základních oblastí - mechanické operace, tepelné operace, difúzní operace. v předmětu se využívají a rozšiřují poznatky a znalosti získané v jiných předmětech, jako je např. chemie, fyzikální chemie, matematika, fyzika, technická příprava Pojetí výuky Předmět je převážně veden jako teoretický. Výuka probíhá v rozsahu 3 hodin týdně. Vzhledem k charakteru předmětu se využívá převážně výuka formou prezentací - promítání nákresů, grafů, schémat, fotografií, tabulek aj. Prezentace je doplněna slovním výkladem. Využívá se rovněž poznatků získaných na odborných exkurzích v chemických závodech. Žáci jsou zapojováni do diskusí při řešení různých problémů. Celá výuka je doplňována i poznatky získanými na 4-týdenní odborné praxi. Hodnocení výsledků 221

2 Vědomosti žáka jsou ověřovány jak formou ústní, tak i písemnou. Zejména při matematickém řešení jednotlivých zařízení je hodnocen i jeho přístup během výuky. Žák je veden k samostatnému vystupování, pokud možno bez aktivní účasti vyučujícího. Přínos předmětu k rozvoji klíčových kompetencí a průřezových témat Obsah a rozsah učiva rozvíjí logické myšlení žáků, podporuje samostatné myšlení a vyžaduje aktivní práci s informacemi. Z hlediska klíčových kompetencí předmět poskytuje a rozvíjí především : kompetence k učení kompetence k řešení problémů komunikativní kompetence matematické kompetence kompetence využívat prostředky ICT a pracovat s informacemi Během výuky jsou začleněna průřezová témata: člověk a životní prostředí: informační a komunikační technologie 222

3 Rozpis výsledků vzdělávání a učiva Chemická technika Zaměření: chemická technologie 3. ročník: 3 hodiny týdně, celkem 99 hodin Žák: - vysvětlí pojmy kontinuální, polokontinuální a diskontinuální zařízení, - ztrátové časy; - načrtne jednoduché bilanční schema a provede zákl. výpočty; - formou testu odpoví na zákl. otázky z oblasti bezpečnosti a hygieny práce. - vysvětlí základní pojmy a význam jednotlivých metod; - popíše principy a činnosti jednotlivých zařízení; - zhodnotí klady a zápory a z toho vyplývající použití v technologickém procesu. - vysvětlí rozdíl mezi tříděním a rozdružováním. Bezpečnost a hygiena práce, látkové bilance - základní pojmy, uspořádání proudů v aparátech; - bilance - schéma, zákony; - akumulace, vyjadřování koncentrací, bilanční rovnice; - bezpečnost a hygiena práce - zdroje nebezpečí v chemické průmyslu, zákl. pojmy, hořlaviny, výbušniny, jiné látky mající nepříznivý vliv na lidský organismus, výrobní zařízení; - bezpečnostní předpisy, chování na pracovišti; - hygiena práce - zákl. pojmy (NPK aj.). Mechanické operace s tuhou fází - základní pojmy - histogram, linearizace výsledků, pevnost, spékavost, otěr aj.. Rozmělňování - teorie, principy rozmělňování, výrobní zařízení, použití, energie. Granulace - základní pojmy, význam, výrobní zařízení, Třídění, rozdružování - základní pojmy, třídění x rozdružování, mechanické, hydraulické, pneumatické, elektrostatické, elektromagnetické metody, flotace, sítová analýza,

4 - na základě popisu funkce zařízení určí možnosti jejich konkrétního použití vysvětlí význam směšování; - popíše principy a funkce jednotlivých zařízení; - provede výpočet stupně homogenizace na základě předložených hodnot. - definuje základní zákony a aplikuje je pro řešení spojitých nádob; - umí pracovat se zákl. terminologií. - vysvětlí rozdíl mezi laminárním a trubulen tním charakterem toku kapaliny, vypočítá Re; - vypočítá ztrátové výšky. - popíše principy a funkce jednotlivých čerpadel; - porovná jednotlivá čerpadla a navrhne využití. - umí pracovat se stavovou rovnicí; - vysvětlí rozdíl mezi stav. rovnicí pro ideální plyn a pro reálný; - umí převádět jednotky tlaku vzájemně mezi sebou; - popíše principy a činnost kompresorů a vývěv, včetně konkrétních využití. - umí odvodit vztahy pro rychlost sedimentace pro laminární a turbulentní podmínky; - popíše principy, činnost a využití jednotlivých zařízení pro sedimentaci.. Směšování - míchání, mísení, hnětení, význam, stupeň homogenizace, míchadla, mísiče, hnětáky, Mechanické operace s kapalnou fází Hydrostatika - základní pojmy, Pascalův zákon, hydrostatický tlak, spojité nádoby a jejich praktické využití; - hydraulický lis, stavoznak, kapalinový manometr, výpočet tlaku. Hydrodynamika - základní pojmy, trajektorie, ustálený tok, charakter toku, Re, rovnice kontinuity, energetická bilance toku, Bernoulliho rovnice pro ideální a reálné podmínky, - ztrátové výšky, výtok kapaliny ve dně nádrže. Doprava kapalin - základní pojmy, sací, výtlačná, dopravní a pracovní výška, zapojení čerpadel, účinnost a příkon čerpadla, charakteristika potrubí a čerpadla, jednotlivé druhy čerpadel, Mechanické operace s plyny - plynové zákony, ideální a reálný plyn, stavové rovnice, základní jednotky a jejich převody; - kompresory, charakteristika, rozdělení (ventilátory, dmychadla, kompresory), popis, použití; - vývěvy, charakteristika, rozdělení, popis, Kombinované mechanické operace Sedimentace - definice, základní vztahy, rychlost sedimentace, laminární a turbulentní podmínky; - průmyslové usazováky diskontinuální, polokontinuální, kontinuální, použití v praxi

5 - vypočítá výtěžek filtrace, výkon filtru, dobu filtrace a množství získaného filtrátu; - popíše principy jednotlivých zařízení a jejich konkrétní využití. - popíše princip odstřeďování; - porovná mezi sebou jednotlivé dělicí operace a rozhodne o jejich výhodnosti v konkrétním případě. - charakterizuje plynné heterogenní směsi z hlediska velikosti částic a složení; - popíše jednotlivé aparáty - princip, činnost; - zhodnotí jejich význam. - vysvětlí pojem fluidace a fluidní vrstvy na konkrétních případech poukáže na jejich využití. - vysvětlí pojem elektroosmóza a elektroforéza; - popíše galvanické články, elektrolyzéry, akumulátory, chemické. děje; - na konkrétních příkladech uvede využití elektrolyzérů. Filtrace - definice, základní pojmy, výtěžek filtrace, výkon filtru, rychlost filtrace, filtrace stálou rychlostí a za stálého tlak. rozdílu, filtrační rovnice, promývání koláče (význam), filtrační materiály a kriteria jejich použití, průmyslové filtry, konstrukce, charakter, Odstřeďování - definice, zákl. pojmy, teorie odstřeďování, odvození rychlosti odstřeďování, porovnání se sedimentací a filtrací, vzájemné porovnání, konstrukce odstředivek, průmyslové Plynné heterogenní směsi - charakteristika, význam oddělování, principy oddělování, význam pro bezpečnost a hygienu práce, technologii a ekologii; - průmyslová zařízení. Fluidace - definice, charakteristika, typy fluidních vrstev, výrobní zařízení, význam fluidace pro katalýzu a výměnu tepla. Elektrochemické a elektrotermické procesy - základní pojmy, elektroosmóza, elektroforéza, teorie elektrochemických procesů, elektrolýza, Faradayovy zákony, Ohmův zákon; - chemické zdroje el. proudu, galvanické články, akumulátory; - elektrody, elektrodové děje; - výrobní zařízení, elektrolyzéry, pece. 3 3 zaměření: chemická technologie 4. ročník: 4 hodiny týdně, celkem 124 hodin Žák: - zná teorii výměny tepla pro jednotlivé případy; Výměna tepla Sdílení tepla - vedení, proudění, sálání, zákl. pojmy;

6 - odvodí základní vztahy; - vysvětlí problematiku kondenzace par a varu kapaliny a navrhne řešení; - vypočítá sálavost pece. - vysvětlí pojem prostupu tepla, vysvětlí řešení; - odvodí vztahy pro koeficient prostupu tepla. - charakterizuje výměníky tepla, porovná protiproudý a souproudý výměník z hlediska velikosti teplosměnné plochy a - spotřeby teplonosného média; vypočítá velikost teplosměnné plochy a spotřebu teplonosného média. - vysvětlí pojem odpařování a vypařování; - vliv tlaku na teplotu varu, význam tlaku při odpařování; - popíše odparku a baterii odparek; - vysvětlí podmínky jednotlivých členů baterie odparek; - vypočítá jednoduchou hmotnostní a enthalpickou bilanci. - vysvětlí pojem krystalizace (technologie, termodynamika) ; - na grafu vysvětlí zákl. podmínky krystalizace a vlastní průběh krystalizace, možnosti ovlivnění krystalizace; - popíše typy krystalizátorů a jejich konkrétní využití. - umí pracovat se zákl. pojmy; - umí nakreslit destilační křivku a pomocí ní popsat a vysvětlit průběh destilace; - vysvětlí pojem azeotrop a jeho význam při destilaci; - umí na základě zadaných rovnovážných a pracovních dat vypočítat PTP,PSP,VETP a účinnost kolony, nástřikové patro; - umí popsat a vysvětlit funkci a činnost patra kolony, význam refluxu; - na konkrétních příkladech poukáže na na využití destilace a rektifikace. - Fourierova rovnice, rovinná a válcová stěna, vícevrstvá stěna; - Newtonova rovnice, var, kondenzace; Stefanův-Boltzmannův zákon. Prostup tepla - charakteristika, řešení, rovinná, válcová a vícevrstvá stěna, úsady. Výměníky tepla - charakteristika, typy, výpočet teplosměnné plochy a množství teplonosného média, kalorimetrická rovnice. Odpařování - zákl. pojmy, vypařování, odpařování, tlak nasycených par, popis odparky, baterie odparek, bilance hmotnostní a enthalpická. Krystalizace - základní pojmy, podmínky krystalizace, nasycený a přesycený roztok, nukleace; - bilance krystalizátoru; - průmyslová zařízení, Destilace, rektifikace - základní pojmy, typy destilací, destilační křivka, azeotrop a jeho význam pro získané produkty, rektifikace; - popis rektifikační kolony, obohacovací, ochuzovací část, reflux, vnější a vnitřní zpětný tok, kloboučková a sítová patra, náplňové kolony; - výpočet rektifikační kolony, bilance kolony, metoda McCabe-Thiele, PTP, PSP, účinnost kolony, VETP, nástřikové patro; - průmyslové využití rektifikace (izolace produktu, čištění roduktu aj.)

7 - umí vysvětlit rovnováhu na základě znalosti Henryho zákona a popisu grafu; - zná základní typy absorbérů; - umí popsat jejich princip a činnost na konkrétních příkladech uvede využití absorpce. - umí vysvětlit rovnováhu a její problematiku; - zná zákl. typy adsorbentů; - vysvětlí adsorpční periodu a její význam pro adsorpci; - umí popsat zákl. typy zařízení; - na konkrétních příkladech uvede využití adsorpce. - umí vyhodnotit trojúhelníkový diagram; - vysvětlí rovnováhu a její problematiku v praxi; - umí vypočítat bilanci zařízení; - zná základní. principy a funkce extraktorů; - na konkrétních případech poukáže na průmyslové využití extrakce. - zná různé způsoby vyjadřování vlhkosti vzduchu; - umí pracovat s psychrometrem; - umí vyhodnotit fázový diagram; - zná principy, funkce a praktické využití chladicích věží; - zná typy sušáren a jejich praktické Absorpce, exsorpce - definice, základní pojmy, rovnováha, Henryho zákon, popis grafu; - bilance absorbéru; - průmyslové absorbéry, jejich Adsorpce, desorpce - definice, zákl. pojmy, chemisorpce, rovnováha, Langmuirova izoterma., Freundlichova izoterma; - adsorbenty, materiály, adsorpční perioda; - bilance adsorbéru, průmyslové zařízení, využití. Extrakce - definice, základní pojmy, teorie extrakce, rovnováha, Nernstova rovnice; - trojúhelníkové diagramy, 1-, 2- a 3-složková soustava; - bilance extraktoru; - zákl. typy průmyslových zařízení, konkrétní Difúzní operace založené na změně vlhkosti vzduchu - zákl. pojmy, fázová rovnováha v soustavě voda-vzduch, vlhkost vzduchu, relatívní vlhkost vzduchu, rosný bod, psychrometrický rozdíl; - chladicí věže, odvlhčovací zařízení; - konstrukce sušáren

8 Chemická technika Zaměření: analytická chemie 3. ročník: 2 hodiny týdně, celkem hodin Žák: - vysvětlí pojmy kontinuální, polokontinuální a diskontinuální zařízení, - ztrátové časy; - načrtne jednoduché bilanční schema a provede zákl. výpočty; - formou testu odpoví na zákl. otázky z oblasti bezpečnosti a hygieny práce. - vysvětlí základní pojmy a význam jednotlivých metod; - popíše principy a činnosti jednotlivých zařízení; - zhodnotí klady a zápory a z toho vyplývající použití v technologickém procesu. - vysvětlí rozdíl mezi tříděním a rozdružováním. Bezpečnost a hygiena práce, látkové bilance - základní pojmy, uspořádání proudů v aparátech; - bilance - schéma, zákony; - akumulace, vyjadřování koncentrací, bilanční rovnice; - bezpečnost a hygiena práce - zdroje nebezpečí v chemické průmyslu, zákl. pojmy, hořlaviny, výbušniny, jiné látky mající nepříznivý vliv na lidský organismus, výrobní zařízení; - bezpečnostní předpisy, chování na pracovišti; - hygiena práce - zákl. pojmy (NPK aj.). Mechanické operace s tuhou fází - základní pojmy - histogram, linearizace výsledků, pevnost, spékavost, otěr aj.. Rozmělňování - teorie, principy rozmělňování, výrobní zařízení, použití, energie. Granulace - základní pojmy, význam, výrobní zařízení, Třídění, rozdružování - základní pojmy, třídění x rozdružování, mechanické, hydraulické, pneumatické, elektrostatické, elektromagnetické metody, flotace, sítová analýza,

9 - na základě popisu funkce zařízení určí možnosti jejich konkrétního použití vysvětlí význam směšování; - popíše principy a funkce jednotlivých zařízení; - provede výpočet stupně homogenizace na základě předložených hodnot. - definuje základní zákony a aplikuje je pro řešení spojitých nádob; - umí pracovat se zákl. terminologií. - vysvětlí rozdíl mezi laminárním a trubulen tním charakterem toku kapaliny, vypočítá Re; - vypočítá ztrátové výšky. - popíše principy a funkce jednotlivých čerpadel; - porovná jednotlivá čerpadla a navrhne využití. - umí pracovat se stavovou rovnicí; - vysvětlí rozdíl mezi stav. rovnicí pro ideální plyn a pro reálný; - umí převádět jednotky tlaku vzájemně mezi sebou; - popíše principy a činnost kompresorů a vývěv, včetně konkrétních využití. - umí odvodit vztahy pro rychlost sedimentace pro laminární a turbulentní podmínky; - popíše principy, činnost a využití jednotlivých zařízení pro sedimentaci.. Směšování - míchání, mísení, hnětení, význam, stupeň homogenizace, míchadla, mísiče, hnětáky, Mechanické operace s kapalnou fází Hydrostatika - základní pojmy, Pascalův zákon, hydrostatický tlak, spojité nádoby a jejich praktické využití; - hydraulický lis, stavoznak, kapalinový manometr, výpočet tlaku. Hydrodynamika - základní pojmy, trajektorie, ustálený tok, charakter toku, Re, rovnice kontinuity, energetická bilance toku, Bernoulliho rovnice pro ideální a reálné podmínky, - ztrátové výšky, výtok kapaliny ve dně nádrže. Doprava kapalin - základní pojmy, sací, výtlačná, dopravní a pracovní výška, zapojení čerpadel, účinnost a příkon čerpadla, charakteristika potrubí a čerpadla, jednotlivé druhy čerpadel, Mechanické operace s plyny - plynové zákony, ideální a reálný plyn, stavové rovnice, základní jednotky a jejich převody; - kompresory, charakteristika, rozdělení (ventilátory, dmychadla, kompresory), popis, použití; - vývěvy, charakteristika, rozdělení, popis, Kombinované mechanické operace Sedimentace - definice, základní vztahy, rychlost sedimentace, laminární a turbulentní podmínky; - průmyslové usazováky diskontinuální, polokontinuální, kontinuální, použití v praxi

10 - vypočítá výtěžek filtrace, výkon filtru, dobu filtrace a množství získaného filtrátu; - popíše principy jednotlivých zařízení a jejich konkrétní využití. - popíše princip odstřeďování; - porovná mezi sebou jednotlivé dělicí operace a rozhodne o jejich výhodnosti v konkrétním případě. - charakterizuje plynné heterogenní směsi z hlediska velikosti částic a složení; - popíše jednotlivé aparáty - princip, činnost; - zhodnotí jejich význam. - vysvětlí pojem fluidace a fluidní vrstvy na konkrétních případech poukáže na jejich využití. - vysvětlí pojem elektroosmóza a elektroforéza; - popíše galvanické články, elektrolyzéry, akumulátory, chemické. děje; - na konkrétních příkladech uvede využití elektrolyzérů. Filtrace - definice, základní pojmy, výtěžek filtrace, výkon filtru, rychlost filtrace, filtrace stálou rychlostí a za stálého tlak. rozdílu, filtrační rovnice, promývání koláče (význam), filtrační materiály a kriteria jejich použití, průmyslové filtry, konstrukce, charakter, Odstřeďování - definice, zákl. pojmy, teorie odstřeďování, odvození rychlosti odstřeďování, porovnání se sedimentací a filtrací, vzájemné porovnání, konstrukce odstředivek, průmyslové Plynné heterogenní směsi - charakteristika, význam oddělování, principy oddělování, význam pro bezpečnost a hygienu práce, technologii a ekologii; - průmyslová zařízení. Fluidace - definice, charakteristika, typy fluidních vrstev, výrobní zařízení, význam fluidace pro katalýzu a výměnu tepla. Elektrochemické a elektrotermické procesy - základní pojmy, elektroosmóza, elektroforéza, teorie elektrochemických procesů, elektrolýza, Faradayovy zákony, Ohmův zákon; - chemické zdroje el. proudu, galvanické články, akumulátory; - elektrody, elektrodové děje; - výrobní zařízení, elektrolyzéry, pece. 3 3 zaměření: analytická chemie 4. ročník: 1 hodina týdně, celkem 31 hodin Žák: - zná teorii výměny tepla pro jednotlivé případy; Výměna tepla Sdílení tepla - vedení, proudění, sálání, zákl. pojmy;

11 - odvodí základní vztahy; - vysvětlí problematiku kondenzace par a varu kapaliny a navrhne řešení; - vypočítá sálavost pece. - vysvětlí pojem prostupu tepla, vysvětlí řešení; - odvodí vztahy pro koeficient prostupu tepla. - charakterizuje výměníky tepla, porovná protiproudý a souproudý výměník z hlediska velikosti teplosměnné plochy a - spotřeby teplonosného média; vypočítá velikost teplosměnné plochy a spotřebu teplonosného média. - vysvětlí pojem odpařování a vypařování; - vliv tlaku na teplotu varu, význam tlaku při odpařování; - popíše odparku a baterii odparek; - vysvětlí podmínky jednotlivých členů baterie odparek; - vypočítá jednoduchou hmotnostní a enthalpickou bilanci. - vysvětlí pojem krystalizace (technologie, termodynamika) ; - na grafu vysvětlí zákl. podmínky krystalizace a vlastní průběh krystalizace, možnosti ovlivnění krystalizace; - popíše typy krystalizátorů a jejich konkrétní využití. - umí pracovat se zákl. pojmy; - umí nakreslit destilační křivku a pomocí ní popsat a vysvětlit průběh destilace; - vysvětlí pojem azeotrop a jeho význam při destilaci; - umí na základě zadaných rovnovážných a pracovních dat vypočítat PTP,PSP,VETP a účinnost kolony, nástřikové patro; - umí popsat a vysvětlit funkci a činnost patra kolony, význam refluxu; - na konkrétních příkladech poukáže na na využití destilace a rektifikace. - Fourierova rovnice, rovinná a válcová stěna, vícevrstvá stěna; - Newtonova rovnice, var, kondenzace; Stefanův-Boltzmannův zákon. Prostup tepla - charakteristika, řešení, rovinná, válcová a vícevrstvá stěna, úsady. Výměníky tepla - charakteristika, typy, výpočet teplosměnné plochy a množství teplonosného média, kalorimetrická rovnice. Odpařování - zákl. pojmy, vypařování, odpařování, tlak nasycených par, popis odparky, baterie odparek, bilance hmotnostní a enthalpická. Krystalizace - základní pojmy, podmínky krystalizace, nasycený a přesycený roztok, nukleace; - bilance krystalizátoru; - průmyslová zařízení, Destilace, rektifikace - základní pojmy, typy destilací, destilační křivka, azeotrop a jeho význam pro získané produkty, rektifikace; - popis rektifikační kolony, obohacovací, ochuzovací část, reflux, vnější a vnitřní zpětný tok, kloboučková a sítová patra, náplňové kolony; - výpočet rektifikační kolony, bilance kolony, metoda McCabe-Thiele, PTP, PSP, účinnost kolony, VETP, nástřikové patro; - průmyslové využití rektifikace (izolace produktu, čištění roduktu aj.)

12 - umí vysvětlit rovnováhu na základě znalosti Henryho zákona a popisu grafu; - zná základní typy absorbérů; - umí popsat jejich princip a činnost na konkrétních příkladech uvede využití absorpce. - umí vysvětlit rovnováhu a její problematiku; - zná zákl. typy adsorbentů; - vysvětlí adsorpční periodu a její význam pro adsorpci; - umí popsat zákl. typy zařízení; - na konkrétních příkladech uvede využití adsorpce. - umí vyhodnotit trojúhelníkový diagram; - vysvětlí rovnováhu a její problematiku v praxi; - umí vypočítat bilanci zařízení; - zná základní. principy a funkce extraktorů; - na konkrétních případech poukáže na průmyslové využití extrakce. - zná různé způsoby vyjadřování vlhkosti vzduchu; - umí pracovat s psychrometrem; - umí vyhodnotit fázový diagram; - zná principy, funkce a praktické využití chladicích věží; - zná typy sušáren a jejich praktické Absorpce, exsorpce - definice, základní pojmy, rovnováha, Henryho zákon, popis grafu; - bilance absorbéru; - průmyslové absorbéry, jejich Adsorpce, desorpce - definice, zákl. pojmy, chemisorpce, rovnováha, Langmuirova izoterma., Freundlichova izoterma; - adsorbenty, materiály, adsorpční perioda; - bilance adsorbéru, průmyslové zařízení, využití. Extrakce - definice, základní pojmy, teorie extrakce, rovnováha, Nernstova rovnice; - trojúhelníkové diagramy, 1-, 2- a 3-složková soustava; - bilance extraktoru; - zákl. typy průmyslových zařízení, konkrétní Difúzní operace založené na změně vlhkosti vzduchu - zákl. pojmy, fázová rovnováha v soustavě voda-vzduch, vlhkost vzduchu, relatívní vlhkost vzduchu, rosný bod, psychrometrický rozdíl; - chladicí věže, odvlhčovací zařízení; - konstrukce sušáren