Zakład planuje produkcję 1000 kg tlenku glinu metodą Bayera: boksyt jest kruszony, prażony i mielony, ługowany 50-procentowym roztworem NaOH w autoklawach, a z roztworu glinianu sodu wytrąca się Al(OH)₃, który po kalcynacji daje Al₂O₃. Trzeba sporządzić kartę technologiczną procesu, policzyć zapotrzebowanie na rudę i roztwór wodorotlenku sodu, opisać schemat blokowy, wpisać parametry w punktach kontroli i dobrać środki ochrony indywidualnej z karty charakterystyki tlenku glinu.
Model „d”, czyli dokumentacja na papierze. Zdający wpisuje ręcznie do tabel wydrukowanych w arkuszu nazwy procesów, operacji i aparatów, równania reakcji, wartości parametrów, obliczenia i środki ochrony indywidualnej. W podglądzie tłem jest strona arkusza, wpisy zdającego są granatowe i odręczne, a pola wpisane w bieżącym kroku są podświetlone na żółto. Kroki idą za kolejnością tabel w arkuszu, a w obrębie tabeli - za kryteriami klucza.
Skąd brać odpowiedzi. Prawie wszystko jest w arkuszu: opis procesu (równania, parametry, aparaty), wykaz danych technologicznych (masy molowe, gęstości, wydajność), schematy i wyciąg z karty charakterystyki. Obliczenia policzyłem w skrypcie i porównałem z kluczem oceniania CKE; zaokrąglam tak, jak każe arkusz, i do kolejnego etapu biorę wynik już zaokrąglony. Wpisy słowne są sprawdzone z tekstem kryteriów klucza. Indeksy we wzorach piszę jako indeksy dolne (H₂O) - na egzaminie tak samo, odręcznie.
To jedno z możliwych rozwiązań: w tabeli 3 klucz przyjmuje kilka nazw tej samej operacji (np. „Rozdrabnianie” albo „Kruszenie”), a obliczenia można prowadzić proporcją albo wzorem - liczy się wynik zaokrąglony tak, jak każe arkusz.
Jak liczą się punkty. Klucz ma 35 kryteriów w 5 rezultatach, każde za 1 punkt. Próg zdania części praktycznej to 75%, czyli 27 punktów - można stracić 8 kryteriów i nadal zdać. Najwięcej punktów (10) daje tabela 3 z nazwami operacji na schemacie blokowym.
Kroki 1-5 · po tym etapie masz 9 z 35 kryteriów (pkt)
Sporządź kartę technologiczną procesu otrzymywania tlenku glinu – uzupełnij tabelę 1.
Proces nazywam od produktu: Otrzymywanie tlenku glinu. Opis podaje nazwę metody wprost - to „metoda mokra wprowadzona przez Bayera”, więc w pozycji 2 wpisuję mokra Bayera (klucz przyjmuje też samo „Bayera” albo „mokra”).
Sporządź kartę technologiczną procesu otrzymywania tlenku glinu – uzupełnij tabelę 1.
Ługowanie to reakcja tlenku glinu z boksytu z wodorotlenkiem sodu w autoklawie - powstaje rozpuszczalny glinian sodu. Przepisuję równanie z opisu procesu: Al₂O₃ + 2 NaOH → 2 NaAlO₂ + H₂O. Równanie krzemionki z metakrzemianem sodu to reakcja uboczna oczyszczania roztworu, nie ługowanie tlenku glinu.
Pominięcie współczynników (2 NaOH, 2 NaAlO₂) albo wpisanie równania z krzemianem - równanie musi być zbilansowane.
Sporządź kartę technologiczną procesu otrzymywania tlenku glinu – uzupełnij tabelę 1.
Po rozcieńczeniu i ochłodzeniu roztworu do 30 °C glinian sodu rozkłada się z wydzieleniem wodorotlenku glinu: NaAlO₂ + 2 H₂O → NaOH + Al(OH)₃. Powstający NaOH wraca z roztworem do ługowania kolejnych partii boksytu.
Sporządź kartę technologiczną procesu otrzymywania tlenku glinu – uzupełnij tabelę 1.
W piecu obrotowym w około 1100 °C wodorotlenek glinu traci wodę: 2 Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3 H₂O. Bilans: 2 atomy Al, 6 atomów O i 6 atomów H po obu stronach.
Sporządź kartę technologiczną procesu otrzymywania tlenku glinu – uzupełnij tabelę 1.
Pozycje 4 ÷ 7 przepisuję z wykazu danych technologicznych: zawartość tlenku glinu w rudzie 55 % masowych, masa produktu 1000 kg, stężenie roztworu NaOH 50 % masowych i wydajność procesu 95 %. Jednostki są w nagłówkach wierszy, więc wpisuję same liczby.
Kroki 6-11 · po tym etapie masz 15 z 35 kryteriów (pkt)
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, oblicz zapotrzebowanie na surowce do produkcji 1000 kg tlenku glinu – uzupełnij tabelę 2.
Ruda zawiera 55% Al₂O₃, więc 1000 kg tlenku glinu to 55% szukanej masy rudy. Z proporcji: 1000 · 100 / 55 = 1818,18 kg, po zaokrągleniu do liczb całkowitych 1818 kg.
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, oblicz zapotrzebowanie na surowce do produkcji 1000 kg tlenku glinu – uzupełnij tabelę 2.
Przy wydajności 95% trzeba wprowadzić więcej rudy, czyli dzielę przez 0,95 (nie mnożę). Arkusz każe brać wynik zaokrąglony z poprzedniego etapu: 1818 / 0,95 = 1913,68 → 1914 kg.
Pomnożenie przez 0,95 (wychodzi 1727 kg) - mniejsza wydajność oznacza większe zużycie surowca.
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, oblicz zapotrzebowanie na surowce do produkcji 1000 kg tlenku glinu – uzupełnij tabelę 2.
Z równania ługowania 1 kmol Al₂O₃ (102 kg) reaguje z 2 kmol NaOH (2 · 40 = 80 kg). Dla 1000 kg Al₂O₃: 1000 · 80 / 102 = 784,31 → 784 kg NaOH. Masy molowe biorę z wykazu danych arkusza.
Pominięcie współczynnika 2 przy NaOH - wynik wychodzi o połowę za mały (392 kg).
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, oblicz zapotrzebowanie na surowce do produkcji 1000 kg tlenku glinu – uzupełnij tabelę 2.
Roztwór 50-procentowy zawiera połowę masy czystego NaOH, więc masa roztworu jest dwa razy większa: 784 · 100 / 50 = 1568 kg.
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, oblicz zapotrzebowanie na surowce do produkcji 1000 kg tlenku glinu – uzupełnij tabelę 2.
Objętość liczę z gęstości roztworu 50-procentowego (1525 kg/m³): V = m / d = 1568 / 1525 = 1,028 m³, po zaokrągleniu do dwóch miejsc po przecinku 1,03 m³.
Pomnożenie masy przez gęstość zamiast dzielenia - jednostka wyniku od razu to zdradza (kg²/m³).
Korzystając z zamieszczonego wykazu danych technologicznych, oblicz zapotrzebowanie na surowce do produkcji 1000 kg tlenku glinu – uzupełnij tabelę 2.
Przy wydajności 95% potrzeba proporcjonalnie więcej roztworu: 1,03 / 0,95 = 1,084 → 1,08 m³. Ten sam wynik daje droga przez masę: 1568 / 0,95 = 1650,53 kg, a 1650,53 / 1525 = 1,082 m³ → 1,08 m³.
Kroki 12-16 · po tym etapie masz 25 z 35 kryteriów (pkt)
Na podstawie opisu procesu technologicznego otrzymywania tlenku glinu oraz schematu wytwarzania tlenku glinu metodą Bayera, uzupełnij opis schematu blokowego procesu – tabela 3.
Schemat blokowy idzie za opisem procesu i za rysunkiem A (łamacz 1, piec prażalniczy 2). Surowy boksyt najpierw „po wstępnym rozdrobnieniu w łamaczach” - blok A: Rozdrabnianie, potem jest prażony w 450 °C - blok B: Prażenie.
Na podstawie opisu procesu technologicznego otrzymywania tlenku glinu oraz schematu wytwarzania tlenku glinu metodą Bayera, uzupełnij opis schematu blokowego procesu – tabela 3.
Prażony boksyt miele się w młynach kulowych - blok C: Mielenie. Do bloku D dochodzi 50-procentowy roztwór NaOH i zawrócony roztwór z zagęszczania - to autoklaw, w którym zachodzi Ługowanie.
Na podstawie opisu procesu technologicznego otrzymywania tlenku glinu oraz schematu wytwarzania tlenku glinu metodą Bayera, uzupełnij opis schematu blokowego procesu – tabela 3.
Po rozprężeniu do zawiesiny dodaje się „wodę z płukania szlamu” - blok E: Rozcieńczanie (do podwójnej objętości). Z bloku F odchodzi szlam czerwony wydzielany „przez odstanie w odstojnikach” - Odstawanie (odstojnik 6 na rysunku A).
Na podstawie opisu procesu technologicznego otrzymywania tlenku glinu oraz schematu wytwarzania tlenku glinu metodą Bayera, uzupełnij opis schematu blokowego procesu – tabela 3.
Resztę szlamu oddziela się w filtrach - blok G: Filtracja (filtr 7). Do bloku H dodaje się zarodki krystalizacji, a roztwór chłodzi się do 30 °C i wytrąca Al(OH)₃ - Krystalizacja (klucz przyjmuje też „Wytrącanie”).
Na podstawie opisu procesu technologicznego otrzymywania tlenku glinu oraz schematu wytwarzania tlenku glinu metodą Bayera, uzupełnij opis schematu blokowego procesu – tabela 3.
Z bloku I wraca roztwór NaOH do zagęszczania, więc tu rozdziela się zawiesinę Al(OH)₃: „poddaje się dekantacji i filtracji” - Dekantacja i filtracja. Ostatni blok przed produktem Al₂O₃ to piec obrotowy - Kalcynacja.
Przesunięcie nazw o jeden wiersz (np. pominięcie bloku „Rozprężanie”, który jest już nadrukowany) - każdy wiersz to osobny punkt.
Kroki 17-19 · po tym etapie masz 31 z 35 kryteriów (pkt)
Wskaż wartości parametrów procesowych w punktach kontroli – uzupełnij tabelę 4.
Boksyt jest prażony „w piecach prażalniczych w temperaturze 450 °C” - jednostka jest już w tabeli, wpisuję samą liczbę.
Wskaż wartości parametrów procesowych w punktach kontroli – uzupełnij tabelę 4.
Opis podaje optymalne warunki ługowania: temperatura 200 °C, ciśnienie 0,8 MPa, czas reakcji 4÷5 godzin. Czas jest zakresem, więc wpisuję go jako zakres - tak jak w opisie i w kluczu.
Wskaż wartości parametrów procesowych w punktach kontroli – uzupełnij tabelę 4.
Roztwór kierowany do wytrącania Al(OH)₃ chłodzi się powietrzem do 30 °C, a kalcynację w piecu obrotowym prowadzi się w około 1100 °C.
Wpisanie 450 °C (prażenie boksytu) w wierszu pieca obrotowego - to dwa różne piece.
Kroki 20-21 · po tym etapie masz 35 z 35 kryteriów (pkt)
Korzystając z zamieszczonego wyciągu z karty charakterystyki substancji – tlenku glinu, wypisz środki ochrony indywidualnej dla pracowników mających styczność z gotowym produktem – uzupełnij tabelę 5.
Środki ochrony indywidualnej są w sekcji 8.2.2 karty charakterystyki. Oczy: gogle ochronne lub szczelne okulary ochronne. Ręce: rękawice ochronne odporne na działanie chemikaliów wykonane z gumy nitrylowej. Sekcja 4 (pierwsza pomoc) nie odpowiada na to pytanie.
Korzystając z zamieszczonego wyciągu z karty charakterystyki substancji – tlenku glinu, wypisz środki ochrony indywidualnej dla pracowników mających styczność z gotowym produktem – uzupełnij tabelę 5.
Ciało: odzież ochronna. Drogi oddechowe przy pyleniu: aparat oddechowy zaopatrzony w filtropochłaniacz P1 (klasa P oznacza filtr przeciwpyłowy - tlenek glinu jest ciałem stałym).
Wpisanie „odpowiedniego obuwia” w wierszu ochrony ciała zamiast odzieży ochronnej - karta podaje je jako inne środki ochrony skóry.
Symulacja ekranu w przeglądarce - w Android Studio / Visual Studio wygląd może się nieco różnić.
To jedno z możliwych rozwiązań. Egzaminator ocenia spełnienie kryteriów z klucza odpowiedzi, a nie zgodność z tym rozwiązaniem - inna, poprawna droga też daje punkty.
Autor rozwiązania: Bartosz Bryniarski. Licencja CC BY-NC 4.0 - kopiowanie i przeróbki do celów niekomercyjnych, z podaniem autora i źródła (link do tej strony) (zasady wykorzystania). Treść arkusza i klucza oceniania pochodzi z CKE.