651-2010/01 – Teorie technologických procesů (TTP)
| Garantující katedra | Katedra chemie a fyzikálně-chemických procesů | Kredity | 6 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | | |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2022/2023 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Cílem předmětu je prohloubit znalosti studentů z chemické termodynamiky a kinetiky o termodynamiku roztoků a aplikovat tyto znalosti na technologie přípravy kovových materiálů. Absolventi předmětu budou umět charakterizovat roztoky – Raoultův a Henryho zákon, ideální a neideální roztoky, termodynamické funkce roztoků, aktivita složky v roztoku, termodynamické modely roztoků. Budou umět aplikovat chemickou termodynamiku a kinetiku na pyrometalurgické pochody – termická disociace, redukce oxidů kovů, Boudouardova reakce. Budou schopni sledovat a analyzovat děje a interakce mezi taveninami kovů a plynnou atmosférou a také sledovat a analyzovat děje mezi taveninami kovů a oxidickými taveninami. Budou umět charakterizovat fyzikální vlastnosti tavenin - roztavené kovy a oxidické taveniny a aplikovat získané teoretické poznatky na vybrané technologické procesy.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Obsahem předmětu je teoretický základ v oblasti aplikace základních principů fyzikální chemie na jednotlivé technologické pochody.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
PREZENČNÍ STUDIUM
Podmínky pro získání zápočtu:
- 100 % účast na teoretických cvičeních - 2 body
- účast na teoretických cvičeních menší než 86% (více než 1 neúčast)
poskytuje možnost neudělení zápočtu
- úspěšné absolvování dvou samostatných výpočtových písemek – hodnocení
(14 + 14) = max. 28 bodů
- oprava písemky – lze opravit maximálně jednu písemku maximálně
jedenkrát.
- absolvování 5 laboratorních cvičení, odevzdání a obhájení protokolů –
max. 15 bodů (toto bodové ohodnocení představuje hodnocení jak vlastní
teoretické přípravy na zadanou laboratorní úlohu, tak hodnocení práce v
laboratoři a hodnocení obsahové a formální stránky laboratorního protokolu
včetně jeho obhajoby)
Bodové hodnocení zápočtu:
- zápočet min. bodů 20
- zápočet max. bodů 45
V celkovém zisku bodového ohodnocení zápočtu musí být obsaženo nenulové
hodnocení obou výpočtových písemek (min. 5 bodů za 1 písemku) a laboratorního
cvičení, tzn. student musí absolvovat obě výpočtové písemky a splnit
podmínky laboratorního cvičení.
Bodové hodnocení zkoušky: zkouška kombinovaná
- písemná část zkoušky - max. 15 bodů
- ústní teoretická část zkoušky - max. 40 bodů
V celkovém zisku bodového ohodnocení zkoušky musí být obsaženo jak nenulové
hodnocení výpočtové zkouškové písemky (min. 5 bodů) tak nenulové hodnocení
vlastní ústní zkoušky, tzn. student musí absolvovat obě části zkoušky.
Bodové hodnocení předmětu se získá součtem bodů za cvičení a za absolvování
zkoušky, výsledná klasifikace je dána podmínkami ve Studijním a zkušebním
řádu VŠB TUO.
KOMBINOVANÉ STUDIUM
Podmínky pro udělení zápočtu na cvičení:
- účast na výpočtovém soustředění - 5 bodů
- vypracování a odevzdání zadaného výpočtového programu - max.25 bodů
Bodové hodnocení zápočtu:
- zápočet min. bodů 15
- zápočet max. bodů 30
Bodové hodnocení zkoušky:
- ústní zkouška - max. 70 bodů - min. 25 bodů
Bodové hodnocení předmětu se získá součtem bodů za cvičení a za absolvování zkoušky. Výsledná klasifikace je dána podmínkami ve Studijním a zkušebním řádu VŠB TUO.
E-learning
Další požadavky na studenta
Další požadavky nejsou definovány.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Roztoky. Klasifikace roztoků. Roztoky neelektrolytů, roztoky ideální a
reálné. Empirické zákony popisující roztoky – Raoultův zákon a Henryho
zákon. Reálné roztoky, volba standardního stavu pro složky roztoku,
odchylky vzhledem k Raoultovu a Henryho zákonu, různé pojetí aktivit,
aktivitní koeficient.
2. Termodynamické vlastnosti ve vícesložkových soustavách, interakční
součinitel – metody výpočtu podle Wagnera, Chipmana, Morrise – aktivity a
aktivitní koeficienty ve složitějších soustavách.
3. Termodynamické funkce roztoků. Parciální molární veličiny. Diferenciální a
integrální veličiny. Směšovací a dodatkové veličiny. Termodynamické funkce
a modely roztoků – model ideálního, reálného, regulárního, atermálního
roztoku. Gibbs-Duhemova rovnice a její aplikace.
4. Termodynamika, kinetika a mechanismus základních technologických reakcí.
Termická disociace uhličitanů, oxidů, sulfidů, nitridů. Fyzikální a
technická disociační teplota, disociační napětí.
5. Redukce oxidů plynnými směsmi – nepřímá redukce, redukční diagramy,
redukovatelnost oxidů. Boudouardova reakce, termodynamický rozbor, kinetika
a její technologický význam. Přímá redukce oxidů, redukovatelnost oxidů,
redukční diagramy.
6. Mechanismus a kinetika disociace a redukce. Reakce topochemické, jejich
charakteristika a jejich model. Termodynamika vzniku zárodků nové fáze ve
fázi staré. Mechanismus redukce, Janderova rovnice. Kinetika oxidace kovů.
7. Základy teorie roztavených kovů. Struktura (statistická metoda,
kvazikrystalická teorie, teorie rojů, Frenkelova teorie) a fyzikální
vlastnosti roztavených kovů (viskozita, difúze, povrchové napětí,
vypařování, sublimace, tání, změna krystalografické modifikace).
8. Krystalizace. Homogenní a heterogenní nukleace, fyzikálně-chemická analýza
procesu, kritický rozměr zárodku a jeho závislost na vybraných činitelích.
9. Interakce plynů s roztaveným kovem. Sievertsův zákon, závislost
rozpustnosti na vybraných činitelích, analýza rozpustnosti vodíku, kyslíku
a dusíku, možnosti regulace rozpuštěných a vyloučených plynů.
10. Roztavené strusky. Základní představy. Molekulární teorie. Iontová teorie,
klasifikace iontů ve struskách, iontový potenciál, zásaditost strusek.
Fyzikálně chemické vlastnosti strusek, struktura, viskozita, povrchové
napětí, elektrochemické vlastnosti.
11. Modely iontových tavenin, Těmkinův model dokonalého iontového roztoku,
termodynamické funkce dokonalého iontového roztoku. Reálné iontové
roztoky, výklad vybraných teorií.
12. Termodynamika, kinetika a mechanismus rafinačních pochodů. Rozdělení
složek mezi dvěma nemísitelnými kapalnými fázemi, rozdělovací koeficient,
reakce a rozdělení prvků mezi struskou a kovem.
13. Rafinační reakce - odsíření, odfosfoření, desoxidace z hlediska představ o
teorii strusek (srážecí, difúzní, vakuová, syntetickými struskami),
termodynamická analýza reakcí, kinetika rafinačních procesů.
14. Nekovové fáze v kovu. Vměstky, vznik a vyplouvání, termodynamické a
kinetické faktory růstu.
PREZENČNÍ STUDIUM
Výpočtová cvičení - prezenční studium:
- Úvod - seznámení s časovým harmonogramem cvičení, podmínkami pro získání
zápočtu a doporučenou literaturou. Koncentrace roztoků a jejich vzájemné
přepočty. Raoultův a Henryho zákon, ideální a velmi zředěný roztok.
- Reálné roztoky neelektrolytů, různé pojetí aktivit vzhledem k různé volbě
standardních stavů (aktivita vzhledem k Raoultovu a Henryho zákonu),
termodynamické funkce roztoků (roztok ideální, reálný a regulární), určení
parciálních molárních veličin. Výpočet aktivitních koeficientů ve
vícesložkových soustavách, interakční koeficient.
- Termická disociace sloučenin - disociační tlak, technická a fyzikální
disociační teplota. Boudouardova reakce, přímá a nepřímá redukce sloučenin –
výpočet rovnovážného složení a možnosti jeho ovlivnění změnou teploty, tlaku
a počátečním složením.
- Samostatná výpočtová práce I.
- Rozpustnost plynů v kovech, Sievertsův zákon. Termodynamika roztavených kovů
– kyslík, síra, uhlík v roztaveném železe a vícesložkových taveninách železa
s obsahem příměsí.
- Iontová teorie roztavených strusek, Těmkinova teorie dokonalých iontových
roztoků, koncentrace iontů ve struskách. Rozdělení kyslíku a síry mezi
struskou a kovem podle iontové teorie strusek, výpočet koncentrace kyslíku a
síry v roztaveném kovu v závislosti na charakteru strusky.
- Samostatná výpočtová práce II.
Laboratorní cvičení - prezenční studium:
- Bezpečnost práce v laboratoři, seznámení s laboratorními úlohami, základní
informace o průběhu cvičení a formulace požadavků pro zpracování protokolu.
- Stanovení parciálních molárních objemů v tuhých binárních slitinách kovů.
- Měření viskozity torzním viskozimetrem.
- Rovnovážná konstanta Boudouardovy reakce.
- Povrchové napětí vybraných kapalin metodou maximálního tlaku v bublince.
- Stanovení rychlostní konstanty zásadité hydrolýzy octanu etylnatého.
- Stanovení bazicity strusky měřením reakční entalpie.
- Hodnocení obsahové a formální úrovně protokolů, zápočet
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky