Поиск в базе сайта:
Рабочая программа дисциплины разделение и очистка веществ мембранными, обменными и электрохимическими методами icon

Рабочая программа дисциплины разделение и очистка веществ мембранными, обменными и электрохимическими методами




Скачать 194.99 Kb.
НазваниеРабочая программа дисциплины разделение и очистка веществ мембранными, обменными и электрохимическими методами
Дата конвертации16.02.2013
Вес194.99 Kb.
КатегорияРабочая программа

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Физико-технический институт


УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор ФТИ

_______________ В.П. Кривобоков

«____»_____________2011 г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ


РАЗДЕЛЕНИЕ И ОЧИСТКА ВЕЩЕСТВ МЕМБРАННЫМИ, ОБМЕННЫМИ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ


НАПРАВЛЕНИЕ ООП   011200 Физика

СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ Физика кинетических явлений

КВАЛИФИКАЦИЯ магистр


БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА  2011 г.

КУРС II СЕМЕСТР   3,4  

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ   4  


ПРЕРЕКВИЗИТЫ   М1.Б2, М1.В3.2, М1.В4.2, М1.В6, М2.Б1, М2.В2.2

КОРЕКВИЗИТЫ М2.В.2.1, М2.В.2.3, М2.В.2.6, М2.В.2.7


ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

  Лекции   41  час.

  Лабораторные работы    37,5  час.

  Практические работы    32 час.


АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ   110,5   час.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА   99,5   час.

ИТОГО ^   210   час.


ФОРМА ОБУЧЕНИЯ   Очная  

ВИДЫ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ экзамен, зачёт, диф. зачёт


Обеспечивающая кафедра: «Техническая физика» ФТИ ТПУ


ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ_____________ В.А. Власов


РУКОВОДИТЕЛЬ ООП_______________ С.Н. Ливенцов


ДОЦЕНТ ______________ Л.И. Дорофеева


2011 г.

^ 1. Цели освоения дисциплины

Целью преподавания дисциплины «Разделение и очистка веществ обменными, мембранными и электрохимическими методами» является формирование знаний, умений и навыков в области обменных технологий разделения и тонкой очистки веществ, необходимых для производственной, научно-исследовательской и проектной деятельности.


^ 2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Разделение и очистка веществ обменными, мембранными и электрохимическими методами» относится к вариативной части профессионального цикла дисциплин магистерской подготовки по профилю 011200.2 «Физика кинетических явлений» направления 011200 «Физика».

Дисциплина дает полное представление о физико-химических основах теории разделения, эффективных методах разделения и очистки веществ; оптимальных схемах организации двухфазных процессов, свойствах современных ионообменных материалов; расчётах электрохимических, мембранных, обменных процессов разделения и водоподготовки.

Для успешного освоения дисциплины студенты должны иметь знания о современных проблемах физики, ядерных энергетических технологиях, методах разделения изотопов, водоподготовке на предприятиях атомной промышленности, математическом моделировании физических процессов.

Параллельно с данной дисциплиной могут изучаться следующие дисциплины вариативной части профессионального цикла магистерской подготовки: термодинамика физических процессов, гидрогазодинамика разделительных процессов, физико-химические методы анализа, перспективные технологии разделения изотопов и тонкой очистки веществ.


^ 3. Результаты освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины магистрант должен/будет:

Знать:

  • физико-химические основы разделения веществЗ.1,

  • методы деионизации растворовЗ.2,

  • мембранные технологииЗ.3;

  • оптимальные схемы организации разделительных процессовЗ.4.


Уметь:

  • проводить расчёты термодинамических параметров разделительных процессовУ.1,

  • проводить расчёт селективных свойств ионообменного материалаУ.2,

  • использовать критерии подобия для инженерных расчётов массообменных процессовУ.3,

  • использовать полученные знания в области обменных технологий разделения для практической деятельностиУ.4.


Владеть (методами, приёмами):

  • применения знаний о технологических процессах разделения в практической деятельностиВ.1;

  • разработки схем и проведения расчетов режимов работы разделительного оборудованияВ.2;

  • решения проблемных задач совершенствования разделительных технологий с учетом экологических стандартовВ.3;

  • проведения научных исследований, их планирования и анализа результатовВ.4.


В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1.Универсальные (общекультурные) - способность/готовность

  • демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук (ОК-1) в ходе профессиональной деятельностиВ.У.1,

  • самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения (ОК-3)У.У.1,

  • порождать новые идеи (ОК-5), выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппаратУ.У.2;

  • использовать базовые знания и навыки управления информацией для решения исследовательских профессиональных задач (ОК-10)З.У.1,


2. Профессиональные - способность/готовность

  • свободно владеть фундаментальными разделами физики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (ПК-1) в области технологии разделения изотопов и тонкой очистки веществ, физико-химических методах анализаЗ.П.1;

  • самостоятельно ставить конкретные задачи научных исследований и решать их с помощью современной аппаратуры, оборудования, информационных технологий с использованием новейшего отечественного и зарубежного опыта (ПК-3)У.П.1

  • способностью свободно владеть разделами физики, необходимыми для решения научно-инновационных задач (ПК-6) совершенствования технологии разделения изотопов и тонкой очистки веществ с учетом экологических (ПК-8) стандартовВ.П.1



^ 4. Структура и содержание дисциплины

4.1. Содержание разделов дисциплины. Дисциплина содержит 3 модуля.

Таблица 1.

Модули дисциплины.

Модуль

Модуль 1

МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ ВЕЩЕСТВ


Методы деионизации растворов. Ионообменные соединения. Мембранные технологии. Методы разделения веществ. Электрохимическое обращение фаз. Интенсификация ионообменных процессов.


Модуль 2

СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ


Комбинированные схемы разделения. Оптимальные схемы обессоливания. Технологическое и экологическое совершенствование очистительных установок.


Модуль 3

РАСЧЕТЫ МЕМБРАННЫХ, ОБМЕННЫХ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ


Расчёт скорости движения фронта концентрационной волны. Расчёт процесса деионизации никельсодержащих растворов. Определение критической скорости и объёмного расхода в многокамерном электродиализаторе. Расчет водоподготовительной установки.


^ 4.2. Структура дисциплины по разделам и видам учебной деятельности (лекция, лабораторная работа) c указанием временного ресурса в часах.


Таблица 2.

Структура дисциплины

по разделам и формам организации обучения

Название раздела/темы

Аудиторная работа, час

СРС,

час

Итого

лекции

лаборат. работы

практич. занятия

Введение. Методы деионизации растворов.

2

2

 

4

8

Мембранные методы деионизации.

4

4

4

10

22

Методы разделения веществ.

8

8

4

18

38

Комбинированные схемы разделения. Оптимальные схемы обессоливания.

8

4

4

16

32

Расчёт скорости движения фронта концентрационной волны.

4

4

4

10

22

Определение критической скорости и объёмного расхода в многокамерном электродиализаторе.

4

4

4

10

22

Расчёт процесса деионизации никельсодержащих растворов.

4

4

4

10

22

Расчет водоподготовительной установки.

7

7,5

8

21,5

44

Итого

41

37,5

32

99,5

210

^ 4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины.


Формируемые в ходе изучения дисциплины результаты обучения находятся в соответствии с результатами основной образовательной программы и требованиями ФГОС ВПО по направлению 011200 «Физика».


Таблица 3.

Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения.



Формируемые

компетенции

^ Разделы дисциплины

1

2

3



З.1.

+

+

+



З.2.

+

+

+



З.3.

+

+

+



З.4.




+

+



З.У.1.

+

+






З.П.1.

+

+

+



У.1.

+

+

+



У.2.

+




+



У.3.




+

+



У.4.




+

+



У.У.1.

+

+

+



У.У.2.

+




+



У.П.1.

+

+






В.1.







+



В.2.




+

+



В.3.




+






В.4.







+



В.У.1.







+



В.П.1.




+





^ 5. Образовательные технологии

Достижение планируемых результатов освоения дисциплины обеспечивается:


    • повышением качества образования путем его фундаментализации, информирования магистранта о современных достижениях в науке, технике и технологиях;

    • нацеленностью обучения на новые, в первую очередь, на информационно-коммуникационные технологии;

    • повышение творческого начала в образовании.


Специфика сочетания методов и форм организации обучения отражена в таблице 4.

Таблица 4.

Методы и формы организации обучения (ФОО)

ФОО

Методы

лекции

лабораторные работы

практические занятия

СРМ

Работа в команде




+

+




Case-study

+







+

Методы проблемного обучения

+




+

+

Опережающая самостоятельная работа

+

+

+

+

Исследовательский метод




+




+



^ 6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов


6.1. Виды самостоятельной работы:

текущая и творческая/исследовательская деятельность студентов.


Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений.

- работа с лекционным материалом, поиск, обзор литературы и электронных источников информации в сети интернет по индивидуально заданной проблеме курса,

- опережающая самостоятельная работа по проблеме курса,

- перевод текстов с иностранных языков по проблеме курса,

- изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку,

- подготовка к лабораторным работам; практическим занятиям; зачётам и экзамену.


^ Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа

(ТСР), ориентирована на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов.

  • поиск, анализ, структурирование и презентация информации по основным проблемам курса,

  • выполнение расчетно-графических работ;

  • исследовательская работа и участие в научных конференциях по основным проблемам курса;

  • анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме;

  • анализ статистических и фактических материалов по заданной теме, проведение расчетов, составление схем и моделей на основе статистических материалов.


^ 6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине.

Самостоятельная работа включает подготовку к практическим и лабораторным занятиям, к зачётам и экзамену; изучение отдельных тем, отнесенных к самостоятельному освоению студентами с использованием литературных источников, представленных в учебной программе дисциплины. В число часов для самостоятельной работы включено необходимое время для подготовки к текущему контролю, проводимому в течение семестра.


Темы, выносимые на самостоятельную проработку.

  1. Критерии классификации ионообменников и их характеристики.

  2. Выделение веществ из газовой фазы в водные растворы.

  3. Системы мембранного ввода проб в масс-спектрометр.

  4. Виды мембран, их преимущества и недостатки.

  5. Аппараты на основе обратноосмотических мембран.

  6. Определение значений -факторов в фазе ионообменника, их взаимосвязь с коэффициентами разделения в двухфазной системе.

  7. Критерии подобия в массообменных процессах.

  8. Скорость фильтрации на анионитовых фильтрах.


^ 6.3 Контроль самостоятельной работы

Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.


^ 6.4 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Для дополнительного самостоятельного изучения дисциплины могут быть использованы следующие электронные ресурсы:

http://www.water.ru

http://kfcentr.ru

http://www.chemnet.ru/rus/elibrary

http://science.ncstu.ru/nii/elbt_lab


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

Средства оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации студентов по итогам освоения дисциплины – перечень вопросов, ответы на которые позволяют оценить степень усвоения теоретических знаний; проблем, позволяющих оценить профессиональные и универсальные (общекультурные) компетенции магистрантов.

Вопросы входного контроля.

  1. Методы разделения и тонкой очистки веществ.

  2. Адсорбция. Химическое равновесие.

  3. Диффузия в жидкостях и газах.

  4. Основы химической кинетики.

  5. Разделение газов и жидкостей.

  6. Химический изотопный обмен.

  7. Коэффициенты разделения и обогащения.

  8. Разделительный каскад.

  9. Ионообменные и мембранные технологии.

  10. Обессоливание воды.

  11. Испарение через мембрану.

  12. Обратный осмос.

  13. Ультрафильтрация.

  14. Электродиализ.

  15. Использование ионообменных методов в опытных и промышленных установках.

  16. Использование мембранных методов в опытных и промышленных установках.


Вопросы текущего и выходного контроля.

  1. Назовите известные вам методы деионизации растворов.

  2. Какие диапазоны концентраций исходных растворов указывают на область применения метода очистки?

  3. Приведите критерии классификации ионообменного материала.

  4. Опишите принцип работы денудорных устройств.

  5. Перечислите материалы, на основе которых изготавливают ионообменные мембраны.

  6. Приведите примеры использования композиционных, нанофильтрационных мембран и на основе силиконовой резины.

  7. Что Вам известно о размерах пор в мембранах?

  8. Работа, каких устройств в масс-спектрометрии, основана на использовании мембран?

  9. Запишите формулы для определения селективности и проницаемости мембран.

  10. Какие виды конструкций устройств обратного осмоса Вам известны?

  11. Каким образом можно описать нестационарное плоское концентрационное поле на границах мембран и раствора?

  12. С помощью какого критерия можно охарактеризовать соотношение конвективного и диффузионного потоков?

  13. Проведите расчёт энергии перехода с фундаментального уровня на первый энергетический уровень деформационных колебаний воды.

  14. Определите коэффициенты диффузии, используя значения энергии разрыва водородной связи при условии, что расстояние между фиксированными ионами катионообменной мембраны МК-40 составляет 1,035 10-7, время единичного колебания τ0 = 2,03·10-14с.

  15. Для каких характеристик используется число Шервуда, запишите определяющую формулу?

  16. Приведите обобщенные критериальные уравнения для массопереноса при электродиализе с незаполненным межмембранным расстоянием (гладкие каналы), для электродиализа с инертными и электропродящими турбулизаторами.

  17. По каким признакам можно проводить классификацию методов разделения ионных и изотопных смесей?

  18. Чем определяется эффективность процесса разделения при ионном обмене?

  19. Чем можно объяснить увеличение коэффициентов разделения ионов щелочных металлов при переходе от водных к водно-пропаноловым растворам?

  20. Поясните на примере, каким образом, увеличение содержания дивинилбензола в структуре ионообменника влияет на его селективность. Какие методы увеличения селективности ионообменного материала Вам известны.

  21. Запишите формулу, определяющую взаимосвязь коэффициентов обогащения и селективности.

  22. Запишите уравнение, с помощью которого можно определить изменение коэффициента обогащения в зависимости от степени сшивки смолы.

  23. Запишите выражение для однократного коэффициента разделения с учётом β-факторов соединений.

  24. Запишите уравнение, описывающее кинетическую кривую процесса замещения ионных и изотопных форм при электродиализе.

  25. Как можно определить время необходимое для достижения заданной степени замещения при электродиализе?

  26. Чем определяется выбор метода осуществления процесса разделения и оптимальной конструкции аппарата?

  27. Перечислите возможные направления усовершенствования технологии обессоливания воды.

  28. Поясните суть процессов коагуляции, из каких стадий они состоят.

  29. Какие виды коагулянтов, применяемых для водоочистки Вам известны?

  30. Перечислите преимущества и недостатки тонкопленочных композитных мембран.

  31. Назовите электропроводность умягчённой воды, прошедшей систему водоподготовки.

  32. Назовите известные Вам методы повышения эффективности процессов разделения и очистки веществ.

  33. Исходя из каких величин, можно определить время движения ионов под действием электрического поля в электродиализаторе?

  34. Из каких условий выбирается скорость подвода вещества к ячейке электродиализатора? Поясните на примере.

  35. Как определяется критическая скорость при деионизации растворов методом электродиализа?

  36. Определить критическую скорость и критический расход раствора в семисекционном аппарате по линии диализата и концентрата при следующих исходных данных:  = 4,3 см, d = 0,7 см, С0 = 0,6  4,5 [г/л], С1 = 0,3 г/л.

  37. Запишите формулу, определяющую скорость движения точки фронта концентрационной волны по рабочей камере электродиализатора с межмембранным заполнением ионообменным материалом.

  38. Проведите расчёт скорости движения точки фронта концентрационной волны по рабочей камере электродиализатора для следующих условий: ёмкость смолы СЕ=5,5 мг-экв/см3, подвижность 1,01 (изотопы лёгких щелочных элементов), плотность тока 10 мА/см2, при изменении относительной концентрации в диапазоне (1  0)СЕ.

  39. Проведите расчёт трёхступенчатой ионитовой установки производительностью 1450 м3/сут. при перепаде концентраций на входе и выходе установки: С0 = 34 мг-экв/л, С1 = 0,6 мг-экв/л.

  40. Чем определяется величина загрузки Н-катионитового фильтра первой ступени обессоливания?

  41. От каких величин зависит скорость фильтрации на анионитовых фильтрах?


^ 8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины


  • основная литература:

  1. Андреев Б.М. и др. Разделение изотопов биогенных элементов в двухфазных системах. М.: ИздАТ, 2000 – 376 с.

  2. Гребенюк В.Д., Пономарев М.И. Электромембранное разделение смесей. – Киев: Наук. думка, 1992. – 183 с.

  3. Изотопы: свойства, получение, применение: в 2 т. / под ред. В. Ю. Баранова. — М.: Физматлит, 2005.

  4. Ионообменное оборудование атомной промышленности / Е. И. Захаров, Б. Е. Рябчиков, В. С. Дьяков. — М. : Энергоатомиздат, 1987. — 248 с.

  5. Ионообменная технология разделения и очистки веществ: учебное пособие / А.П. Вергун, В.Ф. Мышкин, А.В. Власов. – Томск: Изд-во ТПУ, 2010. – 110 с.

  6. Современные методы очистки воды: учебное пособие / А.М. Ивлева, С.В. Образцов, А.А. Орлов. – Томск: Изд-во ТПУ, 2010. — 78 с.




  • дополнительная литература:

  1. Герзон В. М. и др. Управление водоподготовительным оборудованием и установками. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 232 с.

  2. Волжанский А.И., Константинов В.А. Регенерация ионитов. – Л.: Химия, 1990. – 240 с.

  3. Кокотов Ю.А., Золоторев П.П., Елькин Г.Э. Теоретические основы ионного обмена. – Л.: Химия, 1986. – 280 с.

  4. Москвин Л.Н., Царицына Л.Г. Методы разделения и концентрирования в аналитической химии. – Л.: Химия, 1991. –256 с.

Internet-ресурсы: http://www.water.ru, http://www.chemnet.ru/rus/elibrary,

http://science.ncstu.ru/nii/elbt_lab, http://kfcentr.ru.


^ 9. Материально-техническое обеспечение дисциплины

При проведении практических, лабораторных занятий и чтении лекций используются лабораторное оборудование, компьютеры, мультимедиа проигрыватели, корпоративная компьютерная сеть и ИНТЕРНЕТ.


Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 011200 ФИЗИКА магистерской программы ФИЗИКА КИНЕТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ.


Программа одобрена на заседании кафедры ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА ФТИ ТПУ (протокол № от « » 2011 г.).


Доцент кафедры ТФ ФТИ __________________ Л.И. Дорофеева


Рецензент __________________________

Похожие:




©fs.nashaucheba.ru НашаУчеба.РУ
При копировании материала укажите ссылку.
свазаться с администрацией