Tech_tech_chem_311[31]_Z4.05

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Urszula Wulkiewicz

Wytwarzanie produktów alkilowania 311[31].Z4.05

Poradnik dla nauczyciela

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

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

4.1 5.1. Znaczenie procesów alkilowania w przemyśle rafineryjno-petrochemicznym

3
5
6
7

12
12

5.1.1. Ćwiczenia

5.2. Wytwarzanie etylobenzenu metodą Mobil-Badger

12
14

5.2.1. Ćwiczenia

5.3. Chemizm wytwarzania produktów alkilowania izobutanu propylenem lub

butenami wobec katalizatora H

lub HF

5.3.1. Ćwiczenia

5.4. Wytwarzanie MTBE i ETBE z izobutylenu zawartego we frakcjach

butenowych oraz z metanolu i etanolu

5.4.1. Ćwiczenia

5.5. Rola różnych instalacji alkilowania w procesie przeróbki frakcji C

z pirolizy

olefinowej (lub z FKK) w zakładach rafineryjno-petrochemicznych

5.5.1. Ćwiczenia

6. Ewaluacja osiągnięć uczniów
7. Literatura

16
16

18
18

20
20
22
34

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Przekazujemy Państwu Poradnik dla nauczyciela, który będzie pomocny w prowadzeniu

zajęć dydaktycznych w szkole kształcącej w zawodzie technik technologii chemicznej
311[31] w jednostce modułowej „Wytwarzanie produktów alkilowania”.

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.

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 dla testu dwustopniowego:

–

plan testu w formie tabelarycznej,

–

punktacje zadań,

–

propozycje norm wymagań,

–

instrukcję dla nauczyciela,

–

instrukcję dla ucznia,

–

kartę odpowiedzi,

–

zestaw zadań testowych.

Zadanie praktyczne zawiera:

–

instrukcję dla nauczyciela,

–

instrukcję dla ucznia,

–

treść zadania,

–

kartę pracy,

–

kartę oceny,

–

załącznik z rysunkami.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

311[31].Z4

Technologia wytwarzania

półproduktów i produktów

organicznych

311[31].Z4.06

Wytwarzanie chlorku

winylu

i rozpuszczalników

chloroorganicznych

311[31].Z4.08

Wytwarzanie

polimerów

311[31].Z4.02

Wytwarzanie olefin

i węglowodorów

aromatycznych

311[31].Z4.03

Wytwarzanie

i oczyszczanie

surowego gazu

syntezowego

311[31].Z4.04

Wytwarzanie metanolu

i kwasu octowego

311[31].Z4.10

Komponowanie

wysokooktanowych

benzyn bezołowiowych

311[31].Z4.09

Wytwarzanie fenolu

i acetonu z kumenu

311[31].Z4.01

Wytwarzanie

produktów naftowych

i surowców

petrochemicznych

311[31].Z4.05

Wytwarzanie

produktów

alkilowania

311[31].Z4.07

Wytwarzanie styrenu

z etylobenzenu

Schemat układu jednostek modułowych

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

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 podstawowe pojęcia chemiczne,

–

dokonać selekcji i analizy informacji podanych w formie: wykresów, tablic,

–

zapisywać równania reakcji,

–

wykonywać obliczenia stechiometryczne,

–

konstruować schematy ideowe.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji jednostki modułowej, uczeń powinien umieć:

–

scharakteryzować procesy otrzymywania etylobenzenu, kumenu, wysokooktanowych
alkilatów i eterów alkilowych,

–

scharakteryzować przemysłowy proces alkilowania benzenu etylenem prowadzony
w fazie gazowej z katalizatorem zeolitowym,

–

uzasadnić zastosowanie katalizatorów zeolitowych w procesach alkilowania benzenu,

–

przewidzieć zagrożenia eksploatacyjne aparatury w procesach alkilowania benzenu,

–

uzasadnić konieczność bezpośredniego integrowania produkcji etylobenzenu i kumenu
z produkcją styrenu i fenolu metodą kumenową,

–

przedstawić przyczyny wzrostu znaczenia wytwarzania wysokooktanowych alkilatów –
produktów procesu alkilowania izobutanu olefinami C

–C

–

określić zależność liczby oktanowej otrzymywanych alkilatów od rodzaju użytego
surowca olefinowego oraz od rodzaju katalizatora kwasowego,

–

scharakteryzować chemizm procesów wytwarzania eterów metylo-tert-butylowego
(MTBE) i etylo-tert-butylowego (ETBE),

–

scharakteryzować przebieg procesu wytwarzania MTBE (ETBE) na uproszczonym
schemacie instalacji,

–

zinterpretować ideowy schemat przeróbki frakcji C

z pirolizy olefinowej i FKK

w zakładach rafineryjno-petrochemicznych,

–

zastosować zasady bhp, ppoż. oraz ochrony środowiska obowiązujące na stanowiskach
pracy.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. PRZYKŁADOWE SCENARIUSZE ZAJĘĆ

Scenariusz zajęć 1

Osoba prowadząca ……………………………………………….
Modułowy program nauczania: Technik technologii chemicznej 311[31]
Moduł:

Technologia wytwarzania półproduktów

                                                     i produktów organicznych                         311[31].Z4
Jednostka modułowa:                  Wytwarzanie produktów                             311[31].Z4.05
                                                     alkilowania

Temat: Analiza warunków i znaczenia procesów alkilowania w produkcji

wysokooktanowych bezołowiowych benzyn silnikowych.

Cel ogólny: kształtowanie umiejętności charakteryzowania procesów alkilowania

i oceny przydatności procesów alkilowania w produkcji

wysokooktanowych bezołowiowych benzyn silnikowych.

Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń potrafi:

−

przedstawić warunki prowadzenia procesów alkilowania,

−

określić produkt i jego właściwości,

−

ocenić przydatność procesu alkilowania w produkcji wysokooktanowych
bezołowiowych benzyn silnikowych.

Metody nauczania – uczenia się:

−

metoda projektów.

Formy organizacyjne pracy uczniów:

−

praca grupowa, zróżnicowana.

Czas: 45 min. na wprowadzenie do projektu, 45 min. na prezentację projektu. Projekt
          będzie wykonywany przez uczniów w czasie pozalekcyjnym w ciągu dwóch
          tygodni.

Środki dydaktyczne:

−

materiał nauczania – Poradnik dla ucznia,

−

literatura

−

rozdział 7,

−

czasopisma specjalistyczne, np. „Przemysł Chemiczny”, „Chemik”,

−

stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu.

Przebieg zajęć:

Fazy przygotowania

projektu

Czynności

nauczyciela

Czynności

uczniów

Wprowadzenie
do tematu
i zasugerowanie
problemu do
rozwiązania

- podaje informacje niezbędne
  do zapoznania uczniów
  z problematyką znaczenia
  procesów alkilowania
  w produkcji wysokooktanowych
  bezołowiowych benzyn
  silnikowych,

- podaje literaturę.

- tworzą zespoły
zadaniowe.

Lp.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Fazy przygotowania

projektu

Czynności

nauczyciela

Czynności

uczniów

2 Sformułowanie

tematów i ustalenie
zakresu projektów

- wyjaśnia zasadę metody
projektów,

- ustala formę projektów, czas
prezentacji i kryteria ocen.

- wybierają tematy,

- opracowują plan
działania.

3 Realizacja

projektów

- odpowiada na pytania uczniów
związane z realizacją projektów,

- czuwa nad zaplanowanym
przebiegiem ich realizacji.

- korzystają z literatury,

- uczestniczą
w konsultacjach,

- piszą sprawozdanie,

- opracowują zebrany
  materiał oraz formę
  prezentacji.

Prezentacja
projektów

- ustala kolejność prezentacji przez
poszczególne zespoły
uczniowskie,

- prowadzi dyskusję
po przedstawieniu projektu,

- ocenia projekty uwzględniając
   opinie wypowiedziane podczas
   dyskusji,

- dokonuje podsumowania
wykonanych projektów,

- zadaje prace domowe.

- prezentują swoje
projekty,

- po prezentacji
  odpowiadają na pytania
  kolegów,

- pozostali uczniowie
  sporządzają notatki
  z ważniejszych treści
  zawartych w projekcie,

- oceniają projekt kolegów.

Czas prezentacji projektów – każda grupa 10 minut.

Forma projektów – plakat i prezentacja komputerowa.
Kryteria oceny:
– sposób prezentacji: poprawność językowa, technika prezentacji, komunikatywność,

wykorzystanie czasu prezentacji,

–  estetyka wykonania projektu,
–  stopień uzyskania zamierzonych celów,
–  prawidłowość treści,
–  pracowitość i zaangażowanie.

Tematy projektów:

1. Analiza warunków i znaczenia procesu alkilowania izobutanu olefinami w obecności

kwasu siarkowego(VI) w produkcji wysokooktanowych bezołowiowych benzyn
silnikowych.

2. Analiza warunków i znaczenia procesu alkilowania izobutanu olefinami w obecności HF

w produkcji wysokooktanowych bezołowiowych benzyn silnikowych.

3. Analiza warunków i znaczenia procesu wytwarzania MTBE w produkcji

wysokooktanowych bezołowiowych benzyn silnikowych.

Lp.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zakończenie zajęć

Praca domowa

W celu otrzymania benzyny o liczbie oktanowej 95 zastosowano dwa gatunki benzyny: jeden
o liczbie oktanowej 98, a drugi o liczbie oktanowej 90. Ile należy zmieszać poszczególnych
składników, aby otrzymać 10 ton mieszanki?

Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach:

−

anonimowa ankieta dotycząca trudności podczas realizowania zadania.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

INSTRUKCJA DO WYKONANIA PROJEKTU

Celem projektu jest opracowanie analizy warunków i znaczenia procesów alkilowania
izobutanu olefinami w obecności kwasu siarkowego(VI), HF, wytwarzania MTBE
w produkcji wysokooktanowych bezołowiowych benzyn silnikowych.

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

2. Wybierzcie jeden z poniższych tematów:

Analiza warunków i znaczenia procesu alkilowania izobutanu olefinami
w obecności kwasu siarkowego(VI) w produkcji wysokooktanowych
bezołowiowych benzyn silnikowych.
Analiza warunków i znaczenia procesu alkilowania izobutanu olefinami
w obecności HF w produkcji wysokooktanowych bezołowiowych benzyn
silnikowych.
Analiza warunków i znaczenia procesu wytwarzania MTBE w produkcji
wysokooktanowych bezołowiowych benzyn silnikowych.

3. Wszyscy powinniście uwzględnić następujące informacje:

– scharakteryzować warunki przebiegu procesu,

– określić zależność liczby oktanowej otrzymanych alkilatów od rodzaju użytego surowca

oraz ewentualnie od rodzaju katalizatora,

– przedstawić zastosowanie produktów alkilowania w produkcji wysokooktanowych

bezołowiowych benzyn silnikowych.

4. Opracujcie dokładny plan działania.

5. Zaplanujcie, w jakiej formie zaprezentujecie zebrany materiał.

6. Przedstawcie sprawozdanie z realizacji projektu.

7. Każda grupa otrzyma 10 minut na prezentację projektu.

8. Projekt będzie oceniany według następujących kryteriów:

– sposób prezentacji: poprawność językowa, technika prezentacji, komunikatywność,

wykorzystanie czasu prezentacji,

–  estetyka wykonania projektu,
–  stopień uzyskania zamierzonych celów,
–  prawidłowość treści,
–  pracowitość i zaangażowanie.
9. Ostateczna ocena uwzględnia opinię uczniów podczas dyskusji nad projektem.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Scenariusz zajęć 2

Osoba prowadząca ……………………………………………….
Modułowy program nauczania: Technik technologii chemicznej 311[31]
Moduł:

Technologia wytwarzania półproduktów

Temat: Analiza wpływu procesów alkilowania na środowisko.

Cel ogólny: kształtowanie umiejętności przewidywania zagrożeń wynikających

z prowadzenia procesów alkilowania i oceny ich wpływu na środowisko.

Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń potrafi:

-  określić zagrożenia dla zdrowia ludzkiego,
-  określić zagrożenia dla środowiska naturalnego wynikające z procesu alkilowania,
-    przewidzieć  skutki  działania  substancji  stosowanych  i  otrzymywanych  w  procesach
      alkilowania dla zdrowia ludzkiego oraz środowiska naturalnego.

Metody nauczania – uczenia się:

−

dyskusja.

Formy organizacyjne pracy uczniów:

−

grupowa, zróżnicowana.

Czas: 45 minut.
Środki dydaktyczne:

−

materiał nauczania – Poradnik dla ucznia,

−

literatura

−

rozdział 7,

−

Karty charakterystyki substancji niebezpiecznych,

−

stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu,

−

strony internetowe, np. www.wrzesnia.com.pl/instrukcjebhp.html, www.ciop.pl/html.

Przebieg zajęć:

1. Podział uczniów na grupy.
2. Wprowadzenie do tematu.
3. Analiza metod alkilowania stosowanych w przemyśle pod kątem zagrożeń dla środowiska
    przez grupy uczniów.
4. Przewidywanie zagrożeń i skutków dla środowiska spowodowanych procesami alkilowania
    na podstawie Kart charakterystyki i podanych stron internetowych.
5. Dyskusja uczniów.
6. Formułowanie wniosków dotyczących minimalizacji zagrożeń.
7. Podsumowanie dyskusji oraz aktywności uczniów.

Zakończenie zajęć

Praca domowa

Dlaczego HF jako katalizatora nie należy stosować do alkilowania izobutanu, jeśli zakład
produkcyjny usytuowany jest w pobliżu terenów zaludnionych?

Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach:

−

anonimowa ankieta dotycząca trudności podczas realizowania zadania.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. ĆWICZENIA

5.1. Znaczenie procesów alkilowania w przemyśle

rafineryjno-petrochemicznym

5.1.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj proces otrzymywania kumenu. Oceń zagrożenia eksploatacyjne aparatury.

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1)  zapoznać się z materiałem nauczania,
2)  wskazać surowce i katalizator procesu,
3)  ustalić aparaty w obu etapach (alkilowanie, wyodrębnianie kumenu),
4)  określić parametry procesów,
5)  opisać proces alkilowania,
6)  opisać proces wyodrębniania kumenu,
7)  wyjaśnić problem korozji aparatury.

Zalecane metody nauczania

−

uczenia się:

−

dyskusja.

Środki dydaktyczne:

−

materiał nauczania – Poradnik dla ucznia (4.1.1),

−

czasopisma branżowe, Internet,

−

literatura z rozdziału 7.

Ćwiczenie 2

Do produkcji kumenu zużyto 1,4 tony benzenu. Oblicz, ile ton kumenu powstanie, jeżeli

wydajność procesu produkcji kumenu wynosi 95%.

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1)  wskazać surowce stosowane w produkcji kumenu,
2)  zapisać równanie reakcji otrzymywania kumenu,
3)  obliczyć masy molowe substancji,

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4) obliczyć teoretyczną ilość produktu,
5) obliczyć praktyczną ilość produktu.

Zalecane metody nauczania

−

uczenia się:

−

ćwiczenia praktyczne.

Środki dydaktyczne:

−

materiał nauczania

−

Poradnik dla ucznia (4.1.1),

−

literatura z rozdziału 7,

−

kalkulator.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.2. Wytwarzanie etylobenzenu metodą Mobil-Badger

5.2.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1
Scharakteryzuj proces alkilowania benzenu etylenem prowadzony w fazie gazowej
z katalizatorem zeolitowym.

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1)  zapoznać się z materiałem nauczania,
2)  wskazać surowce i katalizator procesu,
3)  ustalić aparaty,
4)  określić parametry procesów,
5)  opisać proces alkilowania w fazie gazowej,
6)  opisać proces oczyszczania etylobenzenu,
7)  uzasadnić zastosowanie katalizatora zeolitowego.

Zalecane metody nauczania

−

uczenia się:

−

dyskusja.

Środki dydaktyczne:

−

materiał nauczania

−

Poradnik dla ucznia (4.2.1),

−

literatura z rozdziału 7.

Ćwiczenie 2
Na podstawie rysunku 3 (Poradnik dla ucznia) uzasadnij konieczność bezpośredniego
integrowania produkcji etylobenzenu z produkcją styrenu.

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Przygotować schemat
ideowy zintegrowanej wytwórni etylenu i styrenu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1)  zapoznać się ze schematem ideowym zintegrowanej wytwórni,
2)  ocenić zużycie surowców,
3)  ocenić zużycie energii.

Zalecane metody nauczania

−

uczenia się:

−

dyskusja.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Środki dydaktyczne:

−

materiał nauczania

−

Poradnik dla ucznia (4.2.1),

−

literatura z rozdziału 7,

−

schemat ideowy zintegrowanej wytwórni etylenu i styrenu.

Ćwiczenie 3

Proces produkcji etylobenzenu prowadzi się z wydajnością 90%. Oblicz, jaką masę

etylenu i benzenu należy zastosować, aby otrzymać 1 tonę etylobenzenu.

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1)  zapisać równanie reakcji,
2)  obliczyć masy molowe surowców i produktu,
3)  obliczyć  masę  surowców  niezbędnych  do  otrzymania  1tony  etylobenzenu  uwzględniając

wydajność reakcji.

Zalecane metody nauczania

−

uczenia się:

−

ćwiczenia praktyczne (obliczenia).

Środki dydaktyczne:

−

kalkulator.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.3. Chemizm wytwarzania produktów alkilowania izobutanu

propylenem lub butenami wobec katalizatora H

lub HF

5.3.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dokonaj analizy warunków i znaczenia procesu alkilowania izobutanu olefinami C

–C

w produkcji wysokooktanowych bezołowiowych benzyn silnikowych.

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1)  zapoznać się z materiałem nauczania,
2)  zapoznać się z mechanizmem katalitycznego alkilowania izobutanu olefinami,
3)  określić właściwości alkilatów i ich wpływ na jakość wytwarzanych benzyn,
4)  ocenić wpływ zastosowania alkilatów na stan środowiska naturalnego.

Zalecane metody nauczania

−

uczenia się:

−

dyskusja.

Środki dydaktyczne:

−

materiał nauczania

−

Poradnik dla ucznia (4.3.1),

−

czasopisma specjalistyczne, np. „Przemysł Chemiczny”, „Chemik”,

−

Kalendarz chemiczny,

−

literatura z rozdziału 7.

Ćwiczenie 2

Dokonaj oceny wpływu surowców i katalizatorów kwasowych w procesie otrzymywania

alkilatów na wielkość liczby oktanowej oraz kosztów produkcji.

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1)  ustalić surowce do alkilowania,
2)  ustalić katalizatory,
3)  ocenić wpływ użytego surowca i katalizatora na wielkość LO,
4)  porównać koszty produkcji procesu alkilowania przy użyciu różnych katalizatorów,
5)  ocenić wpływ procesów technologicznych na stan środowiska i bezpieczeństwo pracy.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.4. Wytwarzanie MTBE i ETBE z izobutylenu zawartego

we frakcjach butenowych oraz z metanolu i etanolu

5.4.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj chemizm i proces wytwarzania MTBE.

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1)  podać surowce i katalizator stosowany w procesie otrzymywania MTBE,
2)  wyjaśnić mechanizm reakcji  alkilowania izobutylenu metanolem,
3)  przedstawić przebieg procesu otrzymywania MTBE,
4)  określić zastosowanie MTBE.

Zalecane metody nauczania

−

uczenia się:

−

metoda tekstu przewodniego.

Środki dydaktyczne:

−

materiał nauczania – Poradnik dla ucznia (4.4.1),

−

literatura z rozdziału 7.

Ćwiczenie 2

Dokonaj analizy przebiegu procesów alkilowania benzenu etylenem w fazie gazowej oraz

O – alkilowania izobutylenu metanolem na schematach (rysunek 2, 7).

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Przygotować schemat
instalacji alkilowania benzenu etylenem w fazie gazowej oraz uproszczony schemat instalacji
do produkcji MTBE.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1)  wskazać surowce,
2)  rozpoznać rodzaje aparatów na obu schematach,
3)  określić procesy zachodzące w aparatach,
4)  wskazać czynniki chłodzące i grzewcze,
5)  określić podobieństwa i różnice.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.5. Rola różnych instalacji alkilowania w procesie przeróbki

frakcji C4 z pirolizy olefinowej (lub z FKK) w zakładach
rafineryjno-petrochemicznych

5.5.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Korzystając ze schematu ideowego przeróbki frakcji C

otrzymywanych w procesach

pirolizy oraz krakingu katalitycznego (rys.10), dokonaj analizy wariantów technologicznych
przeróbki frakcji C

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Przygotować schemat
ideowy przeróbki frakcji C

otrzymywanych w procesach pirolizy oraz krakingu

katalitycznego

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) ustalić skład frakcji C

z pirolizy surowców ciekłych,

2) wyjaśnić, dlaczego z frakcji C

usuwa się butadien,

3) ustalić kierunki wykorzystania frakcji C

bez butadienu,

4) ustalić zastosowanie frakcji C

bez butadienu i izobutylenu,

5) określić kierunki wykorzystania n-butanu, izobutanu, n-butenu.

Zalecane metody nauczania

−

uczenia się:

−

metoda tekstu przewodniego.

Środki dydaktyczne:

−

schemat ideowy przeróbki frakcji C

otrzymywanych w procesach pirolizy oraz krakingu

katalitycznego (rys.10, Poradnik dla ucznia),

−

literatura z rozdziału 7.

Ćwiczenie 2
Na

podstawie

Karty

charakterystyki

substancji

niebezpiecznej

preparatu

niebezpiecznego oceń szkodliwość benzenu.

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Przygotować Kartę
charakterystyki dla benzenu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) zapoznać się z Kartą charakterystyki,
2) zidentyfikować zagrożenia,

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3)  wskazać sposoby udzielania pierwszej pomocy,
4)  określić sposób postępowania w przypadku pożaru,
5)  określić sposób postępowania w przypadku niezamierzonego uwolnienia do środowiska,
6)  podać zagrożenia toksykologiczne,
7)  dobrać środki ochrony indywidualnej,
8)  wskazać zagrożenia ekologiczne,
9)  dobrać sposób neutralizacji i sposób niszczenia odpadów.

Zalecane metody nauczania

−

uczenia się:

−

metoda tekstu przewodniego.

Środki dydaktyczne:

−

Karta charakterystyki substancji niebezpiecznej i preparatu niebezpiecznego – benzen,

−

stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu,

−

strony internetowe, np. www.wrzesnia.com.pl/instrukcje bhp.html, www.ciop.pl/html.

Ćwiczenie 3

Na podstawie tabeli 1 oraz materiału nauczania 4.1, 4.5 (Poradnik dla ucznia) zaprojektuj

schemat ideowy powiązań procesów alkilowania z innymi procesami technologicznymi.

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

i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1)  zapoznać się z wskazanymi materiałami,
2)  ustalić kierunki wykorzystania alkilatów,
3)  narysować schemat ideowy.

Zalecane metody nauczania

−

uczenia się:

−

metoda projektu.

Środki dydaktyczne:

−

stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu oraz oprogramowaniem,
umożliwiającym sporządzanie schematów,

−

materiał nauczania – Poradnik dla ucznia (4.1.1 i 4.5.1).

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. EWALUACJA OSIĄGNIĘĆ UCZNIA

Przykłady narzędzi pomiaru dydaktycznego

Test dwustopniowy do jednostki modułowej

„Wytwarzanie produktów

alkilowania”

Test składa się z 20 zadań wielokrotnego wyboru, z których:

−

zadania 1, 2, 3, 4, 8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 18, 19, 20 są z poziomu podstawowego,

−

zadania 5, 6, 7, 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.

Plan testu

zad.

Cel operacyjny

(mierzone osiągnięcia ucznia)

Kategoria celu

Poziom

wymagań

Poprawna

odpowiedź

Rozróżnić podstawowe procesy
technologiczne

Wskazać surowce do produkcji kumenu

Wskazać katalizator stosowany
w produkcji otrzymywania kumenu

Określić materiał którym wykłada się
reaktor stosowany do produkcji kumenu

Ocenić, jaki wpływ na koszty ma
zintegrowana produkcja etylobenzenu
i styrenu

Ocenić wpływ katalizatora HF na
proces alkilowania izobutanu olefinami

Określić wpływ mieszania na przebieg

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zad.

Cel operacyjny

(mierzone osiągnięcia ucznia)

Kategoria celu

Poziom

wymagań

Poprawna

odpowiedź

procesu alkilowania izobutanu
olefinami

Ustalić sposób regeneracji katalizatora
stosowanego w procesie alkilowania
benzenu etylenem w fazie gazowej

Przewidzieć zagrożenia korozyjne
aparatury w procesie Mobil-Bagder

10 Ustalić sposób wydzielania

nieprzereagowanego surowca w
procesie Mobil-Bagder

11 Dobrać surowiec do procesu

alkilowania izobutanu

12 Wskazać zastosowanie alkilatów

13 Dobrać środki ochrony osobistej

stosownie do wykonywanych zadań

14 Rozpoznać chemizm reakcji

wskazanego procesu alkilowania

15 Określić wpływ zmiany parametrów na

przebieg procesów alkilowania

16 Obliczyć ilość alkilatu produkowanego

w ciągu miesiąca

17 Obliczyć ilość eteru stosowanego do

komponowania benzyn

18 Wskazać źródło pochodzenia surowców

do produkcji ETBE

19 Rozpoznać oznaczenia surowców na

opakowaniu

20 Rozpoznać zagrożenia dla zdrowia

i życia związane z procesem
alkilowania

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przebieg testowania

INSTRUKCJA DLA NAUCZYCIELA

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

jednotygodniowym.

2.  Ustal zakres materiału.
3.  Zapewnij warunki do samodzielnej pracy.
4.  Rozdaj instrukcje dla ucznia, zestaw zadań testowych i karty odpowiedzi.
5.  Odczytaj uczniom przeznaczona dla nich instrukcję oraz udziel odpowiedzi na pytania.
6.  Czas trwania testu 45 minut.
7.  Pełnij rolę obserwatora.
8.  Kilka  minut  przed  zakończeniem  sprawdzianu  przypomnij  uczniom  o  zbliżającym  się

czasie zakończenia zadania.

9. Po wykonaniu zadania przez uczniów zbierz karty odpowiedzi.
10. Sprawdź wyniki i przeprowadź analizę uzyskanych wyników sprawdzianu i wybierz

te zadania, które sprawiły uczniom największe trudności.

11. Ustal przyczyny trudności uczniów w opanowaniu wiadomości i umiejętności.
12. 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.  Test  zawiera  20  zadań.  Do  każdego  zadania  dołączone  są  cztery  możliwe  odpowiedzi.

Tylko jedna odpowiedź jest prawdziwa.

5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
6. Prawidłowa odpowiedź zaznacz X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź

zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie

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

8. Ocenę dostateczną otrzymasz, jeśli udzielisz prawidłowej odpowiedzi na 13 zadań.
9. Na rozwiązanie testu masz 45 minut.

Materiały dla ucznia:

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

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Wprowadzenie do związku grupy alkilowej to proces:

a) nitrowania,
b) utleniania,
c) alkilowania,
d) chlorowania.

2. Surowcami do produkcji kumenu są:

a)  benzen i etylen,
b)  benzen i propylen,
c)  benzen i izobuten,
d)  benzen i metan.

3. Katalizatorem w procesie produkcji kumenu w fazie ciekłej jest:

a)  kwas solny,
b)  kwas siarkowy(VI),
c)  chlorek glinu,
d)  fluorowodór.

4. Reaktory do procesu produkcji kumenu wyłożone są:

a)  stalą węglową,
b)  płytkami ceramicznymi,
c)  płytami żelaznymi,
d)  polietylenem.

5. Integracja wytwórni etylobenzenu i styrenu powoduje:

a)  oszczędność surowców i energii,
b)  oszczędność surowców,
c)  oszczędność energii,
d)  oszczędność produktów.

6. Do procesu alkilowania izobutanu olefinami stosuje się katalizatory H

lub HF.

Zastosowanie katalizatora HF powoduje:
a)  większe koszty zabezpieczeń i hermetyzacji aparatury oraz zagrożenie dla środowiska,
b)  zmniejszenie kosztów zabezpieczeń aparatury,
c)  zmniejszenie zagrożenia środowiska,
d)  mniejsze koszty zabezpieczeń i hermetyzacji.

7. Reaktor procesu alkilowania izobutanu olefinami w obecności H

wbudowany ma

mieszalnik w celu:
a)  zdyspergowania olefin i zwiększenia powierzchni kontaktu surowców,
b)  zmniejszenie aktywności katalizatora,
c)  zmniejszenia powierzchni kontaktu surowców,
d)  zwiększenia czasu kontaktu reagentów.

8. Regenerację katalizatora, stosowanego w procesie alkilowania benzenu etylenem w fazie

gazowej, przeprowadza się przez:
a)  wypalanie koksu,
b)  ochładzanie,
c)  stosowanie pary wodnej,
d)  ekstrakcję.

9. Reagenty procesu Mobil-Badger nie mają działania korozyjnego, bo nie zawierają:

a)  chlorków,
b)  benzenu,
c)  etylobenzenu,
d)  etylenu.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10. Z mieszaniny poreakcyjnej z procesu Mobil-Badger nieprzereagowany benzen oddziela

się poprzez:
a)  destylację,
b)  ekstrakcję ,
c)  absorpcję,
d)  adsorpcję.

11. Surowcem procesu alkilowania izobutanu są frakcje:

a)  butanowo-butenowa,
b)  etano-etynowa,
c)  etano-etylenowa,
d)  butanowa.

12. Alkilaty, otrzymane w procesie alkilowania izobutanu olefinami po oczyszczeniu,

przesyłane są do:
a)  rektyfikacji,
b)  alkilowania,
c)  komponowania benzyn wysokooktanowych,
d)  kolumny w celu oddzielenia propanu.

13. W przypadku wydostania się z instalacji w pomieszczeniu zamkniętym HF, likwidować

skażenia  wolno  tylko  odpowiednio przeszkolonym osobom  zabezpieczonym  w  stosowne
środki ochrony osobistej, a szczególności w:
a)  rękawice ochronne,
b)  aparaty chroniące drogi oddechowe,
c)  ubranie robocze,
d)  okulary ochronne.

14. Chemizm reakcji otrzymywania MTBE polega na reakcji alkoholu I rzędowego

z olefinami, mającymi wiązanie:
a)  podwójne przy III rzędowym atomie węgla,
b)  podwójne przy II rzędowym atomie węgla,
c)  potrójne,
d)  podwójne.

15. Żywice jonowymienne jako katalizatory procesów MTBE i TAME stosuje się tylko

w temperaturze niższej niż 140

C, ponieważ w wyższej:

a)  następuje utrata kwasowości,
b)  zwiększa się aktywność katalizatora,
c)  zwiększa się kwasowość katalizatora,
d)  nie ma wpływu na działanie katalizatora.

16. W instalacji realizującej proces alkilowania wytwarza się rocznie 540 tysięcy ton alkilatu
rocznie. Miesięcznie produkuje się:

a)  54 tysięcy ton,
b) 54 tony,
c)  45 ton,
d)  45 tysięcy ton.

17. Dopuszczalna zawartość eteru (MTBE) w benzynie wynosi 10%. Do 200 m

benzyny

należy dodać eteru w ilości:

a) 5 m

b) 20 m

c) 10 m

d) 30 m

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

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

Wytwarzanie produktów alkilowania

Zakreśl poprawną odpowiedź

zadania

Odpowiedź

Punktacja

Razem:

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zadanie praktyczne wysoko symulowane

do jednostki modułowej „Wytwarzanie produktów alkilowania”

Proponowane  zadanie  praktyczne  przeznaczone  jest  do  przeprowadzenia  po  zakończonym
procesie kształcenia w jednostce modułowej „Wytwarzanie produktów alkilowania”. Zadanie
ma  charakter  wysoko  symulowany  i  pozwala  na  ocenę  umiejętności  uczniów  w  zakresie
posługiwania się schematem aparatu i obliczania ilości surowców niezbędnych do produkcji.

Zadanie praktyczne ma charakter sprawdzający, tzn. ukierunkowany jest na porównanie
wyników z założonymi w programie celami kształcenia.

Instrukcja dla nauczyciela

1.  Czas trwania zadania praktycznego 45 minut.
2.  Przygotuj indywidualne stanowisko pracy dla każdego ucznia.
3.  Zapewnij warunki do samodzielnej pracy.
4.  Rozdaj instrukcje dla ucznia i karty pracy.
5.  Omów z uczniami przebieg zadania praktycznego oraz udziel odpowiedzi na pytania.
6.  Kilka minut przed zakończeniem zadania przypomnij uczniom o zbliżającym się czasie

zakończenia zadania.

7.  Podczas przeprowadzania zadania pełnij rolę obserwatora.
8.  Po zakończeniu sprawdzianu zbierz karty pracy od uczniów.
9.  Sprawdź wyniki i przeprowadź analizę uzyskanych wyników zadania praktycznego

i wybierz te, które sprawiały 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.

Uczeń może maksymalnie otrzymać 18 punktów.
Zadanie uczeń zaliczy, jeśli uzyska 9 punktów:
– aby otrzymać ocenę dostateczną, powinien uzyskać 11

−

12 punktów,

– na ocenę dobrą, powinien uzyskać 13

−

15 punktów,

– na ocenę bardzo dobrą, powinien uzyskać 16

−

18 punktów.

Instrukcja dla ucznia

1.  Przeczytaj uważnie instrukcję.
2.  Zanim przystąpisz do wykonania zadania, zaplanuj pracę. Pomoże Ci w tym KARTA
      PRACY.
3.  Odpowiedzi wpisuj w wyznaczonych miejscach KARTY.
4.  Za każdą prawidłową odpowiedź otrzymasz 1 punkt. Za niepełną lub złą odpowiedź

otrzymasz 0 punktów.

5. Maksymalnie możesz uzyskać 18 punktów. Ocenę dostateczną otrzymasz, jeśli uzyskasz

11 punktów.

6. Pracuj samodzielnie.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie

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

8.  Po zakończeniu zadania oddaj nauczycielowi KARTĘ PRACY.
9.  Na wykonanie masz 45 minut.

                                                                                                                        Powodzenia

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Treść zadania
Zaprojektuj  realizację  prac  związanych  z  wytwarzaniem  1000  kg  surowego  kumenu,
jeżeli 80% masowych użytego propylenu w reakcji z benzenem daje kumen, a stosunek
masy  benzenu  do  masy  propylenu  wynosi  5  :  1.  Scharakteryzuj  budowę  i  zasadę
działania reaktora alkilowania.

Działanie Twoje powinno przebiegać w trzech etapach:
ETAP I – faza przygotowawcza:
–  zapoznaj się z dołączoną dokumentacją do zadania,
–  przeanalizuj schemat reaktora alkilowania typu Stratco,
–  zapisz równanie reakcji otrzymywania kumenu,
–  zaplanuj układ czynność i przedstaw nauczycielowi – uzyskaj jego akceptację.
ETAP II – faza realizacyjna:
–  opisz budowę reaktora alkilowania,
–  opisz zasadę działania reaktora alkilowania,
–  określ parametry procesu alkilowania,
–  oblicz ilości surowców,
–  oceń,  jaki  wpływ  na  przebieg  pracy  reaktora  może  mieć  uszkodzenie  sprężarki

w instalacji alkilowania.

ETAP III – faza oceniająca:
– zinterpretuj uzyskane wyniki,
– określ, co zrobiłbyś inaczej, gdybyś wykonanie zadania mógł powtórzyć.

Karta pracy

Nazwa i adres szkoły

Nazwisko i imię ucznia

Data

Uzyskana suma

punktów

Zadanie

Odpowiedź

3 pkt.

Opisz budowę reaktora alkilowania,
uwzględniając:

1) kształt reaktora,

2) urządzenie wmontowane we wnętrzu

reaktora do tworzenia emulsji,

3) urządzenie wmontowane we wnętrzu

reaktora do chłodzenia mieszaniny.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7 pkt.

Opisz zasadę działania reaktora alkilowania,
uwzględniając:

1) doprowadzenie surowców do aparatu,

2) sposób tworzenia emulsji surowców,

3) parametry procesu,

4) sposób chłodzenia mieszaniny reakcyjnej,

5) czynnik chłodniczy,

6) obieg czynnika chłodzącego,

7) zasady bhp podczas obsługi reaktora.

6 pkt.

Wykonaj obliczenia dotyczące ilości surowców:

1) zapisz równanie reakcji,

2) oblicz masę molową propylenu,

3) oblicz masę molową kumenu,

4) oblicz teoretyczną ilość propylenu,

5) oblicz praktyczną ilość propylenu,

6) oblicz ilość benzenu.

2 pkt.

Wnioski dotyczące pracy reaktora:

1) określ wpływ awaryjnego zatrzymania się

sprężarki w instalacji alkilowania,

2) określ temperaturę mieszaniny reakcyjnej

przy której można wznowić pracę reaktora.

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Karta oceny

Lp.

Czynności

Maksymalna liczba

punktów

Uzyskana

liczba

punktów

Opisanie budowy reaktora alkilowania
z uwzględnieniem:
1)  kształtu reaktora,
2) urządzenia wmontowanego we wnętrzu
     reaktora do tworzenia emulsji,
3) urządzenia wmontowanego we wnętrzu
     reaktora do chłodzenia mieszaniny.

1
1

Opisanie zasady działania reaktora
alkilowania z uwzględnieniem:
1)  doprowadzenia surowców do aparatu,
2)  sposobu tworzenia emulsji surowców,
3)  parametrów procesu,
4)  sposobu chłodzenia mieszaniny

reakcyjnej,

5)  czynnika chłodniczego,
6)  obiegu czynnika chłodzącego,
7)   zasad bhp podczas obsługi reaktora.

1
1
1
1

1
1
1

Wykonanie obliczeń dotyczących
zapotrzebowania surowców:
1)  zapisanie równania reakcji,
2)  obliczanie masy molowej propylenu,
3)  obliczanie masy molowej kumenu,
4)  obliczanie teoretycznej ilości

propylenu,

5) obliczanie praktycznej ilości

propylenu,

6) obliczanie ilości benzenu.

1
1
1
1

Wnioski dotyczące pracy reaktora:
1) określanie wpływu awaryjnego

zatrzymania się sprężarki w instalacji
alkilowania,

2) określanie temperatury mieszaniny

reakcyjnej przy której można wznowić
pracę reaktora.