Форма урока: деловая игра.
Задачи урока:
Образовательные:
- изучить свойства нефти, ее состав;
- дать представление о способах ее переработки, о применении продуктов нефтепереработки;
- ознакомить учащихся с понятиями: крекинг, ректификация, риформинг, ароматизация углеводородов, детонационная стойкость бензина, октановое число.
Развивающая:
- развивать учащихся умение самостоятельно мыслить, умение видеть главное;
- анализировать достижения химической науки в данной области.
Для подготовки данного урока нужно заранее распределить роли среди учащихся: директора завода, начальника отдела научно-технической информации, главного экономиста, экскурсовода музея, инспектора по охране окружающей среды, технолога и раздать им материал для выступлений перед “прессой”.
Оставшиеся учащиеся класса исполняют роли прессы – представители радио, телевидения, газет (некоторым из них тоже нужно раздать вопросы, которые они должны задать “ведущим специалистам” предприятия).Роль ведущего исполняет учитель.
Записи, которые будут делать “специалисты” на доске, а “пресса” в тетради можно сделать заранее на мультимедиа и показать (тогда сохранится время и не надо будет записывать на доске). Хорошо бы сделать всем участникам таблички с их именами и названием должности.
ХОД УРОКА
Ведущий: Сегодня на нашей пресс-конференции присутствуют представители прессы, телевидения, радио. Провести ее мы решили несколько необычно, непосредственно на нашем нефтехимическом предприятии, в цехах, музее нашего завода. Товарищи корреспонденты, прошу приготовить ваши ручки, тетради, в которых вы по ходу выступления наших специалистов сделаете записи, чтобы потом осветить их в печати.
Перед вами выступят: директор завода, начальник отдела технической информации, главный экономист, экскурсовод нашего музея, инспектор по охране окружающей среды, технолог. В ходе их рассказа вы можете задавать вопросы, интересующие вас.
Директор:
Сначала немного истории открытия нашего предприятия. Построить его было решено из-за наличия у нас сырьевой базы. После того, как открыли месторождение нефти, ученые исследовали его запасы. Они достаточны, чтобы обеспечить нас на 200 лет. Кроме того, наш город находится в центре пересечения транспортных путей. Нашу продукцию мы отправляем по железной дороге и водной артерии нашего региона. Все вы знаете, что наш район развит энергетически, хватает здесь и трудовых ресурсов. Поэтому гораздо выгоднее производить здесь продукцию нефтехимии и вывозить ее, чем сырую нефть. Сейчас экскурсовод нашего музея расскажет вам об истории открытия нефти, о том где еще в нашей стране есть ее запасы.
Экскурсовод:
Нефть известна человеку с глубокой древности (несколько веков до нашей эры).Образующийся из выступающей на поверхности нефти смолообразный битум использовался как вяжущий строительный материал, а так же для лекарственных целей (лечили чесотку, нарывы, боль в ушах и суставах). Древние греки, римляне, китайцы использовали нефть для военных целей. Арабы в І веке до н.э. имели установки для перегонки нефти. До середины XIX века нефть добывали примитивным способом – вручную .Ее черпали из неглубоких колодцев. Первая буровая скважина начала работать в Ухте в 1855году (в Америке позднее). В начале 60-х годов XIX века от ручного способа перешли к механическому и добываемую нефть начали подвергать разгонке. В начальный период развития нефтяной промышленности главным продуктом был керосин, который применяли для освещения в керосиновых лампах. Бензин из-за опасности обращения выбрасывали(сливали в овраги, море) оставшуюся после отгонки керосина часть нефти сжигали в топках. В 80-х годах было установлено, что из нефти можно получать ароматические углеводороды. Первая в мире крекинг – установка была предложена инженером Шуховым в 1891 году. Лишь в 1912 году патент на крекинг – процесс был взят в Америке. Я объясню, что такое крекинг (записывает на доске слово и его значение, если можно- запись на мультимедиа) Крекинг – процесс расщепления углеводородов с длинной цепью на углеводороды с меньшей молекулярной массой.
С приходом советской власти уже в 1918 году Ленин подписал декреты о национализации нефтяной промышленности. Для налаживания производства правительством выделялись огромные по тем временам деньги. Осваивались новые месторождения. Это Урало-Волжский район, в 1920 году в Перми забил нефтяной фонтан. А позже были открыты месторождения в западной Сибири – Самотлорское (показать по карте).
Директор: Так что же такое нефть? Послушайте сообщение начальника научно-технической информации.
Начальник НТИ: Сырая нефть – маслянистая жидкость, легче воды и не растворяющаяся в ней (показать!) от светло-коричневого до черного цвета. У нее различен не только цвет, но и запах, а также вязкость. По составу нефть – сложная смесь, главной частью которой являются парафиновые, циклопарафиновые и ароматические углеводороды. (На доске или мультимедиа: 1 – Нефть – смесь парафиновых, циклопарафиновых и ароматических углеводородов. 2 – Нефти, содержащие большое количество парафиновых углеводородов, называют парафиновыми. К ним относится грознинская нефть. 3 – Нефти, богатые циклопарафинами – нафтеновые – башкирская нефть. Нефти, богатые ароматическими углеводородами – уральские.
Нефть очень ценное горючее, обладающее высокой теплотворной способностью. Из 1 кг нефти выделяется при ее сгорании 46000 кДж.
Издавна использовали физический процесс при переработке нефти, основанный на том, что в ее составе углеводороды с разной температурой кипения. Об этом процессе расскажет технолог нашего предприятия.
Технолог: Сырую нефть очищают, освобождают от газа, воды, сернистых соединений, а далее, используя разницу в температурах кипения углеводородов, ее разделяют на фракции.
(Схема установки для фракционной перегонки нефти а так же весь нижеизложенный материал – на мультимедиа или на плакате)
Фракции: газолиновая (бензин, газолин) С5Н12 – С11Н24; температура кипения 40–200 град.
Лигроиновая С8Н18 – С14Н30 температура кипения 150–250 град.
Керосиновая С12Н26 – С18Н38 , температура кипения 180–300 град.
Дизельное топливо С13Н28 – С19Н40, температура кипения 200–250 град. Остаток перегонки нефти – мазут содержит углеводороды с числом атомов углерода от 18 до 50.Перегонкой при пониженном давлении из мазута получают соляровое масло (С18–С25), смазочные масла (С28–С38), вазелин и парафин – легкоплавкие смеси твердых углеводородов. Твердый остаток перегонки мазута – гудрон и продукты его переработки – битум и асфальт.
Вопрос прессы экономисту
Мне известно, что в Японии из 1 тонны нефти получают около 97 процентов бензина, в США около 80 а в нашей стране 50–60 процентов. Какие методы вы используете для повышения выхода бензина из нефти?
Ответ экономиста: Чтобы повысить выход бензина, мы прибегаем ко вторичным процессам нефтепереработки, то есть переработке не самой нефти, а фракций, полученных в результате ее первичной переработки. Этот процесс, как уже говорили, называется крекинг. Виды крекинга – термический, где нефтепродукты пропускают через трубчатую печь, где нагревают, например мазут до температуры 470–550 градусов под давлением в несколько мегапаскалей (чтобы углеводороды оставались возможно в жидком состоянии
Химические реакции, которые при этом происходят:
С16Н34 —> С8Н18 + С8Н14; С8Н18 —> С4Н10 + С4Н8; С4Н10 —> С2Н6 + С2Н4; С4Н10 —> С3Н6 + СН4
Гексаденан октан октен ( эти уравнения – на мультимедиа)
Бензин термического крекинга существенно отличается от бензина прямой перегонки тем, что содержит непредельные углеводороды. Каталитический крекинг проводят в присутствии природных алюмосиликатов. Это позволяет вести процесс при несколько более низкой температуре 450-500 градусов, с большей скоростью и получать бензин более высокого качества. Сейчас на нашем производстве используется циркуляционный катализатор (на плакате или мультимедиа схема из учебника на стр.63) т.е. он постоянно регенерируется, восстанавливает свою активность. Чем выше температура крекинга, тем сильнее дробятся молекулы, тем больше образуется газов, богатых непредельными соединениями. Поэтому иногда высокотемпературный крекинг нефтепродуктов ( его называют пиролизом) осуществляют специально для получения газообразных непредельных углеводородов. Процесс в таком случае ведут при температуре 650—750 градусов. Эти углеводороды идут на синтез полиэтилена, красителей, моющих средств.
Вопрос прессы директору
Мне известно, что на нашем месторождении, совместно с залежами нефти, есть газ. Я знаю, что раньше на некоторых месторождениях этот газ сжигали. Как вы используете попутный газ?
Ответ директора: Попутный нефтяной газ несколько отличается от природного по составу. Особое название он получил потому, что находится в залежах вместе с нефтью. Он растворен в ней и находится над нефтью, образуя газовую шапку. При извлечении нефти на поверхность, он, вследствие резкого падения давления, отделяется от нее. Если в природном газе содержится больше метана, то в попутном, наряду с ним содержатся значительное количество пропана, бутана, пентана. Поэтому он чаще используется не как топливо, а идет на производство различных веществ и материалов. Да и вообще ученые всего мира работают над тем, чтобы получить другие виды топлива и энергоносителей. Ведь еще в свое время Д.И. Менделеев сказал, что топить нефтью, все равно, что топить ассегнациями.
Вопрос пресс начальнику ОТИ
Для работы моей машины я пользуюсь бензином, изготовленном на вашем предприятии. Иногда наблюдаются такие явления: появляется резкий стук в цилиндре, затем резкий хлопок, похожий на взрыв. Почему это происходит и как вы устраняете недостатки вашего бензина?
Ответ начальника НТИ: Одной из важнейших характеристик всякого бензина является его детонационная стойкость. Чтобы понять явление детонации, вспомним, как работает автомобильный двигатель внутреннего сгорания. В цилиндр двигателя засасывается смесь паров бензина с воздухом, смесь сжимается поршнем и поджигается посредством электрической искры. Образующиеся при сгорании углеводородов газы расширяются и совершают работу. Чем сильнее сжимается смесь паров бензина с воздухом, тем большую мощность развивает двигатель и тем большую мощность развивает двигатель и тем относительно меньше он расходует горючего. Не все сорта бензинов выдерживают сильное сжатие. Некоторые углеводороды при сжатии воспламеняются преждевременно и сгорают с чрезвычайно большой скоростью, со взрывом. От удара взрывной волны о поршень появляется резкий стук в цилиндре, происходит сильный износ деталей, мощность двигателя падает. Это взрывное сгорание бензина носит название детонации. Наименьшей стойкостью к детонации обладают парафины нормального строения. Углеводороды разветвленные, а так же непредельные и ароматические более устойчивы к детонации. Для количественной характеристики детонационной стойкости бензинов выработана октановая шкала. Октановое число изооктана (2,2,4-триметилпентана), обладающего высокой детонационной стойкостью, принято за 100. Чтобы повысить детонационную стойкость бензина, мы подвергаем его ароматизации. Этот процесс называется риформингом (на мультимедиа или на доске записать: Процесс ароматизации бензина – риформинг) Он осуществляется путем нагревания их в присутствии платинового катализатора. В этих условиях идут реакции превращения парафинов и циклопарафинов в ароматические углеводороды, вследствие чего октановое число бензинов повышается .
Вопрос прессы инспектору по защите окружающей среды
Какие задачи стоят перед вашим предприятием, чтобы обеспечить безаварийную работу, а так же качественную очистку выбросов, чтобы избежать загрязнения окружающей среды?
Ответ инспектора: На нашем предприятии построен пруд, в котором отходы нефтепереработки и другие органические соединения разрушаются микроорганизмами. С целью очистки газообразных продуктов, которые выхлапываются в атмосферу, их подвергают гидроочистке – нагреванию на катализаторе в присутствии водорода. За исправностью оборудования постоянно следят работники нашего предприятия. Но все же мы стремимся к безотходному производству, чтобы все продукты приносили пользу людям.
Для этого нужно поднять уровень науки и технологии. Важную роль в этом должны сыграть вы, представители прессы, пропагандируя интерес к знаниям, науке.
Ведущий: Благодарю всех участников нашей пресс-конференции. Сейчас вам будет предложен фильм о нефти и ее переработке. (Если имеется, то можно показать для закрепления материала, если нет – подвести итог урока)