Технология цемента - Томский политехнический университет
реклама
УТВЕРЖДАЮ 1. Цели освоения дисциплины Цели дисциплины и их соответствие целям ООП Код цели Цели освоения дисциплины «Технология цемента» Цели ООП Ц1 Формирование способности к получению новой информации, необходимой для решения производственно-технологических задач по созданию тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, интеграции знаний применительно к своей области деятельности, к осознанию ответственности за принятие своих профессиональных решений Формирование способности к расчету и проектированию отдельных стадий технологического процесса получения цемента. Подготовка выпускников к производственно-технологической деятельности в области химических технологий, конкурентоспособных на мировом рынке химических технологий. Ц2 Ц3 Ц5 Формирование способности к поиску новых теоретических подходов и планированию самостоятельных научных исследований в области синтеза новых цемента, разработки и совершенствованию новых оригинальных и высокоэффективных технологий цемента Формирование навыков проведения самостоятельной экспериментальной работы по созданию новых вяжущих материалов. Подготовка выпускников к проектно-конструкторской деятельности в области химических технологий, конкурентоспособных на мировом рынке химических технологий. Подготовка выпускников к научным исследованиям для решения задач, связанных с разработкой инновационных методов создания химико-технологических процессов, веществ и материалов Подготовка выпускников к самообучению и непрерывному профессиональному самосовершенствованию 2. Место дисциплины в структуре ООП Согласно ФГОС и ООП «Химическая технология» дисциплина «Технология цемента» является вариативной дисциплиной специального цикла 5 профиля Технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов Код дисциплины Наименование дисциплины Кредиты Форма ООП контроля Модуль Б.3.3. (специальный, 5 профиль) Вариативная часть Б.В.3.3.5 (5) Технология цемента 4 зачёт 2 До освоения дисциплины «Технология цемента» должны быть изучены следующие дисциплины (пререквизиты): Код дисциплины ООП Б.В.3.1.1 Б.В.3.1.3 Б.Б.3.2.1 Б.Б.3.2.2 Б.В.3.3.2(5) Б.В.3.3.3(5) Наименование дисциплины Кредиты пререквизиты Модуль Б.3.1 (общепрофессиональный) Материаловедение 2 Ресурсоэффективность отрасли 2 Модуль Б.3.2 (технологический) Общая химическая технология 4 Процессы и аппараты химической 16 технологии Модуль Б.3.3 (специальный) Минералогия и кристаллография 4 Физическая химия тугоплавких 4 неметаллических и силикатных материалов Форма контроля зачет зачет экзамен экзамен экзамен экзамен При изучении указанных дисциплин (пререквизитов) формируются «входные» знания, умения, опыт и компетенции, необходимые для успешного освоения дисциплины «Технология цемента». В результате освоения дисциплин магистр должен: Знать: закономерности протекания химических процессов, типовые процессы химической технологии, соответствующие аппараты и методы их расчета; основные принципы организации химического производства, методы оценки эффективности производства; виды ресурсов в химической отрасли; принципы энергосбережения и рационального использования сырья в химической технологии; основные принципы организации химического производства, его структуры, методы оценки эффективности производства; общие закономерности химических процессов. Уметь: Выбирать аппаратуру для конкретного химико-технологического процесса, рассчитывать основные характеристики химического процесса, выбирать рациональную схему производства заданного продукта, оценивать технологическую эффективность производства; применять методы оценки ресурсоэффективности химикотехнологических процессов и химических производств; рассчитывать основные характеристики химического процесса, выбирать рациональную схему производства заданного продукта, оценивать эффективность производства; Владеть: Методами механики применительно к расчетам процессов в химической технологии 3 экспериментальными методами определения физикохимических свойств неорганических соединений навыками проектирования простейших аппаратов химической промышленности; методами определения оптимальных технологических режимов работы оборудования методами анализа эффективности работы химических производств, определения технологических показателей процесса В результате освоения дисциплин (пререквизитов) обучаемый должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями: способностью и готовностью осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции (ПК-7); обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке технологических процессов; выбирать технические средства и технологии с учетом экологических последствий их применения (ПК-11); изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-25) Кроме того, для успешного освоения дисциплины «Технология цемента» параллельно должны изучаться дисциплины (кореквизиты): В 5.1.2 Физикохимические основы технологии вяжущих материалов, В 5.2 Техническая петрография, В 5.3 Специальные главы физической химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. 3. Результаты освоения дисциплины Результаты освоения дисциплины получены путем декомпозиции результатов обучения (Р2, Р4, Р5), сформулированных в основной образовательной программе 18.04.01 «Химическая технология», для достижения которых необходимо, в том числе, изучение дисциплины «Технология цемента». Результаты обучения Планируемые результаты обучения согласно ООП Составляющие результатов обучения Код Знания Код Умения Код З2.13 Р2 Требования ФГОС (ПК11,26,27,28) научнотехнические проблемы и перспективы развития химии и технологии цемента; технологические схемы; состояние У2.13 4 составлять техникоэкономическое обоснование производства и его технологическое обеспечение с учетом В2.13 Владение опытом методами управления технологически х процессов на действующих предприятиях; проводить физикомеханические, сырьевой базы; основные стадии; экологические аспекты; особенности сырьевых ресурсов УралоСибирского и Дальневосточног о регионов особенностей региона; оценивать пригодность сырья; применять современные методы исследования; выполнять технологические расчеты с использованием типовых компьютерных программ физикохимические исследования и специальные испытаний цемента и изделий на его основе Планируемые результаты освоения дисциплины «Технология цемента» № п/п Результат 1 Применять теоретические знания в области физики и химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов при изучении и разработке технологических процессов создания высокоэффективных материалов и изделий из вяжущих материалов и композитов на их основе 2 Самостоятельно выполнять расчеты основных характеристик технологического процесса получения цемента, выбирать рациональную схему производства заданного продукта, оценивать эффективность производства 3 Применять экспериментальные методы определения физикохимических свойств тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и параметров реакций их синтеза В результате освоения дисциплины магистр должен: Знать: основные теоретические положения процессов синтеза и применения высокоэффективной технологии цемента; источники традиционных и нестандартных сырьевых материалов, перспективы их использования и основные технологические процессы в технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов; принципы выбора сырьевых материалов и технологических решений для получения изделий на основе тугоплавких неметаллических и силикатных материалов с учетом влияния климатических и природных условий; методы теоретического и экспериментального изучения физикохимических свойств и закономерностей получения керамики, вяжущих, стеклоизделий и композитов на их основе; историю становления и развития кафедры технологии силикатов и наноматериалов ТПУ, вклад ее сотрудников в исследование нерудного сырья Томской 5 области и развитие томских предприятий силикатного профиля; Уметь: Осуществлять планирование и организацию технологических процессов производства силикатных материалов с учетом качества исходного сырья и требований к конечной продукции; Использовать современные методы контроля технологических операций, качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции; Использовать стандартизованные методы и методики испытаний свойств цемента; соотносить собственные полученные знания с накопленным опытом ученых ТПУ с целью их совершенствования и реализации в своей профессиональной деятельности. Владеть: навыками экспериментального исследования основных физикохимических и технологических свойств сырья и готовой продукции; навыками оценки качества природного сырья новых месторождений с целью расширения отечественной сырьевой базы; методами оптимизации основных технологических процессов производства цнмента с учетом специфических свойств исходного сырья; - современными методами входного контроля сырьевых материалов, текущего (оперативного) контроля полуфабрикатов, технологических параметров основных стадий технологического процесса, качества готовой продукции; методами проведения анализа сырьевых источников и определения качества конечных продуктов по методикам, разработанным учеными ТПУ и кафедры технологии силикатов. В процессе освоения дисциплины у магистров развиваются следующие компетенции: 1. Универсальные (общекультурные): готовность к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, способность приобретать новые знания в области техники и технологии; осознавать социальную значимость своей будущей профессии, обладает высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-9); понимать роль охраны окружающей среды и рационального природопользования для развития и сохранения цивилизации. 2. Профессиональные: общепрофессиональные: способность и готовность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы теоретического и экспериментального исследования (ПК-1); использовать знания о строении вещества, природе химической связи в различных классах химических соединений для понимания свойств материалов и механизма химических процессов (ПК-3); производственно-технологическая деятельность: способность и готовность осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для 6 измерения основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции; обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке технологических процессов; выбирать технические средства и технологии с учетом экологических последствий их применения (ПК-11); организационно-управленческая деятельность: анализировать технологический процесс как объект управления (ПК-17); организовывать работу исполнителей, находить и принимать управленческие решения в области организации и нормировании труда (ПК-19); научно-исследовательская деятельность: способность планировать и проводить физические и химические эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, математически моделировать физические и химические процессы и явления, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения (ПК-21). проводить стандартные и сертификационные испытания материалов, изделий и технологических процессов (ПК-22); изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-25); проектная деятельность: разрабатывать проекты (в составе авторского коллектива) (ПК-26); 4. Структура и содержание дисциплины 4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины Раздел 1. Сырьевые материалы в технологии цемента. Лекция 1. Карбонатное, глинистое сырье и корректирующие добавки. Технические требования к сырью. Химический состав и физические свойства сырья. Практические занятия. 1. Технологические расчеты по оценке пригодности сырьевых компонентов, корректирующих добавок и твердого топлива. 2. Расчет состава сырьевой смеси по заданным значениям коэффициента насыщения, силикатного и глиноземистого модулей. Лабораторные работы. 1. Исследование химического состава сырьевых материалов. Раздел 2. Характеристика портландцементного клинкера. Лекция 1. Химический, минералогический составы клинкера и его модульные характеристики. Физико-химические системы в клинкере. Практические занятия. 1. Расчет состава сырьевой смеси по заданным значениям коэффициента насыщения, силикатного и глиноземистого модулей. 2. Расчет состава сырьевой смеси по методу Когана, по заданному минералогическому составу клинкера. Лабораторные работы. 1. Дифференциально-термический анализ сырьевых материалов. Раздел 3. Физико-химические процессы приготовления сырьевой смеси. 7 Лекция 1. Теоретические основы расчета сырьевой смеси. Реакционная способность сырьевых смесей и их технологические свойства. Корректирование состава сырьевой смеси при мокром и сухом способах производства. Гранулирование сырьевой муки, механизм грануляции. Практические занятия. 1. Составление компьютерной программы для расчета сырьевых смесей. 2. Оптимизация состава сырьевой смеси с помощью компьютера. Лабораторные работы. 1. Приготовление и помол сырьевой смеси. Раздел 4. Теоретические основы процесса обжига сырьевой смеси и технологический процесс получения клинкера. Лекция 1. Производительность и мощность вращающейся печи. Процессы теплообмена в печи. Технологические зоны печи и характеристика процессов, протекающих в этих зонах. Практические занятия. 1. Расчеты по корректированию сырьевых смесей. 2. Расчет производительности печи, скорости движения материала в печи. Определение тепловой мощности печи. Лабораторные работы. 1. Определение влажности сырьевого шлама. Определение тонкости помола сырьевой смеси. Определение удельной поверхности сырьевой смеси Раздел 5. Фазовый состав клинкера и свойства индивидуальных фаз. Лекция 1. Полиморфизм клинкерных минералов. Температурные границы существования модификаций минералов. Стабилизация минералов. Влияние микропримесей на процесс минералообразования. Практические занятия. 1. Сжигание топлива во вращающихся печах. Расчет горения твердого топлива. Удельный расход топлива. Составление теплового баланса печи. 2. Расчет термодинамических параметров реакции термического разложения карбоната кальция. Технологический анализ реакции декарбонизации. Лабораторные работы. 1. Определение титра сырьевой смеси. Раздел 6. Закономерности процессов измельчения клинкера и получения цементов. Лекция 1. Формирование гранулометрического состава цементов. Повышение эффективности помола. Использование ПАВ. Строение гранул клинкера. Механизм разрушения твердых тел. Взаимосвязь размалываемости клинкеров с их кристаллической структурой. Практические занятия. 1. Анализ физико-химических процессов, протекающих в технологических зонах вращающейся печи. 2. Практическое использование диаграммы состояния CaO-Al2O3-SiO2 при фазовом анализе клинкера и выборе режима его обжига. Лабораторные работы. 8 1. Подготовка сырьевой смеси к обжигу. Обжиг сырьевой смеси и получение клинкера. Раздел 7. Разновидности цементов. Высокопрочные и быстротвердеющие цементы. Цементы с ПАВ, дорожный цемент, тампонажный и пуццолановый цементы. Шлакопортландцемент и декоративные цементы. Особенности технологии и применения цементов. Глиноземистый цемент. Расширяющиеся и напрягающие цементы. Практические занятия. 1. Термодинамика процесса гидратации цемента 2. Расчет структурных характеристик цементного камня. Лабораторные работы. 1. Определение СаОсвоб в клинкере. Раздел 8. Основные направления интенсификации производства цемента. Лекция 1. Технологический контроль при производстве цемента. Новые способы получения клинкера. Повышение эффективности использования цемента. Управление свойствами цемента. Практические занятия. 1. Составление материального баланса цементного завода. 2. Составление материального баланса цементного завода. Лабораторные работы. 1. Рентгенофазовый анализ клинкера 4.2. Содержание лабораторного практикума. Содержание лабораторного практикума соответствует основным темам лекционного курса, в каждую из лабораторных работ введены элементы научных исследований, повышающие познавательную деятельность студентов. Перед работой преподаватель беседует со студентами по основным вопросам темы и особенностям выполнения работы (теоретический коллоквиум). Каждый студент оформляет отчет по лабораторной работе, в котором приводится цель работы, методика и ход выполнения, краткие теоретические положения, схемы и описание установок, таблицы экспериментальных данных, графические зависимости, расчетные формулы, вычисления и выводы по работе. 5. Образовательные технологии Для достижения планируемых результатов обучения, в дисциплине «Технология цемента» используются различные образовательные технологии: 1. Информационно-развивающие технологии, направленные на формирование системы знаний, запоминание и свободное оперирование ими. Используется лекционно-семинарский метод, самостоятельное изучение литературы, применение новых информационных технологий для самостоятельного пополнения знаний, включая использование технических и электронных средств информации. 9 2. Деятельностные практико-ориентированные технологии, направленные на формирование системы профессиональных практических умений при проведении экспериментальных исследований, обеспечивающих возможность качественно выполнять профессиональную деятельность. 3. Развивающие проблемно-ориентированные технологии, направленные на формирование и развитие проблемного мышления, мыслительной активности, способности видеть и формулировать проблемы, выбирать способы и средства для их решения. Используются виды проблемного обучения: освещение основных проблем технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов на лекциях, учебные дискуссии, коллективная мыслительная деятельность в группах при выполнении лабораторных работ, решение технологических задач. При этом используются первые три уровня (из четырех) сложности и самостоятельности: проблемное изложение учебного материала преподавателем; создание преподавателем проблемных ситуаций, а обучаемые вместе с ним включаются в их разрешение; преподаватель лишь создает проблемную ситуацию, а разрешают её обучаемые в ходе самостоятельной деятельности. 4. Личностно-ориентированные технологии обучения, обеспечивающие в ходе учебного процесса учет различных способностей обучаемых, создание необходимых условий для развития их индивидуальных способностей, развитие активности личности в учебном процессе. Личностно-ориентированные технологии обучения реализуются в результате индивидуального общения преподавателя и студента при сдаче коллоквиумов, при выполнении домашних индивидуальных заданий, подготовке индивидуальных отчетов по лабораторным работам, на еженедельных консультациях. Для целенаправленного и эффективного формирования запланированных компетенций у обучающихся, выбраны следующие сочетания форм организации учебного процесса и методов активизации образовательной деятельности, представленные в табл. 2. Таблица 2 Методы и формы организации обучения (ФОО) Методы ФОО IT-методы Работа в команде Case-study Игра Методы проблемного обучения Обучение на основе опыта Опережающая самостоятельная работа Проектный метод Поисковый метод Исследовательский метод Лекции Лаб. раб. + + + Практ. занятия Сем., колл. СРС + + + + + + + + + + 10 6.Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы магистров 6.1 Текущая самостоятельная работа (СРС) Текущая самостоятельная работа по дисциплине «Теоретические основы технологии СНМ», направленная на углубление и закрепление знаний магистра, на развитие практических умений, включает в себя следующие виды работ: работа с лекционным материалом; изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку; подготовка к лабораторным работам и сдаче 4-х коллоквиумов (текущий контроль); подготовка и написание реферата по технологии цемента; подготовка к зачету и экзамену. 6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа по дисциплине «Теоретические основы технологии СНМ», 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, анализ, структурирование информации; выполнение индивидуальных заданий, расчетных работ, обработка и анализ данных; анализ научных публикаций по определенной преподавателем теме. 6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине Самостоятельная работа студента способствует развитию творческого мышления и направлена на закрепление, углубление и расширение знаний студентов в области технологии силикатных и неорганических материалов. В процессе выполнения этой работы развиваются навыки конспектирования, обобщения и структурирования технической информации, приобретается умение осуществлять патентную проработку по конкретной теме, приобретается опыт по оформлению технической документации в соответствии с установленными правилами. Программа включает следующие виды деятельности: работу над лекционным материалом и подготовку к контрольным работам – 16/14 часа; - подготовку к лабораторным занятиям – 16/16 час.; - выполнение индивидуальных заданий – 0/10 час.; - подготовку курсовой работы – 0/60 час.; - подготовку к практическим занятиям – 32/32 час.; - подготовку конспектов по темам самостоятельной работы – 0/20 час. * - над чертой указаны часы совместной (аудиторной) работы, под чертой – самостоятельной (внеаудиторной). 11 5.1. Темы, выводимые на самостоятельную работу Использование техногенных отходов в производстве цемента. Комбинированный способ производства цемента. Гранулирование цементных сырьевых смесей. Огнеупорные материалы для футеровки вращающейся печи. Дисперсные системы. Свойства дисперсных систем. 5.2. Темы индивидуальных заданий. Расчет состава сырьевой смеси для получения цемента. Использование диаграммы состояния при анализе технологичности сырьевой смеси. 5.3. Темы курсовых работ. Реологические свойства сырьевого шлама; Способы термической обработки цементных сырьевых смесей; Кристаллохимия основных клинкерных минералов; Система CaO-SiO2 в технологии портландцемента; Система CaO-Al2O3 в технологии цементов. Сиcтема CaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 в технологии цемента; Влияние скорости охлаждения на минералогический и фазовый состав клинкера; Интенсификация процесса помола клинкера; Формирование оптимального зернового состава цемента при помоле; Основные методы исследования портландцементного клинкера; Кинетика гидратации клинкерных минералов; Структура и свойства гидросиликатов кальция; Термодинамика процессов гидратации клинкерных минералов; Термохимия процессов гидратации и твердения цемента; Система цемент-вода, как дисперсная система; Структура и свойства цементного теста и камня; Прочность цементного камня; Способы защиты цементного камня от коррозии; Повышение прочности цементного камня; Фазовый состав цементного камня; Цементное тесто в бетоне; Полимерцементы и полимербетоны. Темы, выносимые на самостоятельную работу, темы рефератов и индивидуальных заданий дополняются и изменяются. Общий объем самостоятельной работы, предусмотренной учебным планом, составляет 152 часов. 5.4. Основные требования к содержанию курсовой работы. 1. Вводная часть, общая характеристика продукта, способы получения. 2. Технологическая схема получения материала. Описание технологического 12 процесса. Основные стадии и операции. 3. Характеристика исходных сырьевых материалов, используемых в технологии. Основные требования к сырью. 4. Физико-химические основы технологического процесса. 5. Характеристика оборудования, необходимого для осуществления технологического процесса. 6. Энергетическая характеристика процессов. Расход энергии, сырья и материалов на единицу выпускаемой продукции. 7. Характеристики получаемого продукта, основные физические, физикохимические и физико-механические свойства. Области применения и использования продукта. Объем курсовой работы – 20-30 страниц рукописного текста. 5.5. Контроль самостоятельной работы Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя. Самоконтроль зависит от определенных качеств личности, ответственности за результаты своего обучения, заинтересованности в положительной оценке своего труда, материальных и моральных стимулов, от того насколько обучаемый мотивирован в достижении наилучших результатов. Задача преподавателя состоит в том, чтобы создать условия для выполнения самостоятельной работы (учебнометодическое обеспечение), правильно использовать различные стимулы для реализации этой работы (рейтинговая система), повышать её значимость, и грамотно осуществлять контроль самостоятельной деятельности магистра (фонд оценочных средств). 5.6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы магистров Для организации самостоятельной работы магистров (выполнения индивидуальных домашних заданий; самостоятельной проработки теоретического материала, подготовки по лекционному материалу; подготовки к лабораторным занятиям, коллоквиумам) преподавателями кафедры создан комплект учебнометодического обеспечения, который включает: набор видеофильмов как рекламного характера, предоставленных руководством соответствующих предприятий, так и изготовленных своими силами, набор демонстрационного материала, иллюстрирующий принципиальные технологические схемы производства различных видов керамических материалов, устройство и принцип действия соответствующего оборудования; комплекс наглядных пособий в виде натурных образцов сырьевых материалов, полуфабрикатов и готовых изделий; авторский комплект, состоящий из монографий, методических пособий, лабораторных практикумов и методических указаний к проведению лабораторных и практических занятий по данной дисциплине. 6. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины Средства (фонд оценочных средств) оценки текущей успеваемости и 13 промежуточной аттестации студентов по итогам освоения дисциплины «Технология цемента» представляют собой комплект контролирующих материалов следующих видов: 1. Входной контроль (к первому семестру). Представляет собой перечень из 15-20 основных вопросов, ответы на которые студент должен знать в результате изучения предыдущих дисциплин (материаловедения, ресурсоэффективности отрасли, общей химической технологии, процессов и аппаратов химической технологии, минералогии и кристаллографии, физической химии ТНСМ). Поставленные вопросы требуют точных и коротких ответов. Входной контроль проводится в письменном виде на первой лекции в течение 15 минут. Проверяются входные знания к текущему семестру. 2. Текущий контроль усвоения студентами теоретического материала и оценка уровня практических навыков и умений, приобретаемых и усваиваемых каждым студентом при изучении дисциплины, включает сдачу коллоквиумов по темам лабораторных работ Проверяется знание теоретического лекционного материала, тем, вынесенных на самостоятельную проработку, знание и понимание методик проведения экспериментальных исследований. 3. Рубежный контроль предполагает выполнение контрольных работ для проверки знаний по дисциплине «Технология цемента» . Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины Контрольные работы проводятся в часы аудиторных занятий в течение одного академического часа. Темы контрольных работ: № 1 – Технологические расчеты по оценке пригодности сырья; № 2 – Методы расчета сырьевой смеси; № 3 – Производительность и мощность вращающейся печи; № 4 – Тепловой баланс печи; № 5 – Процессы в технологических зонах вращающейся печи; № 6 – Использование термодинамических расчетов для оценки гидратации цемента. Устный опрос студентов осуществляется на каждом практическом занятии в форме собеседования. Теоретический коллоквиум магистр сдает перед выполнением цикла лабораторных работ по теме и особенностям выполнения лабораторной работы. Защита отчета по лабораторной работе проводится после выполнения всего цикла работ по данной теме. Индивидуальные задания магистр защищает в форме собеседования в часы консультаций по дисциплине. Обзор и обсуждение рефератов осуществляется на практических занятиях. Итоговый контроль по дисциплине – зачет (по результатам контрольных работ и собеседования) и экзамен (в устной форме по экзаменационным билетам) определяют комплексную оценку уровня усвоения магистрами учебного материала, предусмотренного программой дисциплины. 6.1. Банк теоретических вопросов Терминология в химии и технологии цемента; 14 Способы производства цемента, их технико-экономическая эффективность; Сырьевые материалы в технологии цемента; Карбонатное сырье, состав и свойства; Алюмосиликатное сырье, состав и свойства; Корректирующие добавки, состав и свойства; Техногенные отходы, состав и свойства; Характеристики клинкера – химический, минералогический состав и модульные характеристики; Физико-химические системы оксидов в клинкере; Примеси оксидов в клинкере; Теоретические основы расчета сырьевой смеси для получения клинкера; Учет присадки золы топлива; Реакционная способность цементных сырьевых смесей; Технологические свойства сырьевых смесей; Физико-химические процессы приготовления сырьевой смеси; Дробление и помол сырья; Сырьевой шлам как дисперсная система; Свойства шлама, регулирование свойств; Свойства сырьевой муки при сухом способе производства; Корректирование состава шлама и сырьевой муки; Гранулирование сырьевой муки, механизм гранулирования; Теоретические основы процесса обжига сырьевой смеси; Технологический процесс получения клинкера; Параметры работы печи; Теплообмен во вращающейся печи; Печи сухого способа производства; Процессы, протекающие в технологических зонах вращающейся печи; Процессы в зоне сушки; Процессы в зоне дегидратации; Процессы в зоне декарбонизации; Процессы в зоне экзотермических реакций; Процессы в зоне спекания; Процессы в зоне охлаждения; Механизм и кинетика реакций в твердой фазе; Термодинамика и термохимия процессов клинкерообразования; Роль расплава в процессах минералообразования; Состав и свойства расплава; Механизм и кинетика растворения минералов в расплаве; Кристаллизация C3S из расплава; Влияние модифицирующих примесей на свойства расплава и процессы минералообразования; Механизм образования клинкерных гранул; Фазовый состав клинкера и свойства индивидуальных фаз; Измельчение клинкера и получение цемента; Механизм разрушения твердых тел; 15 Закономерности процессов измельчения клинкера; Интенсификация помола цемента; Гидратация и твердение портландцемента; Механизм гидратации цемента; Химические реакции гидратации клинкерных минералов; Состав и свойства продуктов гидратации; Физико-химические процессы при гидратации цемента; Твердение цемента, формирование структуры цементного камня; Кинетика твердения цемента; Физико-химические методы управления структурой и свойствами цементного камня; Прочность цементного камня; Методы исследований цементного камня; Строительно-технические свойства цемента; Коррозия цементного камня и бетона; Защита бетонов от коррозии; Разновидности цементов; Быстротвердеющие и высокопрочные портландцементы; Цементы с ПАВ. Пластифицированный и гидрофобный цементы; Дорожный цемент; Низкотермичный цемент; Тампонажные цементы; Пуццолановый цемент; Шлакопортландцемент; Декоративный цемент; Глиноземистый цемент и его разновидности; Расширяющиеся и напрягающие цементы; Основные направления интенсификации производства цемента; Технологический контроль в производстве цемента; Повышение эффективности использования цемента. Итоговый контроль осуществляется на экзамене с использованием билетов. Билеты (15 вариантов) состоят из теоретических (2 вопроса) и практических (1 вопрос) вопросов по всем разделам, изучаемым в данном семестре. Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить степень усвоения теоретических и практических знаний, приобретенные умения и владение опытом на репродуктивном уровне, когнитивные умения на продуктивном уровне, и способствуют формированию профессиональных и общекультурных компетенций студентов. 16 Календарный рейтинг-план изучения дисциплины ОЦЕНКИ «Отлично » А+ А 96–100 баллов 90–95 баллов «Хорошо » В+ 80–89 баллов В 70–79 баллов С+ 65–69 баллов С 55–64 баллов больше или равно 55 баллов менее 55 баллов «Удовл.» Зачтено D Неудов / незачет F КАЛЕНДАРНЫЙ РЕЙТИНГ-ПЛАН изучения дисциплины «Технология цемента» для студентов групп(ы) 4ГМ41, института ФВТ, ООП 18.04.01 Химическая технология или для студентов по всем направлениям ____ кластера по __________________________ дисциплина Лекции, ч 16 Практ. занятия, ч 32 Лаб. занятия, ч Всего ауд. работа, ч СРС, ч ИТОГО, часов / кредитов 16 64 152 216 / 6 _3_ семестр 2016/2017 учебного года Лектор: Лотов Василий Агафонович Итог. контроль Зачет, диф. зачет, КР Результаты обучения по дисциплине: РД1 Применять теоретические знания в области физики и химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов при изучении и разработке технологических процессов создания высокоэффективных материалов и изделий из вяжущих материалов и композитов на их основе РД2 Самостоятельно выполнять расчеты основных характеристик технологического процесса получения цемента, выбирать рациональную схему производства заданного продукта, оценивать эффективность производства РД3 Применять экспериментальные методы определения физико-химических свойств тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и параметров реакций их синтеза Оценивающие мероприятия Защита самостоятельных работ Защита ИДЗ Курсовая работа ИТОГО Кол-во 2 2 1 Баллы 20 20 60 100 17 1-2 1 РД1 РД2 РД3 2 РД1 РД2 РД3 3-4 3 РД1 РД2 РД3 4 РД1 РД2 РД3 5-6 5 РД1 РД2 Раздел 1. Сырьевые материалы в технологии цемента Лекция 1. Карбонатное, глинистое сырье и корректирующие добавки. Технические требования к сырью. Химический состав и физические свойства сырья. Практическое занятие 1. Технологические расчеты по оценке пригодности сырьевых компонентов, корректирующих добавок и твердого топлива. СРС Практическое занятие 2. Расчет состава сырьевой смеси по заданным значениям коэффициента насыщения, силикатного и глиноземистого модулей Лабораторное занятие. Исследование химического состава сырьевых материалов СРС Раздел 2. Характеристика портландцементного клинкера Лекция 1. Химический, минералогический составы клинкера и его модульные характеристики. Физико-химические системы в клинкере. Практическое занятие 1. Расчет состава сырьевой смеси по заданным значениям коэффициента насыщения, силикатного и глиноземистого модулей. СРС Практическое занятие 2. Расчет состава сырьевой смеси по методу Когана, по заданному минералогическому составу клинкера. Лабораторное занятие. Дифференциально-термический анализ. СРС Раздел 3. Физико-химические процессы приготовления сырьевой смеси Лекция 1. Теоретические основы расчета сырьевой смеси. Реакционная способность сырьевых смесей и их 18 Информационное обеспечение … Тестирование Коллоквиум Защита ИДЗ Контр. раб. Вид учебной деятельности по разделам Защита отчета по ЛР Сам. Выступление Ауд. Реферат Результат обучения по дисциплине Неделя Дата начала недели Оценивающие мероприятия Кол-во часов Кол-во баллов Технология проведения занятия (ДОТ)* Интерн Учебная етВидеолитерату ресурс ресурсы ра ы 2 ОСН 3-6 2 ОСН 3-6 ОСН 3-6 ОСН 3-6 8 2 2 2 ДОП 2 8 2 ОСН 3-6 2 ОСН 3-6 8 2 2 2 ОСН 1-7 8 2 ДОП 1, 2 РД3 6 РД1 РД2 РД3 7-8 7 РД1 РД2 РД3 8 РД1 РД2 РД3 9-10 технологические свойства. Корректирование состава сырьевой смеси при мокром и сухом способах производства. Практическое занятие 1. Составление компьютерной программы для расчета сырьевых смесей. СРС Практическое занятие 2. Оптимизация состава сырьевой смеси с помощью компьютера. Лабораторное занятие. Приготовление и помол сырьевой смеси. СРС Информационное обеспечение … Тестирование Коллоквиум Защита ИДЗ Контр. раб. Вид учебной деятельности по разделам Защита отчета по ЛР Сам. Выступление Ауд. Реферат Результат обучения по дисциплине Неделя Дата начала недели Оценивающие мероприятия Кол-во часов Кол-во баллов 8 2 2 ОСН 1-7 8 Раздел 4. Теоретические основы процесса обжига сырьевой смеси и технологический процесс получения клинкера Лекция 1.производительность и мощность вращающейся печи. Процессы теплообмена в печи. Технологические зоны печи и характеристика процессов, протекающих в этих зонах. Практическое занятие 1. Расчеты по корректированию сырьевых смесей. СРС Интерн Учебная етВидеолитерату ресурс ресурсы ра ы ОСН 3-6 ОСН 1-7 ОСН 1-7 2 2 Технология проведения занятия (ДОТ)* ОСН 3-6 2 2 ОСН 1-7 ОСН 3-6 8 Практическое занятие 2. Расчет производительности печи, скорости движения материала в печи. Определение тепловой мощности печи. Лабораторное занятие. Определение влажности сырьевого шлама. Определение тонкости помола сырьевой смеси. Определение удельной поверхности сырьевой смеси. СРС Всего по контрольной точке (аттестации) 1 Раздел 5. Фазовый состав клинкера и свойства индивидуальных фаз 2 10 2 2 ОСН 1-7 8 8 19 10 2 20 РД1 РД2 РД3 10 РД1 РД2 1112 11 РД1 РД2 РД3 12 РД1 РД2 РД3 13- Лекция 1. Полиморфизм клинкерных минералов. Температурные границы существования модификаций минералов. Стабилизация минералов. Влияние микропримесей на процесс минералообразования. Практическое занятие 1. Сжигание топлива во вращающихся печах. Расчет горения твердого топлива. Удельный расход топлива. Составление теплового баланса печи. СРС Практическое занятие 2. Расчет термодинамических параметров реакции термического разложения карбоната кальция. Технологический анализ реакции декарбонизации. Лабораторное занятие. Определение титра сырьевой смеси. СРС Раздел 6. Закономерности процессов измельчения клинкера и получения цементов Лекция 1. Формирование гранулометрического состава цементов. Повышение эффективности помола. Использование ПАВ. Строение гранул клинкера. Механизм разрушения твердых тел. Взаимосвязь размалываемости клинкеров с их кристаллической структурой. Практическое занятие. Анализ физико-химических процессов, протекающих в технологических зонах вращающейся печи. СРС Информационное обеспечение … Тестирование Коллоквиум Защита ИДЗ Контр. раб. Вид учебной деятельности по разделам Защита отчета по ЛР Сам. Выступление Ауд. Реферат Результат обучения по дисциплине Неделя 9 Дата начала недели Оценивающие мероприятия Кол-во часов Кол-во баллов Технология проведения занятия (ДОТ)* Интерн Учебная етВидеолитерату ресурс ресурсы ра ы 2 ОСН 3-6 2 8 ОСН 3-6 2 2 2 ОСН 1-7 8 ОСН 1-5 2 2 ОСН 1-5 ДОП 3 8 Практическое занятие. Практическое использование диаграммы состояния CaO-SiO2-Al2O3 при фазовом анализе клинкера и выборе режима его обжига. Лабораторное занятие. Подготовка сырьевой смеси к обжигу. Обжиг сырьевой смеси и получение клинкера. СРС Раздел 7. Разновидности цементов 20 2 2 2 8 ОСН 1-5 14 13 РД1 РД2 РД3 14 РД1 РД2 РД3 1516 15 РД1 РД2 16 РД1 РД2 РД3 Информационное обеспечение … Тестирование Коллоквиум Защита ИДЗ Контр. раб. Вид учебной деятельности по разделам Защита отчета по ЛР Сам. Выступление Ауд. Реферат Результат обучения по дисциплине Неделя Дата начала недели Оценивающие мероприятия Кол-во часов Кол-во баллов Технология проведения занятия (ДОТ)* Интерн Учебная етВидеолитерату ресурс ресурсы ра ы Лекция 1. Высокопрочные и быстротвердеющие цементы. Цементы с ПАВ, дорожный цемент, тампонажный и пуццолановый цементы, шлакопортландцемент и декоративные цементы. Особенности технологии и применения цементов. Глиноземистый цемент. Расширяющийся и напрягающие цементы. Практическое занятие 1. Термодинамика процесса гидратации цемента. СРС 2 ОСН 1 2 ДОП 3 Практическое занятие 2. Расчет структурных характеристик цементного камня Лабораторное занятие. Определение СаОсвоб в клинкере. СРС 2 ОСН 1-5 ДОП 3 8 2 2 ОСН 1-5 8 Раздел 8. Основные направления интенсификации производства цемента Лекция 1. Технологический контроль при производстве цемента. Новые способы получения клинкера. Повышение эффективности использования цемента. Управление свойствами цемента. Практическое занятие 1. Составление материального баланса цементного завода. СРС ДОП 3 2 2 ОСН 1-5 8 Практическое занятие 2. Составление материального баланса цементного завода. Лабораторное занятие. Рентгенофазовый анализ клинкера СРС 10 2 ОСН 1-5 8 Всего по контрольной точке (аттестации) 2 Защита курсовой работы 8 21 10 2 40 60 ИТОГО Информационное обеспечение … Тестирование Коллоквиум Защита ИДЗ Контр. раб. Вид учебной деятельности по разделам Защита отчета по ЛР Сам. Реферат Ауд. Выступление Результат обучения по дисциплине Неделя Дата начала недели Оценивающие мероприятия Кол-во часов Кол-во баллов Технология проведения занятия (ДОТ)* Интерн Учебная етВидеолитерату ресурс ресурсы ра ы 100 Информационное обеспечение: № (код) Основная учебная литература (ОСН) ОСН 1 1. Усов, Борис Александрович Химия и технология цемента : учебное пособие / Б. А. Усов. — Москва: Изд-во МГОУ, 2009. ОСН 2 2. Сумм, Борис Давидович Коллоидная химия : учебник для вузов / Б. Д. Сумм. — 4-е изд., перераб.. — Москва: Академия, 2013. — 240 с. ОСН 3 3. Фролов, Юрий Геннадьевич Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы : учебник для вузов / Ю. Г. Фролов. — 4-е изд., стер.. — Москва: Альянс, 2009. — 464 с. ОСН 4 4. Русанов, Анатолий Иванович Лекции по термодинамике поверхностей : учебное пособие / А. И. Русанов. — Санкт-Петербург: Лань, 2013. — 237 с. ОСН 5 5. Физико-химические основы материаловедения дисперсных строительных материалов: монография: в 3 ч. / В. Н. Вернигорова, С. М. Саденко; Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (ПГУАС). — Пенза: Изд-во ПГУАС, 2011 Ч. 2: Взаимодействие компонентов. Вода. Добавки. Наногидросиликаты кальция. Бетон. — 2011. — 230 с. ОСН 6 6. Лотов, Василий Агафонович Управление процессами формирования дисперсных структур [Электронный ресурс] : учебное пособие / В. А. Лотов, В. А. Кутугин; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Институт физики высоких технологий (ИФВТ), Кафедра технологии силикатов и наноматериалов (ТСН). — 1 компьютерный файл (pdf; 3.6 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2013 ОСН 7 7. В.Н. Смиренская, С.А. Антипина. Химическая технология вяжущих материалов. – Томск: Изд. ТПУ, 2009. – 200 с. № (код) Дополнительная учебная литература (ДОП) ДОП 1 1. Дворкин, Леонид Иосифович Специальные бетоны : учебно-практическое пособие / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. — Москва: ИнфраИнженерия, 2012. — 363 с. ДОП 2 2. Дворкин, Леонид Иосифович Испытания бетонов и растворов. Проектирование их составов : учебно-практическое пособие / Л. И. Дворкин, В. И. Гоц, О. Л. Дворкин. — Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2014 — 421 с. ДОП 3 3. Дворкин, Леонид Иосифович Строительные минеральные вяжущие материалы : учебно-практическое пособие / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. — Вологда: Инфра-Инженерия, 2011. — 544 с.: ил. 22 9.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Основная литература: 1. Усов, Борис АлександровичХимия и технология цемента : учебное пособие / Б. А. Усов. — Москва: Изд-во МГОУ, 2009. 2. Сумм, Борис Давидович Коллоидная химия : учебник для вузов / Б. Д. Сумм. — 4-е изд., перераб.. — Москва: Академия, 2013. — 240 с. 3. Фролов, Юрий Геннадьевич Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы : учебник для вузов / Ю. Г. Фролов. — 4-е изд., стер.. — Москва: Альянс, 2009. — 464 с. 4. Русанов, Анатолий Иванович Лекции по термодинамике поверхностей : учебное пособие / А. И. Русанов. — Санкт-Петербург: Лань, 2013. — 237 с. 5. Физико-химические основы материаловедения дисперсных строительных материалов: монография: в 3 ч. / В. Н. Вернигорова, С. М. Саденко; Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (ПГУАС). — Пенза: Изд-во ПГУАС, 2011 Ч. 2: Взаимодействие компонентов. Вода. Добавки. Наногидросиликаты кальция. Бетон. — 2011. — 230 с. 6. Лотов, Василий Агафонович Управление процессами формирования дисперсных структур [Электронный ресурс] : учебное пособие / В. А. Лотов, В. А. Кутугин; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Институт физики высоких технологий (ИФВТ), Кафедра технологии силикатов и наноматериалов (ТСН). — 1 компьютерный файл (pdf; 3.6 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2013 7. В.Н. Смиренская, С.А. Антипина. Химическая технология вяжущих материалов. – Томск: Изд. ТПУ, 2009. – 200 с. Дополнительная литература: 1. Дворкин, Леонид Иосифович Специальные бетоны : учебно-практическое пособие / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. — Москва: Инфра-Инженерия, 2012. — 363 с. 2. Дворкин, Леонид Иосифович Испытания бетонов и растворов. Проектирование их составов : учебно-практическое пособие / Л. И. Дворкин, В. И. Гоц, О. Л. Дворкин. — Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2014 — 421 с. 3. Дворкин, Леонид Иосифович Строительные минеральные вяжущие материалы : учебно-практическое пособие / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. — Вологда: Инфра-Инженерия, 2011. — 544 с.: ил. 4. Цементы, бетоны, строительные растворы и сухие смеси: справочник / под ред. П. Г. Комохова. — Санкт-Петербург: Профессионал, 2007-2010 Ч. II. — 2009. — 610 с. 5. Фалалеева, Надежда Алексеевна Экология шлаковых цементов и бетонов / Н. А. Фалалеева, А. Г. Фалалеев. — Владивосток: Изд-во Дальневосточного унта, 2011 21 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины № п/п Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование) 1 2 3 4 Учебная лаборатория Учебная лаборатория Учебная лаборатория Лаборатория для проведения термических исследований, оснащенная электрическими печами для нагрева до 1000 оС -4 шт., Лаборатория для проведения термических исследований, оснащенная электрическими печами для нагрева до 1500оС -5 шт Лаборатория для формования образцов Прибор «Ротап» для выполнения ситового анализа Установка для определения тепловыделения при гидратации и твердении цемента Установка для определения гранулометрического состава по методу Рутковского Прибор Товарова (ПСХ-2) для определения площади удельной поверхности порошка Установка для определения истинной плотности, кажущейся плотности, пористости, водопоглощения материалов (весы для гидростатического взвешивания, устройство для насыщения пор образцов жидкостью) Установки для физико-механических испытаний (прессы с гидравлическим и винтовым приводами) Установки для контроля строительно-технических свойств вяжущих веществ (прибор Вика, вискозиметр Суттарда, пропарочная камера, разборные металлические формы для изготовления образцов, Аппаратура для микроскопической характеристики глинистого и карбонатного сырья Установка для проведения дифференциально-термического анализа Установка для проведения термогравиметрического анализа Установка для определения термической стойкости материалов Установка для определения коррозионной стойкости цементного камня 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Аудитория, количество установок 2 корпус, 024 ауд. 2 корпус, 027 ауд. 2 корпус, 118 ауд 2 корпус, 025 ауд. 19 корпус, 135 ауд. 2 корпус, 026 ауд 2 корпус, 027 ауд, 1 шт. 2 корпус, 120 ауд, 1 шт. 2 корпус, 124 ауд, 6 шт. 2 корпус, 124 ауд, 2 шт. 2 корпус, 118ауд, 1 шт. 2 корпус, 026 ауд, 4 шт. 2 корпус, 118 ауд, 2 шт. 2 корпус, 124 ауд, 3 шт. 2 корпус, 118 ауд, 2 шт. 2 корпус, 118 ауд, 1 шт. 2 корпус,118 ауд, 1 шт. 2 корпус, 118 ауд, 6 шт. Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки_18.04.01 Химическая технология_ Программа одобрена на заседании кафедры наноматериалов (протокол № 28 от 15.05.2014) Автор Лотов.В.А.._________________ Рецензент____________________________ 24 технологии силикатов и
