651-2010/01 – Teorie technologických procesů (TTP)

Garantující katedraKatedra chemie a fyzikálně-chemických procesůKredity6
Garant předmětuprof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.Garant verze předmětuprof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník2Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2022/2023Rok zrušení
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
DOB30 prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.
ZAL041 Ing. Monika Kawuloková, Ph.D.
SME06 prof. Ing. Bedřich Smetana, Ph.D.
DOC01 Ing. Simona Zlá, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+3
kombinovaná Zápočet a zkouška 18+6

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:

DUDEK, Rostislav, Kristina PEŘINOVÁ a Jaromír KALOUSEK. Teorie technologických procesů. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, 2012. ISBN 978-80-248-2571-7. Dostupné z: https://www.vsb.cz/e-vyuka/cs/subject/619-2010/01 DOBROVSKÁ, Jana a Kristina PEŘINOVÁ. Teoretické základy technologických procesů v příkladech, VŠB-TUO, 2018. Dostupné z: https://www.vsb.cz/e-vyuka/cs/subject/619-2010/01 MYSLIVEC, Theodor. Fyzikálně chemické základy ocelářství. Praha: SNTL -Nakladatelství technické literatury, 1965. MOORE, John Jeremy. Chemical metallurgy. 2nd ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1990. ISBN 0-7506-1646-6.

Doporučená literatura:

KOMOROVÁ, Ľudmila a Ivan IMRIŠ. Termodynamika v hutníctve. Bratislava: Alfa, 1989. ISBN 80-05-00604-7. KELLÖ, Vojtech a Alexander TKÁČ. Fyzikálna chémia. 3. upr. vyd. Bratislava: Alfa, 1977. KUFFA,Tarzicius. Teória pyro-, hydro- a elektrometalurgia. Košice: Vysoká škola technická, 1981. JAGOŠ, Jaroslav. Teória hutníckych procesov I. Bratislava: Alfa, 1980. JAGOŠ, Jaroslav. Teória hutníckych procesov II. Bratislava: Alfa, 1982. Gaskell D.R.: Introduction to Thermodynamics of Materials, 3rd. Ed., Taylor and Francis, New York-London 1995, ISBN 1-56032-432-5.

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

Kombinovaná forma (platnost od: 2022/2023 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodůMax. počet pokusů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 30 (30) 15
                Semestrální projekt Semestrální projekt 25  5
                Jiný typ úlohy Jiný typ úlohy 5  0
        Zkouška Zkouška 70  25 3
Rozsah povinné účasti: Povinná účast na výpočtovém semináři.

Zobrazit historii

Podmínky absolvování předmětu a účast na cvičeních v rámci ISP: Splnění všech povinných úkolů v předem stanovených termínech.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2024/2025 (B0715A270005) Materiálové technologie a recyklace K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2024/2025 (B0715A270005) Materiálové technologie a recyklace P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2024/2025 (B0715A270006) Moderní produkce a zpracování kovových materiálů MTV P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2024/2025 (B0715A270006) Moderní produkce a zpracování kovových materiálů MTV K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2023/2024 (B0715A270004) Materiálové inženýrství K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2023/2024 (B0715A270004) Materiálové inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2023/2024 (B0715A270006) Moderní produkce a zpracování kovových materiálů MTV P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2023/2024 (B0715A270006) Moderní produkce a zpracování kovových materiálů MTV K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2023/2024 (B0715A270005) Materiálové technologie a recyklace K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2023/2024 (B0715A270005) Materiálové technologie a recyklace P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2023/2024 (B0712A130004) Chemické a environmentální inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2022/2023 (B0712A130004) Chemické a environmentální inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2022/2023 (B0715A270004) Materiálové inženýrství K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2022/2023 (B0715A270004) Materiálové inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2022/2023 (B0715A270005) Materiálové technologie a recyklace K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2022/2023 (B0715A270005) Materiálové technologie a recyklace P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2022/2023 (B0715A270006) Moderní produkce a zpracování kovových materiálů MTV K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2022/2023 (B0715A270006) Moderní produkce a zpracování kovových materiálů MTV P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku

Hodnocení Výuky



2023/2024 letní
2022/2023 letní