„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ

Zofia Jakubiak
Małgorzata Urbanowicz

Opracowanie koncepcji procesów wytwarzania półproduktów
i produktów przemysłu chemicznego 311[31].Z1.04

Poradnik dla nauczyciela

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:
mgr inż. Beata Misiek-Wachowska
mgr inż. Andrzej Wachowski




Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Małgorzata Urbanowicz




Konsultacja:
dr inż. Bożena Zając



Korekta:

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[31].Z1.04

„Opracowanie koncepcji procesów wytwarzania półproduktów i produktów przemysłu
chemicznego” zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik technologii
chemicznej 311[31].

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1.Wprowadzenie
2. Wymagania wstępne
3. Cele kształcenia
4. Przykładowe scenariusze zajęć
5. Ćwiczenia

5.1. Podstawowe pojęcia technologiczne. Procesy ciągłe i okresowe

3
5
6
7

13
13

5.1.1. Ćwiczenia

13

5.2. Chemiczna i technologiczna koncepcja procesów

14

5.2.1. Ćwiczenia

14

5.3. Zasada najlepszego wykorzystania surowców i produktów ubocznych.

Zasada najlepszego wykorzystania energii. Zasada najlepszego
wykorzystania aparatury

16

5.3.1. Ćwiczenia

16

5.4. Zasada najlepszego wykorzystania różnic potencjałów

charakteryzujących oddalenie układu od stanu równowagi. Czynniki
wpływające na wybór koncepcji technologicznej

18

5.4.1. Ćwiczenia

18

6. Ewaluacja osiągnięć uczniów 20
7. Literatura

33

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

1. WPROWADZENIE

Przekazujemy Państwu Poradnik dla nauczyciela, który będzie pomocny w prowadzeniu zajęć

dydaktycznych w szkole kształcącej w zawodzie technik technologii chemicznej w jednostce
modułowej „Opracowanie koncepcji procesów wytwarzania półproduktów i produktów przemysłu
chemicznego”.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne,

−

cele kształcenia

−

przykładowe scenariusze zajęć,

−

propozycje ćwiczeń, które mają na celu wykształcenie u uczniów umiejętności praktycznych,

−

wykaz literatury, z jakiej uczniowie mogą korzystać podczas nauki.

Wskazane jest, aby zajęcia dydaktyczne były prowadzone różnymi metodami ze szczególnym

uwzględnieniem aktywizujących metod nauczania, np. samokształcenia kierowanego, tekstu
przewodniego, metody projektów, ćwiczeń praktycznych.

Formy organizacyjne pracy uczniów mogą być zróżnicowane, począwszy od samodzielnej

pracy uczniów do pracy zespołowej.
W celu sprawdzenia wiadomości i umiejętności ucznia, nauczyciel może posłużyć się
zamieszczonym w rozdziale 6 zestawem zadań testowych dwustopniowych oraz przeprowadzić
zadanie praktyczne wysoko symulowane.

W tym rozdziale podano do testu dwustopniowego:

−

plan testu w formie tabelarycznej,

−

punktacje zadań,

−

instrukcję dla nauczyciela,

−

instrukcję dla ucznia,

−

kartę odpowiedzi, zestaw zadań testowych.

Zadanie praktyczne zawiera:

−

instrukcję dla nauczyciela,

−

instrukcję dla ucznia,

−

kartę pracy,

−

kartę oceny,

−

załącznik.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

Schemat układu jednostek modułowych

311[31].Z1.04

Opracowanie koncepcji

procesów wytwarzania

półproduktów i produktów

przemysłu chemicznego

311[31].Z1.01

Określanie warunków prowadzenia

procesów chemicznych

311[31].Z1

Fizykochemiczne podstawy

wytwarzania półproduktów

i produktów przemysłu chemicznego

311[31].Z1.02

Zastosowanie podstawowych

procesów fizycznych

311[31].Z1.03

Zastosowanie podstawowych

procesów chemicznych

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej, uczeń powinien umieć:

-

korzystać z różnych źródeł informacji,

-

wykonywać podstawowe działania arytmetyczne,

-

czytać tekst ze zrozumieniem,

-

stosować nazwy, symbole i jednostki miar różnych układów,

-

wyjaśnić zasadę zachowania masy,

-

wyjaśnić zasadę zachowania energii,

-

zapisywać równania reakcji,

-

wykonywać obliczenia stechiometryczne,

-

obliczyć efekty energetyczne przemian chemicznych,

-

rozróżniać procesy i operacje,

-

odczytywać schematy ideowe.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji ćwiczeń podanych w poradniku, uczeń powinien umieć:

-

posłużyć się pojęciami technologicznymi: strumień objętości, strumień masy, szybkość

objętościowa, wydajność i selektywność reakcji i procesów, zdolność produkcyjna, koszt
własny produktu,

-

scharakteryzować rodzaje kosztów składających się na koszt własny produktu,

-

rozróżnić pojęcia chemicznej i technologicznej koncepcji procesu,

-

określić czynniki wpływające na wybór chemicznej i technologicznej koncepcji procesu,

-

porównać chemiczne koncepcje wytwarzania określonego produktu z uwzględnieniem potrzeb

surowcowych, energetycznych oraz uwarunkowań ekologicznych,

-

rozróżnić ciągłe i okresowe procesy technologiczne,

-

scharakteryzować zasady technologiczne,

-

podać przykłady zastosowania zasad technologicznych w rozwiązaniach rzeczywistych,

-

scharakteryzować etapy opracowywania i sprawdzania koncepcji technologicznej dla

określonej koncepcji chemicznej,

-

podać przykłady technologicznych koncepcji wytwarzania związku organicznego według

określonej koncepcji chemicznej,

-

rozpoznać na uproszczonych schematach technologicznych rozwiązania potwierdzające

uwzględnienie zasad technologicznych,

-

zaprojektować przebieg chemicznych procesów produkcyjnych.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

4. PRZYKŁADOWE SCENARIUSZE ZAJĘĆ

Scenariusz zajęć 1

Osoba prowadząca …………………………………….………….
Modułowy program nauczania:

Technik technologii chemicznej 311[31]

Moduł: Fizykochemiczne podstawy wytwarzania półproduktów i produktów przemysłu chemicznego

311[31].Z1

Jednostka modułowa: Opracowanie koncepcji procesów wytwarzania półproduktów i produktów

przemysłu chemicznego 311[31].Z1.04

Temat: Obliczanie kosztu własnego produkcji azotanu(V) amonu.

Cel ogólny: kształtowanie umiejętności obliczania kosztu własnego produkcji azotanu(V) amonu.

Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń potrafi:
-

scharakteryzować etapy produkcji azotanu(V) amonu,

-

określać koszty wpływające na koszt własny wyprodukowania 1 tony saletry,

-

obliczyć koszt własny wyprodukowania 1 tony saletry.

Metody nauczania–uczenia się:
-

wycieczka dydaktyczna.

Formy organizacyjne pracy uczniów:
-

grupowa, jednolita.

Czas: 180 minut.

Środki dydaktyczne:
-

karta obserwacji (załącznik nr 1).

Przebieg zajęć:
1. Czynności organizacyjne. Podział klasy na grupy.
2. Zapoznanie z celami zajęć.
3. Zapoznanie z kartą obserwacji.
4. Wprowadzenie na teren zakładu.
5. Zapoznanie z przepisami bhp na terenie zakładu.
6. Wycieczka po terenie zakładu – zapoznanie z produkcją azotanu(V) amonu.
7. Obliczanie kosztu własnego wyprodukowania 1 tony saletry.
8. Podsumowanie zajęć.

Zakończenie zajęć

Praca domowa

Podaj zasady technologiczne wykorzystywane w procesie produkcji azotanu(V) amonu.

Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach:

-

sprawdzenie kart obserwacji.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

Załącznik nr 1.

Karta obserwacji

1. Podaj zasady bhp obowiązujące na terenie zakładów azotowych.

2. Podaj surowce i produkty.




3. Opisz etapy produkcji azotanu(V) amonu.








4. Wskaż zasady technologiczne wykorzystywane w procesie produkcji azotanu(V) amonu.

5. Oblicz koszt własny związany z wyprodukowaniem 1 tony azotanu(V) amonu na podstawie
uzyskanych danych w zakładzie.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

Scenariusz zajęć 2

Osoba prowadząca …………………………………….………….
Modułowy program nauczania: Technik technologii chemicznej 311[31]
Moduł: Fizykochemiczne podstawy wytwarzania półproduktów chemicznego i produktów przemysłu

311[31].Z1

Jednostka modułowa: Opracowanie koncepcji procesów wytwarzania półproduktów przemysłu

chemicznego i produktów 311[31].Z1.04

Temat: Sporządzanie bilansu cieplnego produkcji kwasu solnego na podstawie bilansu

materiałowego.

Cel ogólny: kształtowanie umiejętności sporządzania bilansu cieplnego procesu produkcji.

Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń potrafi:
-

podać zasadę zachowania energii,

-

podać etapy tworzenia bilansu cieplnego procesu produkcji,

-

wyszukiwać i odczytywać wartości ciepła surowców, produktów oraz ciepło reakcji chemicznych,

-

obliczać ciepło doprowadzone i odprowadzone do procesu.

Metody nauczania–uczenia się:
-

metoda projektów.

Formy organizacyjne pracy uczniów:
-

indywidualna.

Czas: 45 minut na wprowadzenie do projektu, 45 minut na prezentacje projektu. Projekt będzie

wykonywany przez uczniów w czasie pozalekcyjnym w ciągu dwóch tygodni.

Środki dydaktyczne:
-

Poradnik fizykochemiczny,

-

inne dostępne źródła informacji,

-

bilans materiałowy (załącznik 1).

Przebieg zajęć:

Lp.

Fazy przygotowania

projektu

Czynności nauczyciela

Czynności ucznia

1. Wprowadzenie do

tematu

– podaje niezbędne

informacje dotyczące
sporządzania bilansu
cieplnego,

– podaje literaturę.

– tworzą zespoły,

– zadają pytania dotyczące

projektu.

2. Sformułowanie tematu

i ustalenie zakresu
projektu

– wyjaśnia zasadę

metody projektów,

– ustala formę projektu,

czas prezentacji i
kryteria ocen,

– zbierają informacje na temat

projektu,

– sporządzają plan działań.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

Lp.

Fazy przygotowania

projektu

Czynności nauczyciela

Czynności ucznia

– ustala terminy,

konsultacji i termin
wykonania projektu.

3. Realizacja projektu

– odpowiada na

wszystkie pytania
związane z realizacją
projektu,

– pomaga w

rozwiązywaniu
problemów,

– czuwa nad realizacją

projektu.

– przeglądają literaturę,

– uczestniczą w konsultacjach,

– piszą sprawozdanie,

– opracowują zebrany materiał oraz

formę prezentacji.

4. Prezentacja projektów

– ustala kolejność

prezentacji przez
zespoły,

– prowadzi dyskusję po

przedstawieniu
projektu,

– koryguje ewentualne

błędy,

– ocenia projekty

uwzględniając opinie
uczniów,

– dokonuje

podsumowania
wykonanych zadań.

– prezentują swoje projekty,

– odpowiadają na pytania kolegów,

– wszyscy uczniowie czynnie,

uczestniczą w dyskusji,

– sporządzają notatki,

– oceniają projekt kolegów.

Czas prezentacji projektów: każda grupa 10 minut.

Forma projektów: plansze, fotografie, schematy.

Kryteria oceny:

–

sposób prezentacji: poprawność językowa, technika prezentacji, komunikatywność,
wykorzystanie czasu prezentacji,

–

estetyka wykonania projektu,

–

stopień uzyskania zamierzonych celów,

–

prawidłowość treści,

–

pracowitość i zaangażowanie członków grupy.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Celem projektu jest sporządzenie bilansu cieplnego dla produkcji kwasu solnego.

1. Podzielcie się na grupy i wybierzcie lidera, który będzie czuwał nad prawidłowym przebiegiem

pracy.

2. Wszyscy powinni uwzględnić następujące informacje dotyczące:

–

etapów tworzenia bilansu cieplnego procesu,

–

odczytać i zapisać wartości ciepła surowców i produktów,

–

odczytać i zapisać ciepło reakcji chemicznej.

3. Opracujcie dokładny plan działania.

4. Zaplanujcie, w jakiej formie zaprezentujecie zebrany materiał.

5. Przedstawcie sprawozdanie z realizacji projektu.

6. Każda grupa otrzyma 10 minut na prezentację projektu.

7. Projekt będzie oceniany według następujących kryteriów:

–

sposób prezentacji: poprawność językowa, technika prezentacji, komunikatywność,
wykorzystanie czasu prezentacji,

–

estetyka wykonania projektu,

–

stopień uzyskania zamierzonych celów,

–

pracowitość i zaangażowanie.

8. Ostateczna ocena uwzględnia opinię uczniów podczas dyskusji nad projektem.

Zakończenie zajęć

Praca domowa

Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach:

−

anonimowa ankieta dotycząca trudności podczas rozwiązywania problemu.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

Załącznik nr 1.

Zestaw bilans cieplny produkcji kwasu solnego na podstawie bilansu materiałowego.
Temperatura wodoru, chloru i wody biorących udział w procesie wynosi 20

0

C. Temperatura kwasu

solnego 70

0

C, a gazów odlotowych 40

0

C.

Bilans materiałowy:

Przychód

Rozchód

Lp. surowce

masa [kg]

Lp.

produkty

masa [kg]

1.
2.
3.

chlor (Cl

2

) 95%

wodór (H

2

) 98%

woda

310,5

8,7
694,0

1
2

Kwas solny (HCl) 30,4%
Straty z gazami

1000

13,2

Razem: 1013,2

Razem: 1013,2

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13

5. ĆWICZENIA

5.1. Podstawowe pojęcia technologiczne. Procesy ciągłe i okresowe

5.1.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj pojęcia związane z wydajnością procesu technologicznego.

Wskazówki do realizacji:
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia oraz zasady bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) zdefiniować wydajność reakcji,
2) zdefiniować wydajność produktu,
3) zdefiniować uzysk,
4) zdefiniować selektywność przereagowania,
5) zdefiniować wydajność aparatu.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

–

praca z tekstem.

Środki dydaktyczne:

– materiał nauczania – Poradnik dla ucznia (4.1.1),
– stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu.

Ćwiczenie 2

Rozróżnij ciągłe i okresowe procesy technologiczne.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia oraz zasady bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia:

Uczeń powinien:

1. zdefiniować ciągły proces technologiczny,
2. zdefiniować okresowy proces technologiczny,
3. wskazać zalety i wady procesu ciągłego i okresowego.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

– dyskusja.

Środki dydaktyczne:

– materiał nauczania

−

Poradnik dla ucznia (4.1.1).

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

5.2. Chemiczna i technologiczna koncepcja procesów

5.2.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wskaż różnice między chemiczną a technologiczną koncepcją procesu. Określ czynniki

wpływające na wybór chemicznej koncepcji procesu.

Wskazówki do realizacji:

Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić zakres i technikę

wykonania ćwiczenia oraz zasady bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) zdefiniować pojęcie chemicznej koncepcji procesu,
2) zdefiniować pojęcie technologicznej koncepcji procesu,
3) określić czynniki wpływające na wybór chemicznej koncepcji procesu

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

– dyskusja.

Środki dydaktyczne:

– materiał nauczania – Poradnik dla ucznia (4.2.1).

Ćwiczenie 2

Zaprojektuj ideowy schemat podstawowych procesów, odpowiadających chemicznej koncepcji

otrzymywania superfosfatu według sumarycznej reakcji

3Ca

3

(PO

4

)

2

+ 6H

2

SO

4

à 3Ca(H

2

PO

4

)

2

+ 6CaSO

4.

Zmielone fosforyty miesza się w mieszalniku z rozcieńczonym kwasem siarkowym(VI). Powstały
produkt wprowadza się do komory zatężającej, a następnie transportuje się do magazynu, gdzie
następuje dojrzewanie.

Wskazówki do realizacji:
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić zakres i technikę

wykonania ćwiczenia oraz zasady bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) wskazać surowce,
2) wskazać produkty: główny i uboczny,
3) określić podstawowe procesy i operacje,
4) narysować schemat ideowy.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

–

metoda projektów.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

Środki dydaktyczne:

–

stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu,

–

inne dostępne źródła informacji.

Ćwiczenie 3

Porównaj chemiczne koncepcje wytwarzania chlorku winylu z uwzględnieniem potrzeb

surowcowych, energetycznych oraz uwarunkowań ekologicznych.

Wskazówki do realizacji:
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania oraz zasady bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) scharakteryzować surowce stosowane do wytwarzania chlorku winylu,
2) określić energochłonność poszczególnych koncepcji chemicznych,
3) ocenić wykorzystanie produktów ubocznych,
4) ocenić wpływ surowców i produktów na stan środowiska naturalnego.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

–

ćwiczenia.

Środki dydaktyczne:

–

stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu,

–

inne dostępne źródła informacji.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

5.3. Zasada najlepszego wykorzystania surowców i produktów

ubocznych. Zasada najlepszego wykorzystania energii. Zasada
najlepszego wykorzystania aparatury

5.3.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Sporządź bilans materiałowy produkcji H

2

SO

4

, mając następujące dane: spalono 2 tony siarki

o zawartości 90% S z wydajnością 100%, stopień przemiany SO

2

w SO

3

wynosi 0,8, absorpcja SO

3

jest prowadzona w kwasie siarkowym(VI) o stężeniu 98% (m/m). Stężenie otrzymanego kwasu
wynosi 100% (m/m). Pomijane są straty tlenków siarki w gazach odlotowych.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić zakres i technikę

wykonania ćwiczenia oraz zasady bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) zapisać równania reakcji,
2) obliczyć masę czystej siarki,
3) obliczyć masę SO

2

i masę SO

3

z uwzględnieniem stopnia przemiany,

4) obliczyć masę wody konieczną do reakcji z SO

3

,

5) obliczyć masę 98% H

2

SO

4

potrzebną do absorpcji SO

3

,

6) sporządzić bilans materiałowy.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

– metoda projektów.

Środki dydaktyczne:

– materiał nauczania – Poradnik dla ucznia (4.3.1).

Ćwiczenie 2

Dokonaj analizy rozwiązań potwierdzających uwzględnienie zasad technologicznych na

uproszczonym schemacie instalacji syntezy amoniaku – rysunek 10 [4].

Rys. 10. Uproszczony schemat syntezy amoniaku: 1 – sprężarki, 2 – wymienniki ciepła, 3 – chłodnice, 4 – oddzielacze,

5 – reaktor syntezy NH

3

, 6 – kocioł utylizator, 7 – chłodnica ociekowa, 8 – kolumna rozprężająca,

9 – kolumna absorpcyjna, 10 – kolumna destylacyjna. [4]

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić zakres i technikę

wykonania ćwiczenia oraz zasady bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) opisać zasady technologiczne,
2) odczytać schemat uproszczony,
3) rozpoznać na schemacie rozwiązania potwierdzające uwzględnienie zasad technologicznych,
4) scharakteryzować rozpoznane zasady technologiczne.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

– dyskusja.

Środki dydaktyczne:

– materiał nauczania – Poradnik dla ucznia (4.3.1)
– uproszczony schemat syntezy amoniaku.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

5.4.

Zasada

najlepszego

wykorzystania

różnic

potencjałów

charakteryzujących oddalenie układu od stanu równowagi.
Czynniki wpływające na wybór koncepcji technologicznej

5.4.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Sporządź uproszczony projekt procesowy produkcji kwasu siarkowego(VI).

Wskazówki do realizacji:
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić zakres i technikę

wykonania ćwiczenia oraz zasady bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) ustalić surowce do produkcji kwasu siarkowego(VI),
2) ustalić chemiczne koncepcje produkcji kwasu siarkowego(VI),
3) scharakteryzować właściwości reagentów,
4) obliczyć ilości surowców głównych i pomocniczych niezbędnych teoretycznie do otrzymania

określonych ilości produktów,

5) określić optymalne parametry koncepcji danego procesu,
6) dokonać wyboru koncepcji chemicznej z uwzględnieniem wpływu surowców i produktów na

środowisko,

7) ustalić wstępną koncepcję technologiczną procesu.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

– dyskusja.

Środki dydaktyczne:

– Poradnik fizykochemiczny,
– stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu,
– inne dostępne źródła informacji.

Ćwiczenie 2

Scharakteryzuj etapy opracowywania i sprawdzania koncepcji technologicznej dla produkcji

fenolu metodą kumenową.

Wskazówki do realizacji:
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić zakres i technikę

wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

Uczeń powinien:

1) określić etapy wstępnej koncepcji technologicznej,
2) ustalić liczbę, kolejność i rodzaj procesów podstawowych do produkcji fenolu metodą

kumenową,

3) określić etapy sprawdzania wstępnej koncepcji technologicznej, uwzględniając zasady

technologiczne,

4) ocenić koncepcję technologiczną pod kątem ochrony środowiska.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

–

dyskusja.

Środki dydaktyczne:

–

Kalendarz chemiczny,

–

Poradnik fizykochemiczny,

–

inne dostępne źródła informacji.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

6. EWALUACJA OSIĄGNIĘĆ UCZNIA

Przykłady narzędzi pomiaru dydaktycznego

Test dwustopniowy do jednostki modułowej

„Opracowanie koncepcji procesów

wytwarzania półproduktów i produktów przemysłu chemicznego”

Test składa się z 20 zadań wielokrotnego wyboru, z których zadania: 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11,

12, 13, 15, 16, 17, 18, 19, 20są z poziomu podstawowego, zadania 3, 9, 14, są z poziomu
ponadpodstawowego.

Punktacja zadań: 0 lub 1 punkt

Za każdą prawidłową odpowiedź uczeń otrzymuje 1 punkt. Za złą odpowiedź lub jej brak uczeń

otrzymuje 0 punktów.

Proponuje się następujące normy wymagań – uczeń otrzyma następujące oceny
szkolne:

- dopuszczający – za rozwiązanie co najmniej 10 zadań z poziomu podstawowego,
- dostateczny – za rozwiązanie co najmniej 13 zadań z poziomu podstawowego,
- dobry – za rozwiązanie 16 zadań, w tym co najmniej 3 z poziomu ponadpodstawowego,
- bardzo dobry – za rozwiązanie 18 zadań, w tym co najmniej 4 z poziomu ponadpodstawowego.

Klucz odpowiedzi: 1. a, 2. b, 3. c, 4. d, 5. d, 6. a, 7. d, 8. a, 9. a, 10. d, 11. b, 12. d,
13. a, 14. c, 15. a, 16. a, 17. b, 18. b, 19. d, 20. c.

Plan testu

Nr

zad.

Cel operacyjny

(mierzone osiągnięcia ucznia)

Kategoria

celu

Poziom

wymagań

Poprawna

odpowiedź

1.

Definiować koszt własny produktu

A

P

a

2.

Wskazać wzór na obliczanie strumienia
objętości

A

P

b

3. Obliczyć wydajność reakcji

C

PP

c

4.

Podać składniki kosztu własny
produktu

A

P

d

5.

Scharakteryzować proces ciągły
produkcji

B

P

d

6.

Wymienić czynniki wpływające na
wybór chemicznej koncepcji produkcji

A

P

a

7.

Uzasadnić wybór chemicznej koncepcji
produkcji fenolu

C

P

d

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

Nr

zad.

Cel operacyjny

(mierzone osiągnięcia ucznia)

Kategoria

celu

Poziom

wymagań

Poprawna

odpowiedź

8.

Wskazać zastosowanie zasady
najlepszego wykorzystania energii
w procesie technologicznym

A

P

a

9.

Scharakteryzować zasadę przeciwprądu
cieplnego

C

PP

a

10.

Wskazać zasadę najlepszego
wykorzystania aparatury w produkcji
chemicznej

B

P

d

11.

Wskazać zasadę, na której oparty jest
bilans materiałowy

B

P

b

12.

Wskazać zasadę najlepszego
wykorzystania surowców w produkcji
chemicznej

A

P

d

13.

Podać zasadę, na której oparty jest
bilans cieplny procesu produkcji

A

P

a

14.

Wskazać proces, w którym
zastosowano zasadę wielokrotnego
wykorzystania ciepła

C

PP

c

15.

Podać wpływ siły napędowej na
szybkość procesu produkcji

A

P

a

16.

Wskazać aparaty do odzyskiwania
ciepła w procesie produkcji

A

P

a

17.

Wskazać źródła ciepła w procesie
produkcji chemicznej

A

P

b

18.

Rozpoznać na schematach
technologicznych wykorzystanie zasad
najlepszego wykorzystania energii

A

P

b

19.

Rozpoznać na schematach
wykorzystanie zasad najlepszego
wykorzystania surowców

A

P

d

20.

Wskazać zastosowanie zasady
najlepszego wykorzystania surowców
w procesie produkcji.

A

P

c

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

Przebieg testowania

INSTRUKCJA DLA NAUCZYCIELA

1. Ustal z uczniami termin przeprowadzenia sprawdzianu z wyprzedzeniem co najmniej

jednotygodniowym.

2. Ustal z uczniami zakres materiału.
3. Rozdaj uczniom zestawy zadań, karty odpowiedzi i instrukcje.
4. Odczytaj uczniom instrukcje i odpowiedź na pytania.
5. Pełnij rolę obserwatora.
6. Kilka minut przed zakończeniem sprawdzianu przypomnij uczniom o zbliżającym się czasie

zakończenia sprawdzianu.

7. Zbierz karty odpowiedzi oraz zestawy zadań testowych.
8. Sprawdź wyniki.
9. Przeprowadź analizę uzyskanych wyników sprawdzianu i wybierz te zadania, które sprawiły

uczniom największe trudności.

10. Ustal przyczyny trudności uczniów w opanowaniu wiadomości i umiejętności.
11. Opracuj wnioski do dalszego postępowania, mającego na celu uniknięcie niepowodzeń

dydaktycznych – niskie wyniki przeprowadzonego sprawdzianu.

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
5. Prawidłową odpowiedź X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć

kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcje z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie na

później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

8. Na rozwiązanie masz 45 minut.

Powodzenia

Materiały dla ucznia:

– instrukcja,
– zestaw zadań testowych,
– karta odpowiedzi.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Całkowite poniesione wydatki finansowe przez przedsiębiorstwo na wytworzenie jednostkowej

ilości produktu w określonym procesie technologicznym to:

a) koszt własny produktu,
b) koszt produkcji,
c) zdolność przerobowa,
d) zdolność produkcyjna.

2. Strumień objętości opisuje wzór:

a) Q

v

= ρ ∙ u

śr

∙ S,

b) Q

v

= u

śr

∙ S,

c) Q

v

= ρ ∙ S,

d) Q

v

= u

śr

/ S.

3. Podczas termicznego rozkładu CaCO

3

otrzymano 42 kg CaO. Teoretycznie można otrzymać

56 kg CaO. Wydajność reakcji wynosi:
a) 50%,
b) 40%,
c) 75%,
d) 90%.

4. Na koszt własny produktu składają się następujące koszty:

a) surowców, paliw, amortyzacji i nakładów inwestycyjnych,
b) energii i remontów aparatury,
c) magazynowanie i transport surowców,
d) wymienione koszty w punkcie a), b) i c).

5. Prowadzenie procesu w sposób ciągły umożliwia:

a) stałe doprowadzenie surowca do aparatu,
b) stałe odbieranie produktu z aparatu,
c) wyeliminowanie przerw koniecznych na załadowanie surowca, wyładunek produktu

i czyszczenie aparatu,

d) wszystkie elementy wymienione w punkcie a), b) i c).

6. Chemiczna koncepcja procesu obejmuje:

a) wybór surowców, wybór reakcji chemicznej i przemiany fizycznej,
b) wybór surowców,
c) wybór surowców i wybór reakcji,
d) wybór reakcji chemicznej,

7. Fenol można otrzymać metodą kumenową i z chlorobenzenu. Za najlepszą uznawana jest

metoda kumenowa, bo:
a) otrzymuje się fenol,
b) brak produktów odpadowych,
c) powstaje NaCl,
d) otrzymuje się fenol i aceton bez produktów ubocznych.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

8. Zasada najlepszego wykorzystania energii zastosowana jest w procesie:

a) destylacji ropy naftowej,
b) produkcji sody,
c) produkcji chlorobenzenu metodą okresową,
d) w produkcji aniliny.

9. Zastosowanie przeciwprądu cieplnego do przepływu strumieni materiałowych umożliwia:

a) ogrzanie płynu w wymienniku ciepła do temperatury wyższej, niż przy zastosowaniu

współprądu i efektywne odzyskanie energii,

b) ogrzanie płynu w wymienniku ciepła do temperatury niższej, niż przy zastosowaniu

współprądu,

c) utrzymanie stałej temperatury,
d) gwałtowne ogrzewanie.

10. Zasada najlepszego wykorzystania aparatury stosowana jest w produkcji:

a) sody,
b) saletry amonowej,
c) superfosfatu,
d) amoniaku z azotu i wodoru.

11. Bilans materiałowy oparty jest na zasadzie:

a) zachowania energii,
b) zachowania materii,
c) najlepszego wykorzystania aparatów,
d) umiaru technologicznego.

12. Regeneracja amoniaku w produkcji sody metodą Solvaya jest przykładem zastosowania:

a) najlepszego wykorzystania energii,
b) najlepszego wykorzystania aparatury,
c) umiaru technologicznego,
d) najlepszego wykorzystania surowców.

13. Sporządzanie bilansu cieplnego oparte jest na zasadzie:

a) zachowania energii,
b) zachowania masy,
c) umiaru technologicznego,
d) najlepszego wykorzystania surowców.

14. Wielokrotne wykorzystanie ciepła zachodzi w procesie:

a) produkcji chlorku winylu,
b) produkcji sody,
c) zatężania roztworu NaOH w kaskadzie wyparek,
d) produkcji kwasu akrylowego.

15. Maksymalne oddalenie od stanu równowagi reakcji, czyli duża wartość siły napędowej wpływa:

a) korzystnie na szybkość procesu,
b) niekorzystnie wpływa na szybkość procesu,
c) na utrzymanie stałej szybkości,
d) na obniżenie szybkości procesu.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

Informacja do zadań: 16, 17, 18, 19 i 20.
Produkcję kwasu octowego przedstawia rysunek 12.

Rys. 12. Schemat produkcji kwasu octowego metodą autokatalitycznego utleniania n – butanu.:

1 – podgrzewacz pary, 2 – kolumnowy reaktor utleniania, 3 – zbiornik para-kondensat, 4 – chłodnice wodne,

5 – separatory, 6 – kolumna rektyfikacyjna--- cyrkulujący n-butan [2]

16. Aparat oznaczony cyfrą 3 służy do:

a) produkcji pary,
b) skraplania pary wodnej,
c) ochładzania,
d) rozdzielania mieszaniny.

17. W aparacie oznaczonym cyfrą 2 zachodzi reakcja:

a) endotermiczna,
b) egzotermiczna,
c) syntezy,
d) redukcji butanu.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

18. Jaka zasada technologiczna wykorzystywana jest w układzie aparatów oznaczonych cyframi

2, 3:
a) najlepszego wykorzystania surowców,
b) najlepszego wykorzystania energii,
c) umiaru technologicznego,
d) najlepszego wykorzystania aparatów.

19. Na schemacie (rysunek 12) przerywaną linią zaznaczono powrót do reaktora:

a) powietrza,
b) roztworu NaOH,
c) pary wodnej,
d) wykroplonego n-butanu.

20. W procesie produkcji kwasu octowego (rysunek 12) wykorzystuje się:

a) zasadę umiaru technologicznego,
b) zasadę najlepszego wykorzystania aparatów,
c) zasadę najlepszego wykorzystania surowców,
d) najlepszego wykorzystania różnic potencjałów.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko..........................................................................................

Opracowanie koncepcji procesów wytwarzania półproduktów i produktów
przemysłu chemicznego

Zakreśl poprawną odpowiedź

,

wpisz brakujące części zadania lub wykonaj rysunek.

Nr

zadania

Odpowiedź

Punkty

1.

a

b

c

d

2.

a

b

c

d

3.

a

b

c

d

4.

a

b

c

d

5.

a

b

c

d

6.

a

b

c

d

7.

a

b

c

d

8.

a

b

c

d

9.

a

b

c

d

10.

a

b

c

d

11.

a

b

c

d

12.

a

b

c

d

13.

a

b

c

d

14.

a

b

c

d

15.

a

b

c

d

16.

a

b

c

d

17.

a

b

c

d

18.

a

b

c

d

19.

a

b

c

d

20.

a

b

c

d

Razem:

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

Zadanie praktyczne wysoko symulowane

Do jednostki modułowej „Opracowanie koncepcji procesów wytwarzania półproduktów
i produktów przemysłu chemicznego”

Proponowane zadanie praktyczne jest przeznaczone do przeprowadzenia po zakończonym

procesie kształcenia w jednostce modułowej „Opracowanie koncepcji procesów wytwarzania
półproduktów i produktów przemysłu chemicznego”. Zadanie ma charakter wysoko symulowany
i pozwala na ocenę umiejętności uczniów w zakresie posługiwania się schematem otrzymywania
metanolu i sporządzania bilansu materiałowego.
Zadanie praktyczne ma charakter sprawdzający tzn. ukierunkowany jest na porównanie wyników
z założonymi w programie celami kształcenia.

Instrukcja dla nauczyciela
1. Czas trwania testu 45 minut.
2. Przygotuj indywidualne stanowisko pracy dla każdego ucznia.
3. Omów z uczniami przebieg zadania praktycznego.
4. Rozdaj uczniom karty pracy i instrukcje. Odczytaj instrukcje uczniom i udziel odpowiedzi na

pytania.

5. Podczas przeprowadzania zadania praktycznego, pełnij rolę obserwatora.
6. Kilka minut przed zakończeniem zadania, przypomnij uczniom o zbliżającym się czasie

zakończenia udzielania odpowiedzi.

7. Zbierz karty pracy.
8. Sprawdź wyniki.
9. Przeprowadź analizę uzyskanych wyników i wybierz te zadania, które sprawiły uczniom

największe trudności.

10. Ustal przyczyny trudności uczniów w opanowaniu wiadomości i umiejętności.
11. Opracuj wnioski do dalszego postępowania mającego na celu uniknięcie niepowodzeń

dydaktycznych – niskie wyniki przeprowadzonego zadania praktycznego.

Uczeń może maksymalnie otrzymać 17 punktów.

Zadanie uczeń zaliczy jeśli uzyska 9 punktów:
– aby otrzymać ocenę dostateczną, powinien uzyskać 11

−

13 punktów,

– na ocenę dobrą, powinien uzyskać 14

−

15 punktów,

– na ocenę bardzo dobrą, powinien uzyskać 16

−

17 punktów.

Instrukcja dla ucznia
1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Możesz korzystać z dołączonego materiału do zadania (załącznik – rysunek 13), kalkulatora.
3. Zanim przystąpisz do wykonania zadania zaplanuj pracę. Pomoże Ci w tym KARTA PRACY.
4. Odpowiedzi wpisuj w wyznaczonych miejscach KARTY.
5. Za każda prawidłowa odpowiedź otrzymasz jeden punkt. Za złą odpowiedź lub jej brak

otrzymujesz zero punktów.

6. Maksymalnie możesz otrzymać 17 punktów. Ocenę dostateczną otrzymasz, uzyskując 11 punktów.
7. Pracuj samodzielnie.
8. Po zakończeniu zadania oddaj nauczycielowi KARTĘ PRACY.
9. Na wykonanie masz 45 minut.

Powodzenia

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

29

Treść zadania
Zaprojektuj przebieg procesów produkcji metanolu.
Sporządź bilans materiałowy produkcji metanolu na podstawie następujących danych:
wyprodukowano 1 tonę metanolu z gazu syntezowego o składzie: H

2

33%, CO 65%, CO

2

2%

(V/V). W stanie równowagi zawartość metanolu w gazie stanowi 20% (V/V). Tlenek węgla(IV) nie
bierze udziału w reakcji chemicznej.

Działanie Twoje powinno przebiegać w trzech etapach:

ETAP I – faza przygotowawcza:

−

zapoznaj się z dołączoną dokumentacją do zadania,

−

przeanalizuj schemat pracy węzła syntezy metanolu (rysunek 13 w załączniku),

−

zaplanuj układ czynność i przedstaw nauczycielowi – uzyskaj jego akceptację.

ETAP II – faza realizacyjna:

−

ustal surowiec do produkcji metanolu,

−

zapisz równanie reakcji,

−

ustal rodzaj procesów,

−

opisz kolejność procesów niezbędnych do otrzymywania metanolu,

−

rozpoznaj na schemacie rozwiązania potwierdzające uwzględnienie zasad technologicznych,
scharakteryzuj rozpoznane zasady,

−

opracuj bilans materiałowy.

ETAP III – faza oceniająca:

−

zinterpretuj uzyskane wyniki,

−

określ, co zrobiłbyś inaczej, gdybyś wykonanie zadania mógł powtórzyć.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

Karta pracy

Nazwa i adres szkoły

Nazwisko i imię ucznia

Data

Uzyskana suma

punktów

Zadanie

Odpowiedź

1 pkt
1. Ustal surowiec do produkcji metanolu.

1 pkt
2. Zapisz równanie reakcji otrzymywania
metanolu.

5 pkt.
3. Podaj pięć rodzajów procesów w węźle
syntezy metanolu

1 pkt
4. Scharakteryzuj jeden z procesów syntezy
metanolu

4 pkt.
5. Rozpoznaj na schemacie rozwiązania
potwierdzające uwzględnienie dwóch zasad
technologicznych.

Scharakteryzuj rozpoznane dwie zasady.

6. Opracuj bilans materiałowy. Wyniki zapisz w tabeli.

Przychód

Rozchód

Substraty

Masa [kg]

Objętość [m

3

]

Produkty

Masa [kg]

Objętość [m

3

]

H

2

CO

CO

2

CH

3

OH

H

2

CO
CO

2

1000

Razem:

Razem:

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

31

Karta oceny

Lp.

Czynności

Maksymalna

liczba

punktów

Uzyskana

liczba

punktów

1.

Ustalenie rodzaju surowca do produkcji metanolu.

1

2.

Zapisanie równania reakcji.

1

3.

Podanie pięciu rodzajów procesów.

5

4.

Scharakteryzowanie jednego z procesów syntezy
metanolu

1

5.

Rozpoznanie na schemacie rozwiązań
potwierdzających uwzględnienie dwóch zasad
technologicznych.
Scharakteryzowanie rozpoznanych dwóch zasad
technologicznych.

2

2

6.

Opracowanie bilansu materiałowego:

- obliczanie objętości i masy surowców (H

2

,

CO, CO

2

),

- obliczanie masy i objętości dwóch

produktów (H

2

, CO).

3

2

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

32

Załącznik (rysunek 13)

Rys. 13. Zasad pracy węzła syntezy metanolu w średniociśnieniowym procesie metodą Lurgi:

1 – wymiennik ciepła, 2a i 2b – reaktory rurowe (rurki wypełnione katalizatorem), 3 – zbiornik para – kondensat,
4 – chłodnica, 5 – sprężarka gazu recyrkulowanego napędzana turbiną parową, 6 – separator surowego metanolu,

A – para do ogrzewania kolumn w węźle oczyszczania surowego metanolu.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

7.LITERATURA

1. Bortel E., Koneczny H.: Zarys technologii chemicznej. Wydawnictwo Naukowe PWN,

Warszawa 1992

2. Grzywa E., Molenda J.: Technologia podstawowych syntez organicznych. Tom 2. WNT,
Warszawa 2000
3. Karpiński W.: Chemia fizyczna dla techników. WSiP, Warszawa 1994
4. Molenda J.: Technologia chemiczna. WSiP, Warszawa 1997