Модуль 4. Теоретические основы синтеза ситаллов
advertisement
УТВЕРЖДАЮ Директор ИФВТ ___________В.В. Лопатин «___»_____________2011 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СТЕКЛА И СИТАЛЛОВ НАПРАВЛЕНИЕ ООП _____240100 Химическая технология ________ ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: Технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) _______магистр__________________ БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА ____2011 г.____ КУРС__2_____ СЕМЕСТР ____3____ КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ __4____ ПРЕРЕКВИЗИТЫ _ 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) КОРЕКВИЗИТЫ Б.Б.3.2.3; Б.В.3.3.4(5) ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС: Лекции 27 час. Практические занятия 27 час. Лабораторные занятия 18 час. АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 72 час. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 54 час. ( ИТОГО 126 час. ФОРМА ОБУЧЕНИЯ _______очная_______ ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ экзамен (3) ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ____кафедра ТСН________ ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ _______________В.И.Верещагин РУКОВОДИТЕЛЬ ООП _______________ В.М. Погребенков ПРЕПОДАВАТЕЛЬ _______________О.В. Казьмина 2011 1. Цели освоения дисциплины Цели дисциплины и их соответствие целям ООП Код цели Цели освоения дисциплины «Общая технология ТНСМ» 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 стекла и ситаллов Подготовка выпускников к производственнотехнологической деятельности в области химических технологий, конкурентоспособных на мировом рынке химических технологий. Ц2 Ц3 Формирование способности к поиску новых теоретических подходов и планированию самостоятельных научных исследований в области синтеза новых изделий из стекла, разработки и совершенствованию новых оригинальных и высокоэф-фективных технологий стекла Ц5 Формирование навыков проведения самостоятельной экспериментальной работы по созданию новых материалов из стекла 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 химикотехнологических процессов, веществ и материалов Подготовка выпускников самообучению непрерывному профессиональному самосовершенствованию к и 2. Место дисциплины в структуре ООП Согласно ФГОС и ООП «Химическая технология» дисциплина «Физикохимические основы технологии стекла и ситаллов» является вариативной дисциплиной специального цикла – Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов Код дисциплины Наименование дисциплины Кредиты Форма ООП контроля Модуль М.2 В.1 Вариативная часть М.2 В.1.4.3 Физико-химические основы 4 экзамен технологии стекла и ситаллов До освоения дисциплины «Физико-химические основы технологии стекла и ситаллов» 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 «Физико-химическое основы технологии стекла и ситаллов». В результате освоения дисциплин (пререквизитов) студент 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 продукта, оценивать технологическую эффективность производства; применять методы оценки ресурсоэффективности химико-технологических процессов и химических производств; рассчитывать основные характеристики химического процесса, выбирать рациональную схему производства заданного продукта, оценивать эффективность производства; Владеть: экспериментальными методами определения физико-химических 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 «Физико-химические основы технологии стекла и ситаллов» параллельно должны изучаться дисциплины (кореквизиты): Код дисциплины ООП Б.Б.3.2.3 Б.В.3.3.4(5) Наименование дисциплины кореквизиты Модуль Б.3.2 (технологический) Моделирование химикотехнологических процессов Модуль Б.3.3 (специальный, 5 профиль) Тепловые процессы в технологии ТНСМ Кредиты Форма контроля 5 экзамен 5 экзамен 3. Результаты освоения дисциплины Результаты освоения дисциплины получены путем декомпозиции результатов обучения (Р2, Р4, Р5), сформулированных в основной образовательной программе 240100 «Химическая технология», для достижения которых необходимо, в том числе, изучение дисциплины «Физико-химическое основы технологии стекла и ситаллов». Код результата Планируемые результаты обучения согласно ООП Результат обучения (выпускник должен быть готов) Профессиональные компетенции Р1 Применять глубокие знания в области современных технологий химического производства для решения междисциплинарных инженерных задач Р2 Применять знания в области современных химических технологий для решения производственных задач Разрабатывать технологические процессы, проектировать и использовать новое оборудование химической технологии Проводить теоретические и экспериментальные исследования в Р4 Р5 области современных химических технологий Планируемые результаты освоения дисциплины «Физико-химическое основы технологии стекла и ситаллов» № п/п Результат 1 Применять теоретические знания в области физики и химии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов при изучении и разработке технологических процессов создания изделий из стекла, ситаллов 2 Самостоятельно выполнять расчеты основных характеристик технологического процесса получения стеклоизделий, выбирать рациональную схему производства заданного продукта, оценивать эффективность производства 3 Применять экспериментальные методы определения физикохимических свойств стекла В результате освоения дисциплины студент должен: Знать: основные теоретические положения процессов синтеза и применения стеклоизделий; источники традиционных и нестандартных сырьевых материалов, основные технологические процессы в технологии стекла и ситаллов; принципы выбора сырьевых материалов и технологических решений для получения изделий на основе стекла; методы теоретического и экспериментального изучения физикохимических свойств и закономерностей получения стеклоизделий; историю становления и развития кафедры технологии силикатов и наноматериалов ТПУ, вклад ее сотрудников в исследование технологии стекла и ситаллов; Уметь: осуществлять планирование и организацию технологических процессов производства стекла 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 стеклоизделий; 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 стекла 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 сырья и определения качества готовых продуктов по методикам, разработанным учеными ТПУ и кафедры ТСНМ. В процессе освоения дисциплины у студентов 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 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. 4.1 Структура и содержание дисциплины Аннотированное содержание разделов дисциплины Введение. Содержание и задачи курса. Связь курса с другими дисциплинами химикотехнологического профиля. Комментарии по рекомендуемой литературе. Значение материалов из стекла и ситаллов в человеческом обществе. Вклад отечественных и зарубежных ученых в развитие теоретических основ технологии, в теорию и практику конкретных производств. Модуль 1. Технологический режим стекловарения в промышленных печах 1.1 Классификация промышленных печей для стекловарения. Технологические параметры работы промышленных печей. Повышение производительности печей за счет температуры варки. Использование дополнительного электроподогрева и барботажа. Совершенствование устройств подачи топлива и качество его сжигания. Утилизация тепла отходящих дымовых газов. Теплообменники для подогрева воздуха, идущего на горение. Новые конструкции стекловаренных печей. 1.2 Температурный режим варки. Способы контроля и регулирования температуры газового пространства и стекломассы. Картограмма зеркала стекломассы. Тепловой режим варки. Теплообмен в ванных печах. Движение стекломассы в печи. Режим давлений в печной установке. Управление процессом стекловарения: проблемы и решения. Гидравлический режим варки. Химический состав и давление дымовых газов. Модуль 2. Теоретические основы стекловарения и качества стекломассы 2.1 Способы подготовки шихты. Режим загрузки шихты в печь. 2.2 Физико-химические процессы в стекольной шихте при ее нагревании. Факторы, влияющие на кинетику силикато- и стеклообразования. 2.3 Газы в стекломассе: происхождение и состав газов. Механизм осветления. Условия гомогенизации стекломассы. Влияние окислительно-восстановительных процессов на качество стекломассы. Пороки стекла: камни, свили, пузыри. Диагностика пороков и их устранение. Модуль3. Основы формования стекла и обработки стеклоизделий 3.1 Теоретические основы формования стекла. Механические и термические явления при формовании. Основные стадии процесса формования. Роль вязкости и поверхностного натяжения, текучесть стекломассы. Охлаждение и твердение стекломассы. Пороки при формовании стекла. Взаимодействие стекломассы с формой. Тепловой режим форм. 3.2 Классификация способов обработки стекла. Механическая обработка. Теоретические основы процессов шлифовки и полировки стекла. Влияние технологических параметров на эти процессы. Термическая обработка. 3.3 Классификация способов термической обработки. Отжиг стекла. Возникновение и распределение внутренних напряжений в стекле. Закономерности релаксации напряжений. Температурно-временной режим отжига. Теоретические основы процесса закалки стекла. Влияние закалки на прочность стёкол. 3.4 Химическая обработка. Теория химического травления стекла и области его применения (полировка, матирование, декорирование, упрочнение). Модифицирование поверхностного слоя стекла путём ионного обмена. Покрытия на стекле. Теоретические основы получения покрытий. Модуль 4. Теоретические основы синтеза ситаллов 4.1 Предшественники ситаллов. Классификация ситаллов по составу, свойствам и назначению. Явления фазового разделения в стёклах. Закономерности процесса кристаллизации стекла. Гомогенная кристаллизация. Катализированная кристаллизация. Требования к катализаторам. 4.2 Технология ситаллов. Особенности варки и формования кристаллизующихся стекол. Режим направленной кристаллизации стекла. Технические ситаллы. Стеклокристаллические материалы на основе промышленных отходов и горных пород. 4.3 Проектирование ситаллов с заданными свойствами. Выбор состава стекла и катализатора кристаллизации. Определение температурного режима направленной кристаллизации. 4.2 Структура дисциплины Структура дисциплины «Физико-химические основы технологии стекла и ситаллов» по разделам и видам учебной деятельности с указанием временного ресурса в часах представлена в табл.1. Таблица 1 Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения Название раздела Аудиторная работа (час) СРС Итого (час) (час) Лекции Практ. Лабор. занятия занятия 1. Технологический режим стекловарения в промышлен7 7 4 13 31 ных печах 2. Теоретические основы стекловарения и качества 7 7 4 13 31 стекломассы 3. Основы формования стекла и обработки 7 7 4 13 31 стеклоизделий 4.Теоретические основы синтеза ситаллов 6 6 6 15 33 Итого 27 27 18 54 126 5. Образовательные технологии Для достижения планируемых результатов обучения, в дисциплине «Физикохимические основы технологи стекла и ситаллов» 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. 2. Деятельностные практико-ориентированные технологии, направленные на формирование системы профессиональных практических умений при проведении экспериментальных исследований, обеспечивающих возможность качественно выполнять профессиональную деятельность. Используется анализ, сравнение методов проведения физико-химических исследований, выбор метода, в зависимости от объекта исследования в конкретной производственной ситуации и его практическая реализация. 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 стекла 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. 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. 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 + + + + + + + + + + 6.Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов 6.1 Текущая самостоятельная работа (СРС) Текущая самостоятельная работа по дисциплине «Физико-химические основы технологи стекла и ситаллов», 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 к практическим занятиям; подготовка к лабораторным работам, сдача коллоквиумов (текущий контроль); выполнение индивидуальных расчетных заданий (рубежный контроль); подготовка и написание реферата по технологии стекла; подготовка к зачету и экзамену. 6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа по дисциплине «Физико-химические основы технологи стекла и ситаллов», 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 1. Теоретические вопросы для текущего контроля (при подготовке к сдаче коллоквиумов) № п/п Тема Тема: Технологический режим стекловарения в промышленных печах 1 Технологические особенности варки стекла в печах периодического действия. 2 Технологические особенности варки стекла в печах непрерывного действия. 3 Конструкция и принцип действия стекловаренных печей периодического и непрерывного действия. 4 Режим загрузки шихты в печь. 5 Тепловой режим работы газопламенных печей. Теплообмен в ванных печах. 6 Движение стекломассы в печи. 7 Режим давлений в печной установке. 8 Управление процессом стекловарения: проблемы и решения. 9 Способы контроля и регулирования температуры газового пространства и стекломассы. 10 Картограмма зеркала стекломассы. 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Гидравлический режим варки. Химический состав и давление дымовых газов. Тема: Теоретические основы стекловарения и качества стекломассы Основные этапы процесса варки стекла. Физико-химические процессы, протекающие в шихте при ее нагревании. Факторы, влияющие на кинетику силикато- и стеклообразования. Происхождение и состав газов в стекломассе. Условия гомогенизации стекломассы. Управление процессом стекловарения: проблемы и решения. Качество стекломассы. Пороки стекла в виде твердых включений. Пороки стекла в виде свилей Пороки стекла в виде газовых включений Диагностика пороков и их устранение. Тема: Основы формования стекла и обработки стеклоизделий Термическая обработка. Классификация способов термической обработки. Механические и термические явления при формовании. Основные стадии процесса формования. Способы формования стекла. Взаимодействие стекломассы с формой. Тепловой режим форм. Механическая обработка. Теоретические основы процессов шлифовки и полировки стекла. Отжиг стекла. Возникновение и распределение внутренних напряжений в стекле. Температурно-временной режим отжига. Теоретические основы процесса закалки стекла. Степень закалки, критерий БИО. Влияние закалки на прочность стёкол. Химическая обработка. Теория химического травления стекла и области его применения (полировка, матирование, декорирование, упрочнение). Модифицирование поверхностного слоя стекла путём ионного обмена. Покрытия на стекле. Теоретические основы получения покрытий Тема: Теоретические основы синтеза ситаллов Предшественники ситаллов. Классификация ситаллов по составу, свойствам и назначению. Явления фазового разделения в стёклах. Закономерности процесса кристаллизации стекла. Гомогенная кристаллизация. Катализированная кристаллизация. Требования к катализаторам Особенности варки и формования кристаллизующихся стекол. Режим направленной кристаллизации стекла. Технические ситаллы. Стеклокристаллические материалы на основе промышленных отходов и горных пород. Проектирование ситаллов с заданными свойствами Выбор состава стекла и катализатора кристаллизации. Определение температурного режима направленной кристаллизации 2. Тестовые задания для организации рубежного контроля Пример 1. В таблице 1 приведены составы промышленных стекол заданные в мас. %. Индивидуальное задание предполагает выполнение следующих расчетов для заданных составов. Составить полное название стекла и записать его молекулярную формулу. Рассчитать степень связности кремнекислородного каркаса. Таблица 1 Составы промышленных стекол, масс % Вид стекла, завод N SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO2 Листовое стекло: 1 Борский 71,20 1,360 0,120 7,760 4,000 15,14 - 0,380 2 Им. Дзержинского 71,92 1,380 0,130 7,890 3,150 14,90 - 0,500 3 «Автостекло» 72,22 1,580 0,100 7,160 3,590 14,90 - 0,520 4 Гомельский 71,62 2,000 0,080 6,700 4,100 14,60 0,500 0,400 5 Львовский 72,37 1,690 0,130 7,830 3,630 13,82 - 0,490 6 Салаватский 72,00 1,610 0,090 6,600 4,100 14,60 0,500 0,500 7 Саратовский 72,54 0,990 0,130 8,470 3,540 13,79 - 0,620 8 США 71,50 1,900 - 9,700 2,800 14,80 - 0,450 9 Херсонский 73,00 2,300 0,200 6,600 3,400 14,40 - 0,200 10 Им. 9 Янв. обесцв. 73,10 2,450 0,050 5,900 3,800 14,20 - 0,500 11 Прессованное 75,00 1,000 - 6,000 - 16,00 2,000 - 12 Выдувное 73,20 0,005 0,005 7,300 2,000 15,00 2,000 0,500 13 С-96 -12 72,10 1,500 0,120 5,800 3,800 16,10 1,200 - Пример 2. Пользуясь данными табл. 1 и 2, выполнить следующее задание. Подобрать сырьевые материалы для варки стекла заданного состава. Рассчитать состав шихты по заданному составу сырьевых материалов и составу стекла. Таблица 2 Составы сырьевых материалов, масс. % ВаO mпр - 0,23 - 42,74 55,97 - 43,78 0,50 - 0,90 - 48,26 - 41,577 - 31,898 76,80 23,195 Сырьевые материалы SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Песок Ташлинский 99,28 0,16 0,1 0,06 0,03 Доломит Заиграевск. 2,82 0,22 0,28 30,84 21,10 Содопоташная смесь 0,10 0,15 - - - Глинозем Ачинск. 0,10 98,45 0,05 - - Селитра калиевая - - - - - 0,10 Сода - - 0,003 - - 58,42 Поташ - - 0,002 - - Барий углекислый - - 0,005 - - Na2O K2O 0,14 - - 51,64 68,10 Пример 3. Расчет температурного режима отжига стеклоизделий. Расчёт высшей и низшей температуры отжига. Рассчитайте высшую температуру отжига стекла заданного состава (табл. 1). Рассчитайте длительность отжига стеклянной трубы с толщиной стенки (5, 4, 3, 2) мм, температура трубы, поступающей в печь 100 оС, температура отжига 550 оС. Рассчитайте длительность отжига пластины стекла толщиной (5, 4, 3, 2) мм, температура отжига 540 оС. 6.4 Курсовая работа Целью выполнения курсовой работы является углубленное изучение технологии и физико-химических основ производства одного из видов стекольной продукции. Выполнение курсовой работы также направлено на развитие ключевых навыков, формирующих в большой степени профессиональную компетенцию. Курсовая работа выполняется на листах формата А4. Структура работы: титульный лист; реферат (не номеруется); оглавление; введение; основные теоретические положения; литературный обзор; заключение литература. Общий объем курсовой работы составляет 30-40 стр. Содержание отдельных разделов работы: Реферат отражает основное содержание работы, должен занимать около 0,5 стр. Приводятся сведения об объеме работы, количестве страниц, количестве и характере иллюстраций, количестве использованных литературных источников. Дается перечень ключевых слов (5-15). Основная часть реферата отражает сущность выполненной работы. Основные теоретические положения содержат следующие разделы: Понятие о стекле. Требования, предъявляемые к данному виду стекла. Составы и свойства стекол. Физико-химические основы процессов, протекающих при варке стекла, выработке, отжиге, дополнительной обработке стеклоизделий. Если возможно, выполнить расчеты: зависимости вязкости от температуры; расход тепла на варку стекла; высшей температуры отжига и режима отжига изделий; основных свойств стекла. Литературный обзор производится по главным проблемам отрасли. Он является основным в курсовой работе. Материал собирается и систематизируется в соответствии с тем, как сформулирована проблема, вынесенная в заголовок работы. Сведения, содержащиеся в литературном обзоре, позволить объективно определить научно-технический уровень работы. В тексте необходимо дать ссылки на использованные литературные источники, среди них наряду с основной учебной литературой обязательно должны быть использованы работы отечественных и зарубежных авторов. Особое внимание надо обратить на изучение патентной литературы. Заключение должно содержать оценку результатов работы с точки зрения их соответствия требованиям задания. Задания на курсовую работу Каждый студент получает индивидуальное задание на курсовую работу. Примерная тематика курсовых работ: 1. Покрытия на стекле; 2. Новые стеклоформующие машины; 3. Нетрадиционные сырьевые материалы в технологии стекла; 4. Декоративно-отделочные строительные материалы на основе стекла; 5. Повышение прочности изделий из стекла; 6. Технология изготовления коврово-мозаичной плитки из стекла; 7. Способы интенсификации процессов стекловарения; 8. Свойства и области применения жидких стекол; 9. Уплотнение стекольных шихт как эффективный способ подготовки; 10. Архитектурно-строительное стекло; 11. Специальные виды стекол; 12. Влияние химического состава на свойства стекла. 13. Фоточувствительные и фотохромные стекла. 14. Стекломатериалы в стоматологии; 15. Стеклоприпои; 16. Виды стеклообразного оксида кремния; 17. Золь-гель технологии получения стекол; 18. Стекловидные покрытия для металлических изделий. 19. Способы получения покрытий на изделиях. 6.5. 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 студента (фонд оценочных средств). 6.6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Для организации самостоятельной работы студентов (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. Монографии, созданные в соавторстве с сотрудниками кафедры технологии силикатов и наноматериалов 1. Верещагин В.И., Козик В.В., Сырямкин В.И., Погребенков В.М., Борило Л.П. Полифункциональные неорганические материалы на основе природных и искусственных соединений. – Томск: Изд. ТГУ, 2002. – 359 с. 2. Крашенинникова Н.С., Казьмина О.В. Уплотнение стекольных шихт как способ улучшения технологических свойств стекольных шихт. – Томск: Изд. ТПУ, 2011. – 168 с. Учебные пособия: 1. Казьмина О.В., Беломестнова Э.Н. Химическая технология стекла и ситаллов – Томск: Изд. ТПУ, 2006. – 188 с. 2. Крашенинникова Н.С., Казьмина О.В., Мелконян Р.Г. Технология стекла. Часть 1. Приготовление стекольной шихты: учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2006. – 139 с. 3. Вакалова Т.В., Хабас Т.А., Эрдман С.В., Верещагин В.И. Практикум по основам технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. – Томск: Изд. ТПУ ,1999.- 160 с. Методические указания к лабораторным работам 1. Э.Н. Беломестнова, О.В. Казьмина. Окислительно-восстановительный потенциал стекольных шихт.- Томск: Изд. ТПУ, 1997. -20 с. 2. Э.Н. Беломестнова, О.В. Казьмина. Расчеты по химии и технологии стекла. 3. .- Томск: Изд. ТПУ, 2000. -20 с. 4. О.В. Казьмина. Охрана окружающей среды в стекольном производстве. Томск: Изд. ТПУ, 2003. – 20 с. 5. О.В. Казьмина. Отжиг и закалка изделий из стекла.-Томск: Изд. ТПУ, 2003.-12 с. 6. О.В. Казьмина. Термодинамический анализ реакций силикатообразования. - Томск: Изд. ТПУ, 2003. - 12 с. 7. О.В. Казьмина. Окрашивание стекла. - Томск: Изд. ТПУ, 2004. - 12 с. 8. О.В. Казьмина. Декоративно-облицовочные материалы на основе стекла. Томск: Изд. ТПУ, 2004. - 24 с. 9. О.В. Казьмина Технический контроль качества сырья и шихты. - Томск: Изд. ТПУ, 2004. - 16 с. 10. О.В. Казьмина. Уплотнение стекольных шихт методом окатывания. Томск: Изд. ТПУ, 2004. - 12 с. 11. О.В. Казьмина. Уплотнение стекольных шихт методом прессования. Томск: Изд. ТПУ, 2004. - 12 с. 12. О.В. Казьмина. Варка стекла в промышленных печах непрерывного действия. Изд. ТПУ, 2005. - 18 с. 13. О.В. Казьмина. Варка Циклический способ формования стеклоизделий. Изд. ТПУ, 2005. – 20 с. 14. О.В. Казьмина. Исследование песка с целью определения его пригодности для стекловарения. Изд. ТПУ, 2007. - 20 с. 15. Е.А. Кулинич, О.В. Казьмина. Декорирование стекла методом травления. Изд. ТПУ, 2007. - 12 с. Кроме того, для выполнения самостоятельной работы рекомендуется литература, перечень которой представлен в разделе 9. 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 «Физикохимические основы технологии стекла и ситаллов» представляют собой комплект контролирующих материалов следующих видов: Входной контроль (к четвертому 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. 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 «Технологический режим стекловарения в промышленных печах», «Теоретические основы стекловарения и качества стекломассы», «Основы формования стекла и обработки стеклоизделий», «Теоретические основы синтеза ситаллов. Банк вопросов к коллоквиумам по каждой теме включат до 15 вопросов. Проверяется знание теоретического лекционного материала, тем, вынесенных на самостоятельную проработку, знание и понимание методик проведения экспериментальных исследований. Рубежный контроль предполагает выполнение тестовых заданий для проверки остаточных знаний по дисциплине «Физико-химические основы технологии стекла и ситаллов» и курсовой работы. Итоговый контроль осуществляется на экзамене с использованием билетов. Экзаменационные билеты (10 вариантов) состоят из теоретических (3 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, способствуют формированию профессиональных компетенций студентов. 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). 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 в два раза ниже, чем это установлено в рейтинг-плане дисциплины. Таблица 3 Рейтинг-план освоения дисциплины «Физико-химические основы технологии стекла и ситаллов» в течение третьего семестра Институт физики высоких технологий Технологии силикатов и наноматериалов третий Казьмина Ольга Викторовна, доцент Количество кредитов Лекции, час Практические занятия, час Лабораторные занятия час. Всего аудиторных занятий, час Самостоятельная работа, час ВСЕГО, час 4 27 27 18 72 54 126 Технол Классификация 1 огичес промышленных печей для кий стекловарения. режим Технологические параметры стекло работы промышленных варени печей. яв Температурный режим 1 промы варки. Способы контроля и шленн регулирования температуры ых газов и стекломасссы. печах Режим давлений в печной 1 установке. Картограмма зеркала стекломассы. Тепловой режим варки. Теплообмен в ванных печах. Движение стекломассы в печи. Критерии оценки пригодности сырья для технологии стекла- 4 часа 3 Темы практических занятий (решаемые задачи) Пересчёт состава стекла из массовых процентов в молярные и наоборот. Формула стекла. 2 Расчёт молекулярного веса стекла. Структурные формулы силикатных, боратных и фосфатных стёкол. 2 Индивидуальные задания (рубежные контрольные работы, рефераты) Выдача индивидуального задания И то го Проблемноориентированны е задания (НИРС в рамках дисциплины) Баллы 1 Название лабораторных работ Баллы Темы лекций Баллы Недели Назван ие модуля 3 18 Текущий контроль Практическая деятельность Теоретический материал 2 Число недель Баллы Институт Кафедра Семестр Группы Преподаватель Физико-химические основы технологии стекла и ситаллов Баллы Дисциплина 4 Химический состав и давление дымовых газов. Гидравлический режим варки. 1 Способы подготовки шихты. Факторы, влияющие на кинетику силикатои стеклообразования. Газы в стекломассе: происхождение и состав газов. Механизм осветления. Условия гомогенизации стекломассы. Пороки стекла: камни, свили, пузыри. Диагностика пороков и их устранение. Влияние окислительновосстановительных процессов на качество стекломассы. 1 Теоретические основы формования стекла. Механические и термические явления при формовании. 1 Классификация способов термической обработки. Отжиг стекла. 1 Классификация способов обработки стекла. Механическая обработка. Термическая обработка. Химическая обработка. Теоретические основы получения покрытий. 1 Всего по контрольной точке (аттестации) № 1 5 6 Теорет ически е основы стекло варени яи качеств а стекло массы 7 8 9 10 11 12 13 Основ ы формо вания стекла и обрабо тки стекло издели й Расчет расхода тепла на варку стекла 1 1 Определение пороков стекла 4 часа 3 Расчет техникоэкономических показателей стекловаренных печей 1 1 2 2 Всего по контрольной точке (аттестации) № 2 Расчет основных 2 технологических параметров формования стеклоизделий Определение ХПК сырьевых материалов и шихты – 4 часа 3 Расчет температурного режима отжига стеклоизделий. Декорирование стекла – 4 часа 3 11 Работа над курсовой 1 Работа по индивидуальному заданию 2 Работа над курсовой 1 Работа по индивидуальному заданию 2 17 Работа над курсовой 1 Работа над курсовой 1 2 Работа по индивидуальному заданию 2 14 15 16 17 18 Теорет ически е основы синтеза ситалл ов Предшественники ситаллов. Классификация ситаллов по составу, свойствам и назначению. Закономерности процесса кристаллизации стекла. к катализаторам. 1 Проектирование ситаллов с заданными свойствами. Выбор состава стекла и катализатора. Особенности варки и формования кристаллизующихся стекол. Определение температурного режима кристаллизации. 1 1 Всего по контрольной точке (аттестации) № 3 Расчет шихты для 1 получения ситалла Исследование кристаллизационн ой способности стекла – 6 часов 18 Работа над курсовой 1 Работа над курсовой 1 3 Расчет свойств ситалла по методу Аппена 1 1 Защита курсовой работы 1 Всего по контрольной точке (аттестации) № 4 Итоговая текущая аттестация Экзамен Итого баллов по дисциплине «_1»__07__2011 г. Зав. кафедрой ____________________________ В.И.Верещагин Преподаватель __________________________ О.В. Казьмина 2 14 60 40 100 9.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Основная литература: 1. Химическая технология стекла и ситаллов. Под ред. Н. М. Павлушкина. -М : Стройиздат, 1983. - 432с. 2. Аппен А.А. Химия стекла. -Л., Химия, 1970.-315с. 3. Виды брака в производстве стекла. Под ред. Г. Иебсена-Мардвеля. -М., 1986. 4. Павлушкин Н.М. Основы технологии ситаллов. -М : Стройиздат, 1970. -320с. 5. М. А. Матвеев, Г. М. Матвеев, Б. Н. Френкель. Расчёты по химии и технологии стекла. -М : Стройиздат, 1972. - 238с. 6. Павлушкин Н.М., Сентюрин Г.Г., Ходаковская Р.Я. Практикум по технологии стекла и ситаллов. -М : Стройиздат, 1970. -512с. 7. Демкина Л.И. Физико-химические основы производства оптического стекла. – Л.: Химия, 1976. – 456 с. 8. 10. Бутт Л.И., Поляк В.В. Технология стекла. – М.: Стройиздат, 1971. – 386 с. 9. Парюшкина О.В., Мамина Н.А., Панкова Н.А., Матвеев Г.М. Стекольное сырье России. – М.: АО «Силинформ», 1995. – 84 с. 10. Шапилова М.В., Барышников Ю.А.. Охрана труда в производстве стеклянной тары и сортовой посуды. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – 202 с. 11. Панкова Н.А., Михайленко Н.Ю. Стекольная шихта и практика ее приготовления. – М.: РХТУ, 1997. – 80 с. 12. Мелконян Р.Г., Казьмина О.В., Беломестнова Э.Н. Строение и свойства стекла. – Томск.: ТПУ, 2004. – 116 с. Дополнительная литература 1. Справочник «Стекло» // МХТИ им. Менделеева / Под ред. Н. М. Павлушкина. – М.: Стройиздат, 1973. – 487 с. 2. Справочник по производству стекла // ГИС / Под ред. И. И. Китайгородского и С.И. Сильвестровича. – М.: Госстройиздат, 1983. – Т. 1. – 815 с. 3. Волгина Ю.М. Технологическое оборудование стекольных заводов. - М : Стройиздат, 1974. -307с. 4. Тыкачинский И.Д. Проектирование и синтез стекол и ситаллов с заданными свойствами. -М : Стройиздат, 1977. -145с. 5. Мазурин О.В. и др. Явление ликвации в стеклах. -Л.: Наука, 1974. 6. Ф.Г.Солинов. Производство листового стекла. -М : Стройиздат, 1976. -286с. 7. Шульц М.М., Мазурин О.В. Современные представления о строении стекол и их свойства. – Л.: Наука, 1988. – 198 с. 8. Гулоян Ю.А. Выработка выдувных изделий из стекла. – М.: Стройиздат, 1988. – 254 9. Гулоян Ю.А. Эффективность технологиченских процессов в производстве стеклянных изделий. – М.: Легкая и пищевая пром., 1982. – 167 с. 10. Мелконян Р.Г. Аморфные горные породы и стекловарение. – М.: «НИА Природа», 2002. – 263 с. Программное обеспечение и Internet-ресурсы: Казьмина О.В. Физико-химические основы технологи стекла и ситаллов. Презентации лекций 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины № п/п 1 Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование) Учебная лаборатория Аудитория, количество установок 2 корпус, 024 ауд. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Учебная лаборатория Учебная лаборатория Лаборатория для проведения термических исследований, оснащенная электрическими печами для нагрева до 1000оС -4 шт., Лаборатория для проведения термических исследований, оснащенная электрическими печами для нагрева до 1500оС -5 шт Прибор «Ротап» для выполнения ситового анализа Прибор Ходакова (ПСХ-2) для определения площади удельной поверхности порошка Установка для определения истинной плотности, кажущейся плотности, пористости материалов (весы, установка для вакуумирования) Установки для физико-механических испытаний (прессы с гидравлическим и винтовым приводами) Установки для контроля физико-химических свойств стекла Установка для определения химической потребности в кислороде сырьевых материалов и стекольной шихты Установка для определения температуры размягчения шихт и порошков из стекла Установка для определения химической стойкости стекла 2 корпус, 027 ауд. 2 корпус, 118 ауд 2 корпус, 025 ауд. 19 корпус, 135 ауд. 2 корпус, 027 ауд, 1 шт. 2 корпус, 124 ауд, 2 шт. 2 корпус, 118ауд, 1 шт. 2 корпус, 026 шт. 2 корпус, 118 шт. 2 корпус, 124 шт. 19 корпус, 135 шт. 2 корпус, 123 шт. ауд, 4 ауд, 2 ауд, 1 ауд, 1 ауд, 6 Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки 240100 Химическая технология Программа одобрена на заседании кафедры технологии силикатов и наноматериалов (протокол №____от «____»_________2011 г.) Автор Казьмина О.В._________________ Рецензент____________________________