Химическая технология органических веществ и топлив (ХТм)

Министерство образования и науки Российской Федерации
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
УТВЕРЖДАЮ:
И. О. ректора ИрГТУ
__________ А. Д. Афанасьев
__________________2014г.
ПРОГРАММА
вступительных испытаний
для поступающих в магистратуру ИрГТУ
Направление подготовки магистра: 18.04.01 (240100) – Химическая
технология
Магистерская программа: Химическая технология органических
веществ и топлив
Иркутск – 2014
МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ ЭКЗАМЕН
Дисциплина: «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ
ТЕХНОЛОГИИ ТОПЛИВ И УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ»
Введение
Тема 1.
Значение природных энергоносителей и УМ в энергетике,
химической и др. отрасли промышленности.
Тема 2.
Отдельные
типы
природных
энергоносителей
в
соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса.
Раздел № 1.
Структурно-групповой состав нефти.
Тема 1.
Алканы: физико-химические свойства алканов, в том числе
образование клатратных соединений углеродных газов, комплексы с
мочевиной и тиомочевинной. Распределение по фракциям. Влияние алканов
по эксплуатационной характеристике топлив и масел.
Тема 2.
Циклоалканы: Физико-химические свойства. Распределение
по
фракциям.
Влияние
на
эксплуатационные
характеристики
нефтепродуктов.
Тема 3.
Арены и гибридные соединения нефти. Физико-химические
свойства. Распределение по фракциям. Влияние на эксплуатационные
характеристики нефтепродуктов.
Тема 4.
Алкены, образующиеся при нефтепереработке. Свойства.
Выделение и идентификация. Влияние на эксплуатационные характеристики
топлив.
Тема 5. Серосодержащие соединения нефти. Физико-химические
свойства. Распределение по фракциям. Влияние на эксплуатационные
характеристики нефтепродуктов. Методы очистки нефтепродуктов от
сернистых соединений.
Тема 6. Кислородсодержащие соединения нефти. Физико-химические
свойства. Распределение по фракциям. Влияние на эксплуатационные
характеристики нефтепродуктов. Методы очистки нефтепродуктов от
кислородсодержащих соединений.
Тема 7. Азотсодержащие соединения нефти. Физико-химические
свойства. Распределение по фракциям. Влияние на эксплуатационные
характеристики нефтепродуктов. Методы очистки нефтепродуктов от
азотистых соединений.
Тема 8. Смолисто-асфальтеновые соединения нефти. Влияние на
катализаторы, оборудование, экологию и т.д. Методы очистки
нефтепродуктов от смолисто-асфальтеновых соединений.
Тема 9.
Металлсодержащие гетероатомные соединения нефти.
Физико-химические свойства. Распределение по фракциям. Влияние на
переработку, на катализаторы, оборудование.
Тема 10. Минеральные компоненты нефти. Состав. Влияние на
переработку, на катализаторы, оборудование. Методы обессоливания нефти.
2
Раздел № 2. Классификация
переработки природных энергоносителей.
физико-химических
процессов
Литература
1. Вержичинская, С. В. Химия и технология нефти и газа / С. В.
Вержичинская, Н. Г. Дигуров, С. А. Синицин . – М.: ФОРУМ, 2007. – 399 с.
2. Леффлер, У.Л. Переработка нефти : пер. с англ. : для вузов по хим.технол. специальностям / У. Л. Леффлер. – 2-е изд., пересмотр . – М.: Олимпбизнес, 2007. – 223 с.
3. Магарил, Р. З. Теоретические основы химических процессов переработки
нефти / Р. З. Магарил . – М.: Кн. дом «Ун-т», 2010. – 278 с.
4. Смидович, Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного
сырья и переработка углеводородных газов : учеб. для вузов по
специальности «Химическая технология переработки нефти и газа» / Е. В.
Смидович. – Изд. 4-е, стер . – Москва: Альянс, 2011. – 328 с.
Дисциплина: «ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ»
Раздел № 1. Оксид углерода и синтез-газ
Оксид углерода и синтез-газ, их технические свойства. Каталитическая
конверсия углеводородов: научные основы. Очистка синтез-газа.
Термическая конверсия углеводородов. Получение синтез-газа газификацией
каменного угля. Производство синтез-газа разного состава. Получение
концентрированного оксида углерода. Получение водорода.
Раздел № 2. Синтезы на основе оксида углерода
Синтезы из оксида углерода и водорода. Катализ и научные основы
синтеза углеводородов из СО и Н2. Перспективы процесса. Научные основы
синтеза метанола, технология производства при разном давлении.
Органический синтез на базе метанола, перспективы его развития.
Процесс оксосинтеза. Химия, катализ процесса оксосинтеза.
Синтез карбоновых кислот и их производных. Химические основы,
катализ процесса. Производство уксусной кислоты карбонилированием
метанола. Гидрокарбонилирование олефинов. Перспективы применения СО
и Н2 в органическом синтезе.
3
Раздел № 3. Процессы дегидрирования и гидрирования
Значение процессов дегидрирования и гидрирования. Научные основы
процессов, их катализ и селективность. Дегидрирование вторичных спиртов,
получаемые продукты. Производство формальдегида дегидрированием и
окислительным
дегидрированием
метанола.
Сравнение
методов.
Дегидрирование алкилароматических соединений. Технология производства
стирола. Дегидрирование парафинов и олефинов. Основные закономерности
и технология дегидрирования парафинов С4-С5 в олефины; дегидрирование
олефинов С4-С5 в диены. Окислительное дегидрирование. Одностадийное
дегидрирование парафинов в диены.
Химия, катализ и основные закономерности реакций гидрирования
углеводородов этиленового ряда; гидрирование ацетиленовых и
ароматических углеводородов.
Химия, катализ и научные основы гидрирования кислородсодержащих
соединений. Гидрирование альдегидов и кетонов. Гидрирование
алифатических карбоновых кислот и сложных эфиров. Гидрирование
ароматических кислородсодержащих соединений.
Раздел № 4. Процессы алкилирования
Классификация процессов алкилирования. Алкилирующие агенты и
катализаторы, алкилирование парафинов, назначение этих процессов, химия
и теоретические основы процесса, сырье, технология процесса: условия
проведения процесса, типы реакционных аппаратов, катализаторы.
Химия и теоретические основы алкилирования ароматических
соединений: механизм, химизм, кинетика, термодинамика, катализаторы,
побочные реакции. Переалкилирование. Технология и алкилирование
бензола олефинами. Получаемые продукты. Условия проведения процесса:
выбор соотношения исходных реагентов, условия процесса, типы
реакционных устройств. Механизм алкилирования в присутствии хлористого
алюминия. Технологическая схема алкилирования бензола олефинами.
Раздел № 5. Процессы гидролиза, гидратации, дегидратации и
этерификации
Значение процессов гидролиза, гидратации, дегидратации и
этерификации в промышленности органического синтеза для производства
спиртов, фенолов, оксидов, кислот, сложных эфиров, нитрилов и т.д.
Гидролиз и дегидрохлорирование хлорпроизводных – параллельные
нуклеофильные процессы замещения и отщепления. Способы регулирования
селективности этих процессов. Технологи производства хлоролефинов и αоксидов. Производство спиртов и фенолов щелочным гидролизом. Методы
производства фенола. Хлорные и бесхлорные методы производства
глицерина.
4
Механизм процессов гидратации и дегидратации. Катализаторы.
Технология процессов гидратации олефинов. Получаемые спирты.
Технология и катализаторы гидратации ацетилена.
Процессы этерификации. Механизм, кинетика, термодинамика этих
процессов. Технологические варианты проведения процессов этерификации.
Наиболее важные сложные эфиры и их применение. Гидролиз и
этерификация нитрилов. Производство метилметакрилата. Дегидратация
амидов и гидратация нитрилов.
Литература
1. Тимофеев, В. С. Принципы технологии основного органического и
нефтехимического синтеза : учеб. пособие по направлению «Хим. технология
и биотехнология» / В. С. Тимофеев, Л. А. Серафимов, А. В. Тимошенко. –
Изд. 3-е, перераб. и доп. . – М.: Высш. шк., 2010. – 406 с.
2. Лебедев, Н. Н. Химия и технология основного органического и
нефтехимического синтеза : учеб. для студентов химико-технологических
специальностей вузов / Н. Н. Лебедев. – 4-е изд., перераб. и доп. . – Москва:
Альянс, 2013. – 587 с.
ПРОФИЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Магистерская программа:
«Химическая технология органических веществ и топлив»
Дисциплина:
«ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ»
Тема №1. Основы теории переноса количества движения, теплоты, массы.
Теория физического и математического моделирования. Предмет и задачи
дисциплины. Классификация основных процессов химической технологии.
Уравнение переноса количества движения, теплоты, массы. Уравнения
материального и теплового балансов. Понятие физического и
математического моделирования.
Тема №2. Общие вопросы прикладной гидравлики. Гидромеханические
процессы. Гидростатика. Дифференциальные уравнения равновесия Эйлера.
Основное уравнение гидростатики и его практическое применение.
Гидродинамика. Дифференциальные уравнения движения Эйлера, НавьеСтокса. Уравнение Бернулли и его практическое применение. Основы теории
подобия, гидродинамическое подобие. Принципы моделирования.
Гидравлические сопротивления в трубопроводах и аппаратах. Движение тел
в жидкостях. Движение жидкостей через неподвижные слои зернистых
материалов. Гидродинамика псевдоожиженных слоев зернистых материалов.
Барботаж газа. Пленочное течение жидкостей.
5
Тема №3. Перемешивание в жидких средах. Пневматическое и
механическое перемешивание. Перемешивание с помощью сопел и насосов.
Устройство мешалок. Перемещение жидкостей. Классификация насосов,
основные параметры насосов. Напор насоса и высота всасывания.
Поршневые, центробежные насосы, насосы других типов. Совместная работа
насоса и трубопроводной сети, определение рабочих точек насоса.
Тема №4. Разделение неоднородных (гетерогенных) систем. Отстаивание,
скорость свободного и
стесненного осаждения. Отстойники.
Центрифугирование. Центробежная сила и фактор разделения. Устройство и
расчет центрифуг. Фильтрование, способы фильтрования. Фильтровальные
перегородки. Устройство и расчет фильтров. Гравитационная очистка газов.
Очистка газов под действием центробежных сил. Очистка газов
фильтрованием
Тема №5. Теплообменные процессы. Основы теории теплообменных
процессов. Способы передачи теплоты. Движущая сила теплообменных
процессов. Тепловые балансы. Уравнения теплоотдачи и теплопередачи.
Коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи.
Тема №6. Передача тепла теплопроводностью. Уравнения Фурье,
коэффициент
теплопроводности.
Теплопроводность
плоских,
цилиндрических и сферических стенок. Конвективный теплообмен. Тепловое
излучение. Законы теплового излучения. Теплопередача через плоские и
цилиндрические стенки. Расчет коэффициента теплопередачи. Средняя
разность температур теплоносителей.
Тема №7. Нагревание водой, водяным паром и высокотемпературными
теплоносителями Охлаждение до обыкновенных и низких температур.
Конденсация паров. Кипение жидкостей. Устройство и расчет
теплообменных аппаратов.
Тема №8. Выпаривание. Способы выпаривания. Однокорпусные выпарные
установки. Материальный и тепловой балансы, расчет поверхности нагрева.
Полезная разность температур, температурные потери. Многокорпусные
выпарные установки (МВУ). Материальный и тепловой балансы МВУ.
Общая (суммарная) полезная разность температур в МВУ и ее распределение
по корпусам. Устройство и расчет выпарных установок.
Тема №9. Массообменные процессы. Основы теории массопередачи.
Классификация массообменных процессов. Фазовое равновесие, равновесная
линия. Материальный баланс массообменного аппарата. Уравнение рабочей
линии. Молекулярная и конвективная диффузия. Законы Фика. Модели
процессов массопередачи. Подобие процессов массопереноса. Уравнения
массоотдачи и массопередачи, коэффициенты массоотдачи и массопередачи.
Движущая сила массопередачи. Число единиц переноса и высота единицы
переноса. Понятие теоретической тарелки. Расчет основных размеров
массообменных аппаратов.
Тема №10. Абсорбция. Равновесие между фазами при абсорбции.
Материальный и тепловой баланс процесса. Уравнение рабочей линии.
6
Расход абсорбента. Устройство и режимы работы абсорбционных аппаратов.
Расчет насадочных и тарельчатых абсорберов.
Тема №11. Дистилляция и ректификация. Равновесие в системах жидкостьпар. Закон Рауля, идеальные, реальные и азеотропные смеси. Дистилляция,
принципиальная схема и материальный баланс. Непрерывно и периодически
действующие ректификационные установки. Материальный баланс,
уравнения рабочих линий. Минимальное и действительное флегмовое число.
Тепловой
баланс
ректификационной
колонны.
Ректификация
многокомпонентных смесей. Устройство и расчет ректификационных
колонн.
Тема №12. Жидкостная экстракция. Равновесие в системе жидкостьжидкость.
Треугольная
диаграмма.
Одноступенчатая
экстракция,
материальный баланс. Многоступенчатая противоточная экстракция,
материальный баланс. Устройство экстракторов. Выбор экстрагента. Схема
экстракционных установок.
Литература
1
Комиссаров Ю.А. и др. Процессы и аппараты химической
технологии. – М.: Химия, 2011. -1230 с.
2
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической
технологии. 9-е изд. – М.: ООО «ИД Альянс», 2009. –753 с.
3
Павлов К. Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по
курсу процессов и аппаратов химической технологии. –М: Альянс, 2006. –
576 с.
4
Ульянов Б.А. и др. Процессы и аппараты химической технологии.
В примерах и задачах. Уч. Пособие. –Ангарск, 2006. –903с.
7
8