МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИНК
_____________ В.Н. Бориков
«_____»________________2014 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Экология
основная образовательная программа подготовки аспиранта
по направлению 19.06.01 Промышленная экология и биотехнологии
Уровень высшего образования
подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре
ТОМСК 2014 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
1. Рабочая программа составлена на основании федеральных государственных образовательных стандартов к основной образовательной программе высшего образования подготовки
научно-педагогических кадров в аспирантуре по направлению 19.06.01 Промышленная экология и биотехнологии
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры «Экология и безопасность жизнедеятельности» ИНК протокол № ____от
___________2014 г.
Научный руководитель программы
аспирантской подготовки
Ю.М. Федорчук
2. Программа СОГЛАСОВАНА с выпускающей кафедрой специальности; СООТВЕТСТВУЕТ
действующему плану.
Зав. обеспечивающей кафедрой ЭБЖ
С.В. Романенко
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Рассматриваемая дисциплина является основной в подготовке аспирантов, обучающихся по
профилю 03.02.08 Экология, технические науки (по химической, энергетической, строительной
отраслям).
1. Цель аспирантуры – подготовка научных и научно-педагогических кадров высшей квалификации, способных к инновационной деятельности в сфере науки, образования, культуры,
управления и т. д.; приобретение знаний, необходимых для решения задач, связанных с разработкой новых методов и технических средств, обеспечивающих обезвреживание образующихся
отходов в химической, энергетической, строительной и других отраслях промышленности, их
переработку и разработку малоотходных и ресурсосберегающих технологий.
2. Основными задачами подготовки аспиранта являются:
- формирование навыков самостоятельной научно-исследовательской и педагогической деятельности;
- углубленное изучение теоретических и методологических основ экологической науки;
- совершенствование философской подготовки ориентированной на профессиональную деятельность;
- совершенствование знаний иностранного языка для использования в научной и профессиональной деятельности;
- формирование компетенций, необходимых для успешной научно-педагогической работы в
данной отрасли науки.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
2.1. Учебная дисциплина «Экология», технические науки по химической, энергетической, строительной отраслям входит в вариативную часть междисциплинарный профессиональный модуль
ООП.
2.2. Данная программа строится на преемственности программ в системе высшего образования и
предназначена для аспирантов ТПУ, прошедших обучение по программе подготовки магистров,
прослушавших соответствующие курсы и имея по ним положительные оценки. Она основывается на положениях, отраженных учебных программах указанных уровней. Для освоения дисциплины «Экология», технические науки по химической, энергетической, строительной отраслям требуются знания и умения, приобретенные обучающимися в результате освоения ряда
предшествующих дисциплин (разделов дисциплин), таких как:
Экология;
Физическая химия;
Химия окружающей среды;
Процессы и аппараты переработки загрязнителей окружающей среды;
Технологии основных производств, переработка и утилизация промышленных отходов;
Малоотходные и ресурсосберегающие технологии.
2.3. Дисциплина «Экология», технические науки по химической, энергетической, строительной
отраслям необходима при подготовке выпускной квалификационной работы аспиранта и подготовке к сдаче кандидатского экзамена.
3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Процесс изучения дисциплины «Экология», технические науки по химической, энергетической,
строительной отраслям направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ООП по направлению подготовки 19.06.01 Промышленная экология и биотехнологии.
1. Универсальных компетенций:
 способность к критическому анализу и оценке современных научных достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и практических задач, в том
числе в междисциплинарных областях (УК-1);
 способность проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том числе
междисциплинарные, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки (УК-2);
 готовность участвовать в работе российских и международных исследовательских коллективов по решению научных и научно-образовательных задач (УК-3);
 готовность использовать современные методы и технологии научной коммуникации на
государственном и иностранном языках (УК-4);
 способность следовать этическим нормам в профессиональной деятельности (УК-5);
 способность планировать и решать задачи собственного профессионального и личностного развития (УК-6).
2. Общепрофессиональных компетенций:
 владением методологией теоретических и экспериментальных исследований в области
профессиональной деятельности (ОПК-1);
 владением культурой научного исследования в том числе, с использованием новейших
информационно-коммуникационных технологий (ОПК-2);
 способностью к разработке новых методов исследования и их применению в самостоятельной научно-исследовательской деятельности в области профессиональной деятельности (ОПК-3);
 готовностью организовать работу исследовательского коллектива в профессиональной
деятельности (ОПК-4);
 готовностью к преподавательской деятельности по основным образовательным программам высшего образования (ОПК-5).
3. Профессиональных компетенций:
- иметь представление об источниках образования отходов, их классификации, взаимодействии загрязнителей с окружающей средой (ПК-1);
- знать устройства, процессы и технологии, лежащие в основе добычи, обогащения, транспортировки, производства и эксплуатации энергоресурсов, руды и кальцийсодержащих полезных ископаемых (ПК-2);
- освоить методы обезвреживания, переработки, унификации и способы утилизации кальцийсодержащих отходов (ПК-3);
- познакомится с существующими энерготехнологиями и технологиями комплексой, безотходной переработки сырья (ПК-4);
- уметь составлять и рассчитывать цепь последовательных аппаратов технологических линий производства (ПК-5);
- знать количественные и качественные характеристики кальцийсодержащих отходов ТЭЦ,
ГРЭС, химических комбинатов, строительных производств (ПК-6);
- уметь составлять технико-экономический расчёт, технико-экономическое обоснование,
бизнес-план производств, выпускающих продукцию из кальцийсодержащих отходов (ПК-7);
- приобрести знания в области разработок, выполненных сотрудниками ТПУ, по ликвидации и утилизации отходов энергетической, химической и строительной промышленности
(ПК-8).
По окончании изучения дисциплины аспиранты должны будут:
знать:
- способы и последовательность технологических операций и процессов защиты
окружающей среды от выбросов и сбросов загрязнителей;
- явления переноса тепла и вещества в связи с химическими превращениями;
Тема 8. Котельные установки и парогенераторы
Тема 9. Энергетика теплотехнологии
Тема 10. Возобновляемые виды энергии и энергоустановки
на их основе. Принципы использования солнечной энергии.
Тема 11. Возобновляемые виды энергии и энергоустановки
на их основе. Энергия ветра и источники на его основе.
экзамен
1
2
3
4
Раздел 1. Решение экологических проблем в химической промышленности
Тема 1. Основные понятия и общие вопросы экологии
10
2
Тема 2. Экологическая химия атмосферы
14
4
Тема 3. Экологическая химия гидросферы
14
4
Тема 4. Эколого-химические проблемы суши (почвы, недра,
10
2
ресурсы)
Тема 5. Радиоактивность как загрязняющий фактор
12
2
Тема 6. Биологическая очистка сточных вод.
14
4
Раздел 2. Решение экологических проблем в энергетической промышленности
Тема 7. Основы промышленной тепло- и электроэнергетики
14
4
самостоятельная
работа занятия
семинары
Всего учебных занятий
(в часах)
лекции
Всего учебных занятий
(в часах)
Наименование разделов и тем
Трудоемкость (в ЗЕТ)
- механические процессы изменения состояния, свойств и формы материалов и компонентов в
неорганических технологических процессах;
уметь:
- выполнять технологические расчеты для: а ) составления материального баланса; б )
составления теплового баланса;
- выполнять расчеты по оценке уровня вреда и ущерба окружающей среде от
загрязнителей;
- осуществлять прогнозирование технологических схем предотвращения загрязнения
окружающей среды.
иметь опыт:
- работы с механическим оборудованием различного назначения;
- постановки и проведения экспериментов определения реологических, механических,
физических свойств различных материалов, проектирования и управления технологическими
процессами и производствами.
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
Приводимая ниже таблица показывает вариант распределения бюджета учебного времени, отводимого на освоение основных модулей предлагаемого курса согласно учебному плану.
5
6
8
10
10
8
10
10
10
17
18
18
4
4
6
14
14
16
20
6
16
Тема 12. Возобновляемые виды энергии и энергоустановки
22
6
на их основе. Использование энергии перемещения водных
потоков.
Тема 13. Аккумуляция и транспорт энергии.
13
3
Тема 14. Статические и динамические методы лабораторных
13
3
исследований.
Раздел 3. Решение экологических проблем в строительной промышленности
Тема 15. Неорганические вяжущие вещества
22
3
Тема 16. Общая характеристика силикатных и тугоплавких
13
3
неметаллических материалов (СиТНМ).
Тема 17. Органические вяжущие вещества, полимеры и ма13
3
териалы на их основе
Тема 18. Теплоизоляционные, акустические и лакокрасоч13
3
ные материалы.
Тема 19. Тематика практических занятий
54
6
Всего по дисциплине
9 324
72
16
10
10
12
10
10
10
48
252
4.2. Содержание разделов и тем
Раздел 1. Решение экологических проблем в химической промышленности
1.1. Основные понятия и общие вопросы экологии
Понятие об экологии - науке о взаимодействиях организмов между собой и с окружающей средой, включая совместное развитие человека, сообщества людей в целом и окружающей
природной средой, изучающей биотические механизмы регуляции и стабилизации окружающей
среды, механизмы, обеспечивающие устойчивость жизни.
Понятие об экологической химии - науке об общих химических процессах и взаимодействиях в окружающей среде (экосфере) и последствиях таких взаимодействий.
Понятие о химической экологии - науке о роли и функциях химических экорегуляторов,
осуществляющих определенные связи между организмами и средой в природных экосистемах,
участвующих в обменных процессах и механизмах их регулирования в отдельных организмах,
обуславливающих химическую (или биохимическую) стабилизацию (или дестабилизацию) равновесия в экосистемах.
Человек и среда обитания; характерные состояния системы «человек-среда обитания».
Основы физиологии труда и комфортные условия жизнедеятельности в техносфере. Критерии
безопасности. Безопасность в чрезвычайных ситуациях.
Объем производства химической продукции в современном мире (основные неорганические и органические продукты, удобрения, средства защиты растений борьбы с вредными насекомыми и пр., пластмассы, химические волокна, красители и родственные продукты и др.).
Области применения (получение энергии, в сельском хозяйстве, в быту, транспорте и т.д.).
Распространение в окружающей среде (перенос между различными средами: вода - почва, вода
- воздух, почва - воздух; поступление и накопление в живых водных и наземных организмах;
географический и биотический перенос). Устойчивость и способность к разложению. Превращения поллютантов в безопасное или менее опасное состояние.
Определение и задачи экотоксикологии (выявление степени и функции экосистем, а также
разработка лечебных мероприятий). Оценка химических продуктов с помощью экотоксикологического профильного анализа.
1.2. Экологическая химия атмосферы
Химико-технологические основы очистки газовых выбросов предприятий транспорта, химической промышленности, черной и цветной металлургии, тепловых электростанций.
1.3. Экологическая химия гидросферы
Химико-биологические процессы в сточных водах. Характеристика сточных вод и виды
загрязнений. Технология очистки сточных вод. Экохимические требования к очистке сточных
вод. Особенности биохимической очистки сточных вод.
Физико-химические и эколого-технологические методы водоочистки и водоподготовки.
Подготовка питьевой воды. Применение излучения, хлора, озона и пероксида водорода в обработке воды и очистке сточных вод. Методы локальной очистки сточных вод. Понятие о системах водообеспечения и водоотведения промышленных предприятий. Системы и схемы канализации промышленных предприятий. Основные проблемы водоотведения. Классификация сточных вод. Определение необходимой степени очистки производственных сточных вод. Разработка нормативов предельно допустимых сбросов вредных веществ в поверхностные водные
объекты.
1.4. Эколого-химические проблемы суши (почвы, недра, ресурсы)
Обезвреживание, переработка со стабилизацией свойств и утилизация твердых промышленных и бытовых отходов. Энерготехнологическое сжигание отходов. Технология складирования отходов. Методы вторичного использования отходов (сельскохозяйственные методы,
компостирование мусора и ила очистных сооружений, пиролиз отходов и др.). Технологии переработки отходов, совместимые с окружающей средой.
Сульфаткальциевые промышленные отходы, свойства, пути их образования, способы
обезвреживания, унификации и утилизации.
1.5. Радиоактивность как загрязняющий фактор
Радиационная угроза в современном мире. Военный ядерный комплекс. Атомная энергетика.
Радиоактивные отходы и отработанное ядерное топливо. Расширение масштабов радиоактивного загрязнения на Земле. Опасность хронического облучения в малых дозах. Ввоз, хранение и
переработка отработанного ядерного топлива - одна из важнейших проблем человечества на
современном этапе.
1.6. Биологическая очистка сточных вод.
Биологический метод очистки сточных вод. Влияние различных технологических факторов
на эффективность процессов биологической очистки. Сооружения для биологической очистки
сточных вод. Биологические пруды. Биофильтры. Аэротенки. Окситенки. Обработка осадков
производственных сточных вод
Раздел 2. Решение экологических проблем в энергетической промышленности
2.1. Основы промышленной тепло- и электроэнергетики
Первый закон термодинамики. Теплоемкость. Изопроцессы. Применение первого закона
термодинамики к расчетам изопроцессов. Второй закон термодинамики. Энтропия. Термодинамические потенциалы и их применение в термодинамических расчетах. Водяной пар. P-V, TS, H-S диаграммы и таблицы. Их применение в термодинамических расчетах. Влажный воздух.
H-D диаграммы. Циклы Карно, Ренкина. Циклы двигателей внутреннего сгорания и газовых
турбин. Термодинамика потока. Скорость звука. Сопло Лаваля. Истечение водяного пара.
Дросселирование. Механизм и кинетика горения индивидуальных газов. Механизм термического разложения углеводородов. Диффузионный, кинетический и смешанный принципы сжигания. Устойчивость горения газового факела. Методы интенсификации сжигания газов. Основные реакции горения и газификации углерода. Термическое разложение натуральных топлив. Роль летучих и золы в процессах горения. Особенность горения угольной пыли. Горение и
газификация угля в неподвижном слое. Пути интенсификации горения твердого топлива. Воспламенение и механизм горения жидкого топлива. Горение распыленного топлива в факеле.
Интенсификация процессов горения.
2.2. Котельные установки и парогенераторы
Источники теплоты промышленных котельных установок. Материальные и тепловые
балансы котельных установок при работе на газовом, жидком и твердом топливах. Расчет
топочных устройств для сжигания газового, жидкого и твердого топлив, производственных
отходов. Пароперегреватели котлов. Методы регулирования температуры пара. Экономайзеры
и их включение в питательные магистрали. Конструктивные схемы воздушных подогревателей.
Конструкции котлов с естественной циркуляцией, прямоточных и с многократной
принудительной циркуляцией. Водогрейные и паро-водогрейные котлы. Котлы высоко- и
низконапорные, прямого действия и с неводяными теплоносителями. Котлы, использующие
теплоту технологического продукта. Очистка продуктов сгорания от твердых и газообразных
примесей. Определение основных характеристик работы котельного агрегата по результатам
испытаний.
2.3. Энергетика теплотехнологии
Методологические основы создания энерго- и материалосберегающих, экологически
совершенных
теплотехнологических
установок
и
систем.
Метод
предельного
энергосбережения.
Энерго-экономические и технологические характеристики источников энергии в
теплотехнологии, их взаимосвязь с физико-химическим содержанием и организацией
технологического процесса. Основные принципы и критерии сравнительной оценки и выбора
источников энергии теплотехнологии. Принципы эффективного комбинирования источников
энергии. Способы термохимической подготовки топлива и других энергоносителей к
использованию в теплотехнологических установках. Технология сжигания топлива в
высокотемпературных теплотехнологических установках (ВТУ). Огневое обезвреживание и
регенерация производственных отходов.
Материальный, энергетический и тепловой балансы теплотехнологических установок и
систем. Оценка материальных и энергетических потерь, система КПД. Оптимизация балансов с
целью повышения технологической эффективности производства, экономии энергетических и
материальных ресурсов, защиты окружающей среды.
Принципы построения энергосберегающих тепловых схем.
Энерго-экономический анализ, структурная и параметрическая оптимизация тепловых схем с
регенеративным теплоиспользованием, с внешним замыкающим технологическим и внешним
замыкающим
энергетическим
теплоиспользованием.
Оптимизация
комбинирования
регенеративного, внешнего технологического и внешнего энергетического теплоиспользования.
Тепловые схемы комбинированных технологических и энергетических систем и комплексов.
2.4. Возобновляемые виды энергии и энергоустановки на их основе. Принципы использования солнечной энергии.
Источники возобновляемых видов энергии и их особенности. География энергоресурсов.
Основные понятия и определения в практике исследования и использования возобновляемых
видов энергии. Параметры возобновляемых видов энергии и методы их измерения. Расчета основных категорий потенциала. Современное состояние и перспективы использования возобновляемых видов энергии.
Основные понятия и определения. Источники потенциала солнечной энергии. Солнечная радиация: прямая и диффузная. Спектры внеатмосферного и наземного, солнечного излучения.
Методы измерения солнечной радиации. Методы расчета прихода солнечной радиации на горизонтальную и произвольно ориентированную площади на поверхности Земли в произвольно
взятой ее точке. Зависимость солнечной радиации от времени и широты местности. Продолжительность дня с солнечным излучением, поглощение в атмосфере (оптическая масса). Оптимальная ориентация приемника солнечного излучения.
Основные категории потенциала солнечной энергии и методы их расчета. Кадастр солнечной
энергии. Современное состояние и перспективы использования солнечной энергии в мире.
Основные виды солнечных энергоустановок (СЭУ) и систем наземного и космического
назначения (станции СЭС). Системы солнечного электроснабжения, горячего водоснабжения,
отопления, охлаждения, сушки, опреснения, гидролиза и т. д.
Башенные СЭС. СЭС на основе солнечных прудов. Фотоэлектрические СЭС. Космические
СЭС (КСЭС). Основные схемы преобразования и концентрации солнечного излучения на КСЭС
(фотоэлектрические, машинные и прямые преобразования энергии Солнца). Достоинства и недостатки схем. Проблемы сооружения КСЭС и передачи энергии на Землю. Перспективные системы передачи энергии с КСЭС на Землю (СВЧ- излучение, лазерный луч, изменение длины
волны излучений).
2.5. Возобновляемые виды энергии и энергоустановки на их основе. Энергия ветра
и источники на его основе.
Основные понятия и определения. Источники потенциала ветровой энергии. Преобразования энергии ветра. Ветроэнергетические установки (элементы аэродинамики). Основные характеристики ветра и методы их определения. Зависимость параметров ветра от высоты и во
времени. Роза ветров. Географические факторы и местные расчетные параметры ветра. Основные категории потенциала ветровой энергии и методы их расчета. Кадастр ветровой энергии.
Основные технические схемы использования энергии ветра и их классификация.
Теория идеального и реального ветрового двигателя. Основные положения и допущения.
Осевая или подъемная сила. Рабочий момент и мощность. Потери энергии ветродвигателя. Методы получения энергетических характеристик ветроколеса. Способы установки ветроколеса на
ветер. Силы, действующие на ветроколесо при его работе в косом потоке
Ветроустановки, предназначенные для производства электроэнергии, тепла, механической энергии и их особенности.
Ветроустановки с горизонтальной осью вращения. Основные элементы конструкции.
Баланс энергии в ВЭУ. Основные энергетические характеристики. Расчетные скорости: минимальная, рабочая, максимальная. Концентраторы воздушного потока, их эффективность, особенности их конструкции.
Ветроустановки с вертикальной осью вращения. Основные элементы конструкции. Одно- и многоярусная система. Преимущества и недостатки. Основные типы ВЭУ. Энергетические характеристики ВЭУ разного типа с вертикальной осью вращения.
Ветроэлектростанция (ВЭС) или ветропарк. Основные принципы оптимального использования энергопотенциала ветра в заданном регионе. Схемы оптимального размещения ВЭУ
относительно друг друга и ветрового потока с учетом розы ветров в регионе. Эффект затемнения в ветропарке.
2.6. Возобновляемые виды энергии и энергоустановки на их основе. Использование
энергии перемещения водных потоков.
Основные принципы использования энергии воды. Источники потенциала гидроэнергетики: естественные и искусственные водотоки и водохранилища, водохозяйственные и др. гидротехнические системы, ледники, подземные воды, приливы и отливы, волны и течения в морях
и океанах. Традиционная и нетрадиционная (малая) гидроэнергетика и их особенности. Основные гидравлические и энергетические параметры источников потенциала малой гидроэнергетики. Методы измерения напора и расхода воды. Гидрометрические характеристики источника
потенциала малой гидроэнергетики (МГЭ). Гидрологическая информация МГЭ и ее особенности по сравнению с традиционной гидроэнергетикой. Использование детерминированных и вероятностных методов расчета в гидрологии МГЭ. Особенности формирования стока водосборов водостоков в МГЭ.
Малые гидроэнергетические установки (ГЭУ) и гидроэлектростанции (ГЭС) различных
типов, включая ГЭС городской и домовой ливневой канализации.
Малые ГЭС: классификационные признаки. Основные методы и способы концентрации
напора и расхода. Основные типы и виды турбинного оборудования МГЭС. Его энергетические
характеристики, методы их получения и расчета. Модельные и натурные испытания гидроагрегатов. Нетрадиционные схемы и виды оборудования МГЭС. Водоподводящие и водоотводящие
сооружения МГЭС и их энергетические характеристики.
Основные типы гидрогенераторов МГЭС (на постоянном и переменном токе, синхронные и асинхронные). Энергетические характеристики гидрогенераторов.
Методы выбора и обоснования основных параметров гидроагрегатов МГЭС.
2.7. Аккумуляция и транспорт энергии.
Основные понятия и определения. Назначение аккумуляторов энергии и принципы аккумулирования: биологическое, химическое, тепловое, электрическое, механическое. Основные
характеристики аккумуляторов.
Транспорт первичной и вторичной энергии. Основные способы передачи энергии, их
особенности и характеристики. Трубопроводы, кабельная сеть, линии электропередачи, контейнерные перевозки и т. д. Энергоаккумулирующие установки (ЭАкУ) и станции (ЭАкС). Гидроаккумулирующие, тепловые, индуктивные, водородные, углеводородные и другие виды аккумуляции энергии. Технологические циклы ЭАкУ и принцип их действия. КПД аккумуляции.
Основные энергетические характеристики, методы их получения и расчета. Глубина и скорость
заряда-разряда. Длительность цикла аккумуляции. Гарантированное число циклов зарядаразряда. Преобразователи энергии ЭАкУ:
2.8. Статические и динамические методы лабораторных исследований.
Анализ методов определения концентрации вредных компонентов в газе Установки с замкнутыми потоками. Моделирование процессов газоочистки.
Раздел 3. Решение экологических проблем в строительной промышленности
3.1. Неорганические вяжущие вещества
Основные сведения о строении вещества. Связь строения материала с его свойствами. Свойства
строительных материалов. Факторы, влияющие на взаимосвязь свойств. Основные факторы и
схемы возможного разрушения материалов. Методы исследования свойств строительных материалов, математические методы анализа результатов испытаний.
Развитие производства материалов, обеспечивающих индустриализацию строительства, повышение их долговечности, экономию топливно-энергетических ресурсов.
Экологическая безопасность строительных материалов и технологии их производства.
Ресурсосберегающие технологии получения строительных материалов с использованием техногенного сырья.
3.2. Неорганические вяжущие вещества
Классификация. Способы оценки основных свойств. Химический и минералогический состав, свойства. Тиксотропия. Факторы, определяющие свойства вяжущего.
Теория твердения вяжущих веществ. Физико-химические основы получения вяжущих веществ с различными свойствами.
Воздушные вяжущие вещества: известь, гипсовое вяжущее, ангидритовое вяжущее. Технология получения, особенности свойств и применения. Жидкое стекло, кислотоупорный кварцевый цемент, магнезиальное вяжущее.
Портландцемент. Сухой и мокрый способ производства, вопросы экономии тепловой энергии, химико-минеральный состав клинкера. Физико-химические основы схватывания и твердения. Структура и свойства цементного теста и камня. Основные факторы, влияющие на свойства цемента. Роль минеральных добавок в цементе. Пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент.
Роль химических добавок в цементе. Пластифицированный, гидрофобный портландцемент.
Особые виды цемента: глиноземистые, расширяющиеся и безусадочные цементы, напрягающие.
Многокомпонентные композиционные вяжущие на основе портландцемента, гипсового, ангидритового вяжущего, активных минеральных добавок, в том числе отходов промышленности
и местных материалов, ПАВ, особенности технологии и свойств.
Фосфатные и шлакощелочные вяжущие.
3.4. Общая характеристика силикатных и тугоплавких неметаллических материалов
(СиТНМ).
Место и роль силикатных и тугоплавких неметаллических материалов (СиТНМ) в экономике и
научно-техническом прогрессе. Классификации СиТНМ: по химической природе; по структуре
слагающих фаз; по особенностям технологии, строению, функциональному назначению; по
размерным параметрам. Структура кристаллов и кристаллическая решетка. Симметрия кристаллов. Основы кристаллохимии: простейшие кристаллические структуры, плотнейшие упаковки, атомные и ионные радиусы, координационные числа. Дефекты кристаллической решетки. Типы дефектов. Влияние дефектов на свойства кристаллических тел.
Твердые растворы: типы твердых растворов, условия образования и термодинамической
стабильности. Твердые растворы в силикатах.
Явления полиморфизма и изоморфизма в СиТНМ. Изоморфные замещения в силикатах.
Наночастицы, наноструктуры и наноматериалы.
Коллоидно-дисперсное состояние вещества, поверхностные явления. Механизмы агломерации.
Коагуляционные, конденсационные и кристаллизационные структуры. Поверхностно-активные
вещества.
Механические и упругие свойства кристаллических и стеклообразных тел. Пластическая и
упругая деформация. Влияние микроструктуры и текстуры материалов на их разрушение.
Термические напряжения: причины возникновения и виды. Устойчивость материалов к
воздействию термических напряжений. Теории термостойкости. Вязкость, поверхностное
натяжение и смачивающая способность силикатных расплавов, влияние на них температуры и
состава. Стеклообразное состояние, строение и свойства стекол. Свойства силикатных стекол.
Химические свойства СиТНМ, их устойчивость к воздействию твердых, жидких и
газообразных реагентов различной химической природы.
3.5. Органические вяжущие вещества, полимеры и материалы на их основе
Классификация органических вяжущих веществ. Битумы, состав, структура, свойства. Дегти.
Улучшение свойств битумов полимерами. Физико-химические основы получения строительных
материалов на основе битумов.
Гидроизоляционные мастики и растворы. Клеющие мастики. Асфальтовые бетоны и растворы: состав, структура, свойства. Экологически чистые технологии получения и применения материалов на основе органических вяжущих.
Кровельные материалы пергамин, рубероид, толь, изол, стеклорубероид и др. Способ получения, свойства, особенности применения, в том числе с использованием техногенных материалов.
Классификация полимерных материалов, применяемых в строительстве.
Основные компоненты пластмасс: связующие, наполнители, специальные добавки. Физикохимические основы получения и переработки полимерных материалов в строительстве. Основные свойства полимеров, их особенности. Связь состава и структуры материала с его свойствами.
Основные виды полимерных материалов: отделочные, гидроизоляционные, теплоизоляционные, герметизирующие, санитарно-технические изделия, трубы, фитинги, фурнитура, пленки,
погонажные изделия, материалы для полов, синтетические клеи.
Старение полимерных материалов и меры по увеличению их срока службы.
3.6. Теплоизоляционные, акустические и лакокрасочные материалы.
Строение и свойства теплоизоляционных материалов.
Физико-химические основы получения материалов волокнистого и высокопористого строения. Органические теплоизоляционные материалы: основные виды, их свойства, особенности
применения. Неорганические теплоизоляционные материалы: основные виды, их свойства, особенности применения.
Акустические материалы: особенности строения и свойств. Звукопоглощающие материалы:
особенности свойств, виды, применение.
Основные компоненты лакокрасочных материалов: связующие, пигменты, наполнители, добавки. Красочные составы с неорганическими связующими и клеями из природного и техногенного сырья. Олифы и масляные краски. Краски на основе полимеров. Лаки и эмалевые краски. Кремнийорганические лаки и краски.
Применение различных окрасочных составов в строительстве с использованием техногенного сырья.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Технология процесса обучения по дисциплине «Экология», технические науки по химической, энергетической, строительной отраслям включает в себя следующие образовательные мероприятия:
а) аудиторные занятия (лекционно-семинарская форма обучения);
б) самостоятельная работа студентов;
г) контрольные мероприятия в процессе обучения и по его окончанию;
д) зачет в 3 семестре; экзамен в 4 семестре.
В учебном процессе используются как активные, так и интерактивные формы проведения
занятий: дискуссия, метод поиска быстрых решений в группе, мозговой штурм.
Аудиторные занятия проводятся в интерактивной форме с использованием мультимедийного обеспечения (ноутбук, проектор) и технологии проблемного обучения.
Презентации позволяют качественно иллюстрировать практические занятия схемами,
формулами, чертежами, рисунками. Кроме того, презентации позволяют четко структурировать
материал занятия.
Электронная презентация позволяет отобразить процессы в динамике, что позволяет
улучшить восприятие материала.
Самостоятельная работа организована в соответствие с технологией проблемного обучения и предполагает следующие формы активности:
 самостоятельная проработка учебно-проблемных задач, выполняемая с привлечением основной и дополнительной литературы;
 поиск научно-технической информации в открытых источниках с целью анализа и выявления ключевых особенностей.
Основные аспекты применяемой технологии проблемного обучения:
 постановка проблемных задач отвечает целям освоения дисциплины «Экология», технические науки по химической, энергетической, строительной отраслям и формирует необходимые компетенции;
 решаемые проблемные задачи стимулируют познавательную деятельность и научноисследовательскую активность аспирантов.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ И ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
Цель контроля - получение информации о результатах обучения и степени их соответствия результатам обучения.
6.1. Текущий контроль
Текущий контроль успеваемости, т.е. проверка усвоения учебного материала, регулярно
осуществляемая на протяжении семестра. Текущий контроль знаний учащихся организован как
устный групповой опрос (УГО).
Текущая самостоятельная работа студента направлена на углубление и закрепление знаний, и развитие практических умений аспиранта.
6.2. Промежуточная аттестация
Промежуточная аттестация осуществляется в конце семестра и завершает изучение дисциплины «Экология», технические науки по химической, энергетической, строительной отраслям». Форма аттестации – кандидатский экзамен в письменной или устной форме. Кандидатский экзамен проводится в 4 семестре.
Экзаменационный билет состоит из трех теоретических вопросов, тематика которых представлена в программе кандидатского экзамена.
На кандидатском экзамене аспирант должен продемонстрировать высокий научный уровень и научные знания по дисциплине «Экология», технические науки по химической, энергетической, строительной отраслям.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Литература обязательная
Химическая отрасль промышленности
1. Федорчук Ю.М., Цыганкова Т.С. Разработка способов снижения воздействия фтороводородных производств на окружающую среду. Монография. Томск., Изд. ТПУ, 2010.
2. Барбье М. Введение в химическую экологию, М., Мир, 1978.
3. Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию, М., МГУ, 1986.
4. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию, М., Высш. школа,
1994.
5. Богдановский Г.А. Химическая экология, М., МГУ, 1994.
6. Родионов А. И. и др. Техника защиты окружающей сред: учебник для вузов. – М.: Химия,
1989. – 511 с.
Энергетическая отрасль промышленности
1. Померанцев В.В. и др. Основы практической теории горения. Л., Энергия, 1973, 264 с.,
135 илл.
2. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н., Парогенераторы промышленных предприятий, М.,
Энергия, 1977
3. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод), М., Энергия, 1973, 296 с.,
40 илл.
4. Бакластов А.М. и др., Промышленные тепломассообменные процессы и установки, М.,
Энергоатомиздат, 1986.- 328 с.
5. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник. Под ред. В.А.Григорьева
и В.М. Зорина. М., Энергоатомиздат, 1991 – 588 с.
6. Машиностроение. Энциклопедия. Том 1-2. Под ред. К.С. Колесникова, А.И. Леонтьева,
М., Машиностроение, 1999 – 600 с.
7. Теория тепломасообмена. Под ред. А.И. Леонтьева. М.: МГТУ, 1997, 683 с.
8. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 392 с.
9. Валов М. И., Казанджан Б. И. Использование солнечной энергии в системах теплоснабжения.
– М.: Изд-во МЭИ, 1991. – 140 с.
10. Андреев В. М., Грилихес В. А., Румянцев В. Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. – Л.: Наука, 1989. – 202 с.
11. Грилихес В. А. Солнечные космические энергостанции. – М.: Наука, 1986. – 236 с.
12. Дьяков А. Ф., Перминов Э М., Шакарян Ю. Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. – М.: Изд-во МЭИ, 1996. – 220 с.
13. Гидроэнергетика. Под ред. В. И. Обрезкова, – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 512 с.
7. Гидроэлектрические станции. Под ред. В. Я. Карелина и Г. И. Кривченко. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 300 с.
14. Васильев Ю. С., Виссарионов В. И., Кубышкин Л. И. Решение гидроэнергетических задач на
ЭВМ. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 200 с.
15. Использование водной энергии. Учебник для вузов. Под ред. Ю. С. Васильева. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 608 с.
10. Приливные электростанции. Под ред. Л.Б. Бернштейна. – М.: Энергоатомиздат, 1987.– 296 с.
16. Использование волновой энергии. Учебное пособие. Под ред. В. И. Виссарионова. – М.:
Изд-во МЭИ, 2002. – 144 с.
17. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России.
/Коллектив авторов/ – С-Пб.: Наука, 2002. – 314 с.
18. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. – М.: Мир, 1987. – 408с.
19. Виссарионов В. И., Золотов Л. А. Экологические аспекты возобновляемых источников энергии. – М.: Изд-во МЭИ, 1996. – 156 с.
20. Накопители энергии. Под ред. Д. А. Бута. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 400 с. илл.
21. Оборудование нетрадиционной и малой энергетики. Справочник-каталог. Второе издание. –
М.: АО ВИЭН, 2000. – 167 с.
Строительная отрасль промышленности
1. Техногенный ангидрит, его свойства, применение. Ю.М. Федорчук. – Томск. Изд. ТПУ. 2005.
110 с.
2. Ресурсосберегающие технологии использования кальцийсодержащих техногенных новообразований. Часть 1. Ю.М. Федорчук, Т.С. Цыганкова. – Томск. Изд. ТПУ. 2014. 157 с.
Микульский В.Г., Горчаков Г.И., Козлов В.В. и др. Строительные материалы. АСВ, М., 2000.
2. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. М., Стройиздат, 1986.
3. Еремин Н.Ф. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов. М., Высшая
школа, 1986.
4. Козлов В.В. Сухие строительные смеси. М., АСВ, 2000.
5. Москвин М.В. и др. Коррозия бетонов, методы их защиты. М., Стройиздат, 1980.
6. Попов К.Н, Каддо М.Б., Кульков О.В. Оценка качества строительных материалов. М., АСВ,
1999.
7. Рахимов Р.З., Шиганов Г.Ф. Современные кровельные материалы. Казань, ЦИТ, 2001.
8. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. М., Высшая школа, 2002.
9. Стройиндустрия и промышленность строительных материалов. Энциклопедия, М., Стройиздат, 1996.
10. Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе. М.,
Высшая школа, 2000.
11. Хрулев В.М. Технология и свойства композиционных материалов для строительства. Уфа,
ТАУ, 2001.
12. Горшков В. С., Савельев В.Г., Федоров Н. Ф. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений.- М.: Высшая школа, 1988. – 400 с.
13. Бабушкин В.И., Матвеев Г.М., Мчедлов-Петросян О.П. Термодинамика силикатов. - М.: Стройиздат, 1986. – 408.
14. Шаскольская М.П. Кристаллография: Учеб. для втузов. - М.: Высш. шк., 1976. - 391с.
15.Филатов С. К. Высокотемпературная кристаллохимия. Теория, методы и результаты исследований. - Л.: Недра, 1990. - 288 с.
16.Ковтуненко П. В. Физическая химия твердого тела. Кристаллы с дефектами. - М.: Высш. шк.,
1993. – 352 с.
17.Урьев Н. Б. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов. - М.:
Химия, 1988. - 256 с.
18.Сулименко Л.М., Тихомирова И.А. Основы технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. - М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2000. - 248 с.
19.Химическая технология керамики и огнеупоров / П. П. Будников, В. Л. Балкевич, А. С. Бережной, И. А. Булавин, Г. В. Куколев, Д. Н. Полубояринов, Р. Я. Попильский. - М.: Стройиздат,
1972. - 552 с.
20.Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В., Химическая технология вяжущих веществ. - М.:
Высш. шк., 1980. - 472 с.
21.Химическая технология стекла и ситаллов. Под ред. Павлушкина Н.М. - М.: Стройиздат,
1983. - 432 с.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Специализированная аудитория – моноблок Daewoo, аудиомагнитофон Samsung, аудио- и
видеозаписи.
Специализированная лекционная – компьютер на базе Sempron 2200, проектор LG DLP,
экран, презентации лекций.
Компьютерный класс с пакетами прикладных программ;
Лаборатория микроструктуры вещества (Дифрактометры, спектрометры);
Лаборатория экспериментальных стендов;
Химико-аналитическая лаборатория и лаборатория испытаний качества строительных материалов.