Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών

Γλυκερία Κακάλη, Χρήστος Αργυρούσης

Περιεχόμενο μαθήματος

  • Εισαγωγή - Ορισμοί – Μέτρηση υψηλών θερμοκρασιών - Κεραμικά (Γενικές έννοιες)
  • Θερμοδυναμική και ισορροπία φάσεων. Ορισμοί. Κανόνας των φάσεων. Συστήματα ενός συστατικού. Διμερή συστήματα. Τρόποι και μεθοδολογίες σύνταξης διαγραμμάτων φάσεων. Τριμερή διαγράμματα. Φάσεις και αντιδράσεις σε κατάσταση μη ισορροπίας.
  • Τεχνολογικές εφαρμογές και μελέτες περιπτώσεων. Γυαλί. Πυρίμαχα. Τσιμέντο. Παραδοσιακά κεραμικά.
  • Διαδικασίες σε υψηλές θερμοκρασίες. Χημεία ατελειών. Διάχυση και μέθοδοι προσδιορισμού συντελεστών διάχυσης. Πυρήνωση – Ανάπτυξη κόκκων. Πυροσυσσωμάτωση. Υαλοποίηση. Χημικές αντιδράσεις.
  • Κυψέλες καυσίμου υψηλών θερμοκρασιών (SOFC, MCFC, Proton conducting ceramic fuel cells)

Μαθησιακοί στόχοι

Αντικείμενο του μαθήματος «Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών» του 8ου εξαμήνου αποτελούν η περιγραφή των φυσικοχημικών μεταβολών κατά τη διάρκεια κατεργασίας των υλικών σε υψηλές θερμοκρασίες, η μελέτη των μεταβολών στη δομή και στις ιδιότητες καθώς και οι μελέτες περιπτώσεων.

Προτεινόμενα συγγράμματα

  1. X. Φτίκος, Επιστήμη και Τεχνική Κεραμικών, Αθήνα, 1997 
  2. Γ. Κακάλη, Β. Ρηγοπούλου, Σημειώσεις από τις παραδόσεις του μαθήματος 
  3. Συλλογική έκδοση, ∆ιαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών, Εργαστηριακές ασκήσεις, ΕΜΠ, 
  4. Γ. Κακάλη, ∆ιαγράμματα ισορροπίας φάσεων. Ασκήσεις

Βιβλιογραφία

  1. Introduction to phase equilibria in ceramics, C.G. Bergeron, S.H. Risbud, American Ceramic Society, USA, 1984. 
  2. The Science and Engineering of Materials, D.R. Askeland, Chapman&Hall, London, 1988. 
  3. Principles of phase equilibria, F. E. W. Wetmore and D. J. LeRoy, McGraw-Hill Book Company, New York, 1951. 
  4. Models for thermodynamic and phase equilibria calculations, Marcel Dekker Inc., USA, 1993. 
  5. Materials science and engineering : an introduction, William D. Callister, Edition 5th, John Wiley and Sons, USA, 2000. 
  6. Cement chemistry, H. F. W. Taylor, Edition 2nd, Thomas Telford, London, 1997. 
  7. The chemistry of cement and concrete, F. M. Lea, Edition 3rd, Chemical Publishing Company Inc., New York, 1971. 
  8. The technology of glass and ceramics : an introduction, Jan Hlavac, Elsevier Scientific Pub. Co., Amsterdam, 1983. 
  9. Silicate melts, Sharon L., Webb Publication, Berlin, 1997. 
  10. Phase diagrams and ceramic processes, Anna E. McHale, Chapman & Hall, Νew York, 1998.

Μέθοδοι διδασκαλίας

Το μάθημα των «Διαδικασιών Υψηλών Θερμοκρασιών» αποτελεί μάθημα της εμβάθυνσης «Ανόργανες Βιομηχανίες» που διδάσκεται στο 8ο εξάμηνο της Σχολής Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ. Η εκπαιδευτική διαδικασία περιλαμβάνει τα ακόλουθα:

Θεωρητικό Μέρος/ Διαλέξεις: Το θεωρητικό μέρος του μαθήματος καλύπτεται με διαλέξεις (3 ώρες/ εβδομάδα).

Εργαστηριακές Ασκήσεις: Επτά εργαστηριακές ασκήσεις οι οποίες διασφαλίζουν την εμβάθυνση σε ορισμένες τεχνολογίες και προϊόντα που παρουσιάζονται στην θεωρία. Οι εργαστηριακές ασκήσεις (3 ώρες την εβδομάδα) διεξάγονται σε δύο εργαστηριακούς χώρους, στο  εργαστήριο Ανόργανης και Αναλυτικής Χημείας και στο εργαστήριο Τεχνολογίας Ανοργάνων Υλών της Σχολής Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ. Οι σπουδαστές χωρίζονται σε ολιγομελείς ομάδες οι οποίες είναι υπό την εποπτεία των διδασκόντων (Μέλη ΔΕΠ) και των συνεργατών του μαθήματος (στελέχη ΕΔΙΠ, ΕΤΕΠ του Τομέα, Δρ και ΥΔ της Σχολής). Παραδίδονται ομαδικές εκθέσεις και διενεργούνται εξετάσεις κατά ομάδες.

Θέμα: Οι φοιτητές της εμβάθυνσης σε ολιγομελείς ομάδες αναλαμβάνουν από ένα θέμα που εκπονούν σε όλο το εξάμηνο υπό την καθοδήγηση μελών ΔΕΠ, ΕΔΙΠ, ΕΤΕΠ και Μεταπτυχιακών φοιτητών.

Μέθοδοι αξιολόγησης

Ο τελικός βαθμός θα προκύπτει από τη συνολική απόδοση σε αναλογία:

  • 50% εξετάσεις,
  • 30% εργαστήριο,
  • 20% βαθμολόγηση της εργασίας.

Απαραίτητη προϋπόθεση για την προαγωγή του μαθήματος είναι ο βαθμός 5 στις τελικές εξετάσεις. Η παρακολούθηση των όλων των εργαστηριακών ασκήσεων και η παράδοση όλων των εκθέσεων είναι υποχρεωτική.

Προαπαιτούμενα

Για το μάθημα αυτό απαιτούνται γνώσεις ανόργανης χημείας, φυσικοχημείας και θερμοδυναμικής.

Διδάσκοντες

 Photo Kakali

Γλυκερία Κακάλη

Καθηγήτρια

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Σχολή Χημικών Μηχανικών Ε.Μ.Π.
Τομέας: Χημικών Επιστημών 

 

Γραφείο: Α.206

Τηλέφωνο+30210772 3270

Fax: +30210772 3188

E-Mail: kakali@central.ntua.gr

 Photo Argirusis

Χρήστος Αργυρούσης

Αναπληρωτής Καθηγητής

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Σχολή Χημικών Μηχανικών Ε.Μ.Π.
Τομέας: Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών 

 

Γραφείο: Ε.403

Εργαστήριο: Δ.410

Τηλέφωνο: +30210772 2254

E-Mail: amca@chemeng.ntua.gr

Ιστοσελίδα: www.chemeng.ntua.gr/labs/limt/ca/

 

 

 

Ομάδα στόχος

Το μάθημα των «Διαδικασιών Υψηλών Θερμοκρασιών» απευθύνεται στους φοιτητές του 8ου εξαμήνου της Σχολής Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ που έχουν επιλέξει την εμβάθυνση «Ανόργανες Βιομηχανίες».

Καλωσορίσατε στο μάθημα «Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών». Μέσα στα πλαίσια του μαθήματος θα παρουσιαστούν έννοιες όπως: μέτρηση υψηλών θερμοκρασιών, θερμοδυναμική και ισορροπία φάσεων, γυαλί, πυρίμαχα, τσιμέντο, παραδοσιακά κεραμικά, διάχυση και μέθοδοι προσδιορισμού συντελεστών διάχυσης, πυρήνωση, πυροσυσσωμάτωση και κυψέλες καυσίμου υψηλών θερμοκρασιών.

Διδάσκεται στη Σχολή Χημικών Μηχανικών στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο.

Η σελίδα του μαθήματος στη Σχολή είναι η εξής: Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών.

Λέξεις Κλειδιά: Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών, Γλυκερία Κακάλη, Χρήστος Αργυρούσης, Χημικοί Μηχανικοί, ΕΜΠ, High Temperature Proccesses, Glikeria Kakali, Christos Argirusis, Chemical Engineering, NTUA, μέτρηση υψηλών θερμοκρασιών, κεραμικά, θερμοδυναμική και ισορροπία φάσεων, γυαλί, πυρίμαχα, τσιμέντο, παραδοσιακά κεραμικά, χημεία ατελειών, διάχυση, πυρήνωση, πυροσυσσωμάτωση, υαλοποίηση, κυψέλες καυσίμου υψηλών θερμοκρασιών


Κωδικός: CHEMENG116
Σχολή - Τμήμα: 5. ΧΗΜΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ » Προπτυχιακό
Πρόσβαση στο μάθημα: Ελεύθερη (χωρίς εγγραφή)
Χρήστες: 3 εγγεγραμμένοι
CC - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή
CC - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή

Θεματικές Ενότητες

Τα διαγράμματα ισορροπίας φάσεων είναι η βάση για την κατανόηση των διεργασιών που συμβαίνουν κατά τη θερμική επεξεργασία των υλικών και έχουν ευρεία εφαρμογή στην ανάπτυξη και χρήση των κεραμικών, πυριμάχων, γυαλιών, μετάλλων και κραμάτων καθώς και άλλων υλικών που παράγονται ή/και χρησιμοποιούνται σε υψηλές θερμοκρασίες. Παρόλο που στην πράξη οι σχετικές διεργασίες μπορεί να αποκλίνουν από την κατάσταση ισορροπίας, τα διαγράμματα φάσεων δίνουν πολύτιμες πληροφορίες για το σχεδιασμό, την αριστοποίηση των συνθηκών και τους περιορισμούς κατά τη παραγωγική διαδικασία και την χρήση των σχετικών υλικών. Στη ενότητα αυτή δίνονται οι βασικοί ορισμοί και περιγράφεται συνοπτικά ο τρόπος αξιολόγησης διαγραμμάτων φάσεων.

Στην ενότητα αυτή γίνεται μια προσπάθεια εμπέδωσης των βασικών εννοιών επάνω στις διεργασίες Υψηλών Θερμοκρασιών που αναπτύχθηκαν στις πρώτες ενότητες του μαθήματος, με την παρουσίαση εφαρμογών σε διάφορους τομείς της βιομηχανικής πράξης  όπου παράγονται ανόργανα υλικά όπως τα τσιμέντα, τα πυρίμαχα και τα είδη υγιεινής (παραδοσιακά κεραμικά) καθώς και το γυαλί.

Η ενότητα αυτή αφορά μόνο στο στάδιο της έψησης και της ψύξης των παραγόμενων προϊόντων θεωρώντας ότι τα υπόλοιπα στάδια της παραγωγικής διαδικασίας αναπτύσσονται στα αντίστοιχα τεχνολογικά εγχειρίδια.

Στην αρχή της εκάστοτε μελέτης περιπτώσεων, δίνεται μια πολύ περιληπτική περιγραφή ολόκληρης της παραγωγικής διαδικασίας ώστε να εξασφαλίζεται η στοιχειώδης σύνδεση με το αντικείμενο της εφαρμογής.

Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται θέματα που άπτονται στις διαδικασίες σε υψηλές θερμοκρασίες όπως είναι η διάχυση, οι διαδικασίες μετασχηματισμού των φάσεων και η διάβρωση στους χώρους υψηλών θερμοκρασιών.

Αντικείμενο της άσκησης αυτής είναι η έψηση πρώτων υλών για την παρασκευή κλίνκερ. Η πορεία της έψησης αξιολογείται με βάση το ποσοστό του CaO που παραμένει αδέσμευτο μετά από έψηση του υλικού σε διάφορες θερμοκρασίες. Παράλληλα καταγράφονται οι μεταβολές που υφίσταται το υλικό κατά την έψηση με χρήση περίθλασης ακτίνων Χ και διαφορικής θερμιδομετρικής ανάλυσης.

Σκοπός της άσκησης αυτής είναι η χρήση dilatometry για την καταγραφή της μεταβολής των διαστάσεων του γυαλιού συναρτήσει της θερμοκρασίας και η χρήση της καμπύλης που λαμβάνεται για τον προσδιορισμός χαρακτηριστικών θερμοκρασιών του γυαλιού.

Στην άσκηση αυτή πραγματοποιείται σταθεροποίηση της μονοκλινούς ζιρκονίας (ZrO2) στην κυβική φάση με προσθήκη 15 mol% CaO, και με έψηση καλά ομογενοποιημένου μίγματος των δύο οξειδίων σε κατάλληλη θερμοκρασία και για επαρκή χρόνο. Ο σχηματισμός της κυβικής σταθεροποιημένης με CaO ζιρκονίας (calcia stabilized zirconia, CSZ) πιστοποιείται με τη μέθοδο περίθλασης ακτίνων X (XRD) σε σκόνη.

Σκοπός της παρούσας άσκησης είναι η μελέτη της συμπεριφοράς σε θερμική καταπόνηση ενός δομικού στοιχείου (αργιλοπυριτικό τούβλο). Ο έλεγχος των μεταβολών κατά την θερμική επεξεργασία γίνεται με περίθλαση ακτίνων Χ και διαφορική θερμιδομετρική ανάλυση.

Σκοπός της άσκησης αυτής είναι η μελέτη του διαγράμματος ισορροπίας φάσεων του διμερούς συστήματος της πυριτίας και του υποξειδίου του νατρίου και η παρασκευή, με βάση το διάγραμμα, ευτηκτικών μιγμάτων Να2O/ SiO2.

Σκοπός της άσκησης αυτής είναι η μέτρηση του ανοικτού πορώδους μορφοποιημένης αργίλου πριν και μετά από έψηση. Παράλληλα εξετάζεται η μεταβολή του πορώδους όταν στις πρώτες ύλες προστεθούν ευτηκτικές ουσίες.

Σκοπός της άσκησης αυτής είναι η παρασκευή μεταλλικού συμπιεστού αντικειμένου με πυροσυσσωμάτωση και η μελέτη της θερμικής διαδικασίας με τη βοήθεια Οπτικού Μικροσκοπίου και μέτρησης της σκληρότητας κατά Vickers.

Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα

Ημερολόγιο

Ανακοινώσεις

  • - Δεν υπάρχουν ανακοινώσεις -