Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по УР ОмГТУ
_______А.В. Мышлявцев
«___» __________ 2013 г.
ПРОГРАММА
вступительных испытаний в форме междисциплинарного экзамена
для приема по направлению магистерской подготовки
241000.68 – «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической
технологии, нефтехимии и биотехнологии»
2013 г
1. Дисциплины, входящие в междисциплинарный экзамен
Вопросы вступительного испытания по междисциплинарному
экзамену охватывают основные положения следующих дисциплин:
- дисциплина «Физико-химия твердого тела»;
- дисциплина «Поверхностные явления»;
- дисциплина «Химия окружающей среды»;
- дисциплина «Основы промышленной экологии»;
- дисциплина «Прикладная экология» «Мониторинг объектов окружающей
среды»;
- дисциплина «Основные процессы химических производств и химическая
кибернетика»;
- дисциплина «Процессы и аппараты химической технологии».
2. Темы по разделам
Раздел «Физико-химия твердого тела»
1. Первый закон термодинамики. Его основные формулировки. Теплота.
Работа. Внутренняя энергия. Термические и калорические свойства.
2. Применение первого закона термодинамики к химическим процессам.
Термохимия. Закон Гесса. Следствия, вытекающие из закона Гесса.
Использование их для определения тепловых эффектов химических
реакций. Зависимость теплового эффекта от температуры. Закон
Кирхгофа.
3. Второй закон термодинамики. Его сущность и основные
формулировки.
Математическое
выражение
второго
закона
термодинамики. Цикл Карно. Энтропия. Статистический характер.
4. Энтропия и термодинамическая вероятность. Расчеты энтропии.
5. Абсолютное значение энтропии. Постулат Планка. Характеристические
функции
–
критерии
равновесия
систем и направления
самопроизвольных процессов.
6. Фазовые превращения I и II рода. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса.
7. Гетерогенные многокомпонентные многофазные системы. Правило фаз
Гиббса.
Физико-химический
анализ.
Однокомпонентные
и
двухкомпонентные системы. Примеры. Диаграммы состояния.
Эвтектика. Правило рычага и прямолинейного диаметра Алексеева.
8. Растворы. Общая характеристика. Равновесие: жидкий раствор –
насыщенный пар. Законы Рауля и Генри. Идеальные и предельно
разбавленные растворы.
9. Явления осмоса, криоскопии и эбулиоскопии. Количественное
описание. Определение молекулярной массы.
10. Проводники первого и второго рода. Электролиты (слабые, средние,
сильные). Электролитическая диссоциация. Теория Аррениуса. Закон
разведения Оствальда. Основные положения теории сильных
электролитов Дебая- Хюккеля- Онзагера. Электропроводность сильных
электролитов.
11. Обратимые электроды. Их классификация. Стандартные электродные
потенциалы. Ряд напряжений металлов. Гальванические элементы.
Электродвижущие силы. Их измерение. Уравнение Нернста.
Термодинамика гальванического элемента.
12. Кинетическая классификация химических реакций. Молекулярность и
порядок реакции. Зависимость скорости химической реакции от
концентрации реагирующих веществ. Закон действующих масс.
13. Элементарные химические реакции. Основные кинетические
уравнения.
Сложные
реакции
(обратимые,
параллельные,
последовательные). Общая характеристика. Зависимость скорости
реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Теория активных
столкновений Аррениуса.
14. Общие принципы катализа: катализ и химическое равновесие.
Активность и избирательность катализаторов. Катализ и скорость
химической реакции. Причины ускоряющего действия катализатора.
15. Теория гомогенного катализа (Кобозева - Шпитальского). Кислотноосновной катализ. Гетерогенный катализ. Его особенности.
Раздел «Поверхностные явления»
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Определение коллоидной химии. Классификация дисперсных систем
по:
агрегатному
состоянию,
межфазному
взаимодействию,
дисперсности.
Явления, связанные с участием коллоидных частиц в тепловом
движении. Диффузия. Броуновское движение. Его тепловая природа.
Теория Эйнштейна и Смолуховского.
Прохождение луча света через дисперсные системы. Теория рассеяния
света и уравнения Рэлея. Эффект Тиндаля.
Методы исследования коллоидных систем, основанные на явлении
рассеяния света. Нефелометрия. Турбодиметрия. Ультрамикроскопия.
Электронная микроскопия.
Адсорбция на границе раствор-газ. Поверхностное натяжение.
Строение адсорбционного слоя.
Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества.
Влияние строения и размера молекулы поверхностно-активного
вещества на адсорбцию на границе раствор - газ. Правило ДюклоТраубе.
Адсорбция на границе твердое тело – газ. Физическая и химическая
адсорбция. Опытные зависимости и количественное описание.
Уравнения равновесной изотермы мономолекулярной адсорбции:
Генри, Лэнгмюра, Фрейндлиха-Бедекера.
Уравнение изотермы полимолекулярной адсорбции (БЭТ), его анализ.
Определение удельной поверхности адсорбентов.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Капиллярная конденсация. Общая картина капиллярной конденсации
(по Зигмонди).
Адсорбция из растворов. Молекулярная и ионная адсорбция.
Ионообменная адсорбция. Ее характерные особенности. Работы Гапона
и Никольского.
Учет специфической адсорбции по Штерну. Перезарядка ДЭС.
Электрокинетический потенциал.
Объемные и весовые методы измерения адсорбции. Весы Мак-БенаБакра и «пьезокварцевые весы».
Электрокинетические явления: электроосмос, электрофорез, обратные
явления.
Строение двойного электрического слоя (ДЭС). Общая характеристика
и история развития представлений о строении ДЭС.
Строение мицелл золей. Условия устойчивости и коагуляции
коллоидов. Порог коагуляции. Критический потенциал поверхности.
Взаимная коагуляция коллоидов.
Раздел «Химия окружающей среды»
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Источники химического загрязнения и общие закономерности
распределения химических загрязняющих веществ в биосфере.
Локальные, региональные и глобальные загрязнения. Устойчивость,
трансформация и аккумуляция загрязнителей.
Физико-химические процессы в атмосфере. Строение и состав
атмосферы. Атмосферная пыль и аэрозоли, их классификация,
источники образования и характеристика. Загрязнители атмосферы и
тепловой режим планеты.
Поведение газов в атмосфере. Оксид углерода (II) и оксид углерода
(IV). Источники образования, химическое и биохимическое равновесие
оксида углерода (IV). Парниковые газы. Парниковый эффект и его
последствия для окружающей среды.
Озон. Озоновый слой, его роль в жизни планеты. Техногенные
изменения озонового слоя. Причины возникновения «озоновых дыр».
Последствия уменьшения концентрации озона в атмосфере.
Озоноразрушающий потенциал и защита озонового слоя.
Атмосфера городов. Первичные и вторичные загрязнители. Смог
Лондонского и Лос-анджелесского типов. Причины, механизм и
химические реакции, приводящие к возникновению вторичных
загрязнителей.
Кислотные дожди. Источники кислотных осадков. Химические
процессы образования и влияние кислотных осадков на человека, и
окружающую среду. Меры борьбы с кислотными дождями.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Химия загрязнения воды. Классификация и характеристика природной
воды. Примеси, окисляемость, жесткость, сухой остаток. Количество
растворенного кислорода, микроорганизмы в воде.
Влияние нефти и нефтепродуктов на водную среду. Способы
поступления и последствия. Синтетические моющие вещества в воде.
Пестициды, гербициды, инсектициды, хлорорганические углеводороды,
фосфорсодержащие органические соединения.
Роль азота в водных системах. Нитрификация, аммонификация,
денитрификация. Фосфор и его роль в водных системах.
Антропогенное эвтрофирование. Степень трофности водоемов.
Мероприятия по предотвращению эвтрофирования.
Строение и состав литосферы. Процессы выветривания и
почвообразования. Почва – определение, особенности, структура,
физические свойства. Водно-солевой режим и буферная способность
почвы. Химический состав почвы и факторы, влияющие на него.
Кислотность почвы и виды кислотности.
Засоление почвы, причины. Вторичное засоление и мероприятия по
борьбе с вторичным засолением. Антропогенное загрязнение почвы
(кислотные загрязнения, тяжелые металлы, пестициды, радиоактивные
элементы).
Характеристика и утилизация мусора. Организация полигонов для
хранения твердых отходов. Вторичное использование отходов,
переработка токсичных отходов. Способы сокращения количества
отходов. Эмиссия диоксинов, улавливание и нейтрализация диоксинов.
Особо
опасные
химические
соединения
антропогенного
происхождения.
Пестициды,
полихлорированные
бифенилы,
бензапирены. Диоксины, орталаты, полициклические ароматические
углеводороды, тяжелые металлы. Источники поступления и
трансформация в окружающей среде.
Радиоактивные изотопы в окружающей среде. Источники
искусственной радионуклидной активности в природной среде.
Физические и биологические периоды полураспада радионуклидов.
Реакции в тканях организмов, вызванные действием ионизирующего
излучения.
Продукты питания и пищевые добавки. Загрязнения продуктов питания
при консервировании и упаковке. Токсичность предметов потребления:
препараты для химической чистки и стирки, органические
растворители, лаки и гигиенические средства.
Раздел «Основы промышленной экологии»
1.
Защита атмосферы. Рассеивание примесей в атмосфере. Сухая очистка
воздуха и газов (циклоны, пылеосадительные камеры). Параметры
процесса пылеулавливания.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Защита атмосферы. Сухая очистка воздуха и газов: жалюзийные,
ротационные, динамические пылеуловители (дымососы). Принцип
работы, область применения.
Защита атмосферы. Мокрая очистка газов (скрубберы). Полые
(форсуночные) и насадочные скрубберы. Устройство. Принцип
действия, область применения. Основы расчета сооружений.
Защита атмосферы. Мокрые пылеуловители: скрубберы Вентури,
центробежные скрубберы. Устройство, принцип действия, область
применения, основы расчета сооружений.
Утилизация и обезвреживание газообразных отходов. Борботажнопенные и ударно-инерционные аппараты мокрой очистки газов.
Устройство, принцип действия, область применения, основы расчета
сооружений.
Утилизация и обезвреживание газообразных отходов. Классификация
фильтров. Устройство, принцип действия, область применения, основы
расчета сооружений.
Очистка сточных вод флотацией. Сущность метода, область
применения. Способы флотационной обработки сточных вод. Флотация
с выделением воздуха из раствора (вакуумная, напорная, эрлифтная).
Схема установки напорной флотации, принцип работы, область
применения.
Флотация с механическим диспергированием воздуха. Схема
флотационной машины с импеллером. Флотация при помощи пористых
пластин. Устройство флотационной камеры с пористыми колпачками.
Химическая, биологическая, ионная флотация.
Адсорбционная очистка сточных вод. Сорбенты. Схема адсорбционной
установки с последовательным введением адсорбента. Схема
противоточной адсорбционной установки. Схема адсорбционной
установки непрерывного действия. Понятие «мертвый слой»
адсорбента.
Ионообменная очистка сточных вод. Сущность метода, область
применения. Минеральные и неорганические иониты. Свойства
ионообменных смол. Номенклатура смол. Регенерация ионитов.
Схемы ионообменных установок периодического и непрерывного
действия. Принцип работы периодической установки. Схема установки
с намывным фильтром. Недостатки установок периодического
действия.
Очистка сточных вод экстракцией. Регенерация экстрагента. Схема
многоступенчатой экстракционной установки. Область применения
жидкостной экстракции.
Обратный осмос и ультрафильтрация. Сущность методов, область
применения.
Установки
обратного
осмоса:
простейшая,
с
последовательным и параллельным соединением модулей. Недостатки
метода. Мембраны.
14. Электрокоагуляция. Характеристика метода. Технологическая схема
очистки сточных вод электрокоагуляцией. Область применения, основы
расчета сооружений.
15. Электрофлотация. Электродиализ. Схемы установок, область
применения. Недостатки методов.
Раздел «Прикладная экология»
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Морфология микроорганизмов. Химический состав (вода, белки,
углеводы, минеральные вещества, липиды). Типы питания и дыхания
микроорганизмов.
Изменчивость микроорганизмов (мутация, диссоциация, адаптация,
трансформация, модификация). Влияние условий внешней среды.
Аэробное (спиртовое, молочнокислое, пропионово-кислое, маслянокислое) разложение веществ микроорганизмами.
Аэробное (окисление спирта, углеводородов, разложение целлюлозы)
разложение веществ микроорганизмами.
Превращение азотистых веществ. Нитрификация. Денитрификация.
Биологическое закрепление азота в почве.
Превращение соединений серы, фосфора, железа микроорганизмами.
Микробиология воды. Микробиология морей и океанов.
Микробиология
воздуха
и
почвы.
Взаимоотношение
микроорганизмов и растений.
Технологические
основы
биоэкологических
производств:
предферментационная, ферментационная, постферментационные
стадии. Биологический агент, субстрат, среда, продукт.
Биологические методы очистки сточных вод. Аэробные процессы.
Анаэробные процессы.
Биологические методы утилизации твердых отходов.
Биоочистка газо-воздушных выбросов. Классификация установок.
Параметры установок очистки воздуха.
Биологическое получение водорода. Биотопливные элементы и
биоэлектрокатализ.
Биотехнология
металлов:
бактериальное
выщелачивание,
металлургия.
Биосорбция металлов из растворов. Обогащение руд.
Раздел «Мониторинг объектов окружающей среды»
1.
2.
Мониторинг.
Цели
и
задачи.
Мониторинг:
глобальный,
национальный,
региональный,
импактный.
Особенности
мониторинговых программ.
Системы мониторинга; глобальные системы мониторинга состояния
окружающей среды (ГСМОС); общегосударственная система
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
наблюдений и контроля (ОГСНК) за состоянием природной среды;
система автоматизированного наблюдения и контроля окружающей
среды (атмосфера городов) – АНКОС (АГ).
Система глобального мониторинга (ГСМОС). Станции комплексного
фонового мониторинга (СКФМ). Размещение станций. Программы
наблюдения на станциях.
Международный режим потенциально токсичных химических
веществ (МРПТХВ) и его назначение для выбора приоритетных
загрязняющих веществ. Глобальные и региональные загрязняющие
вещества.
Сеть наблюдений за состоянием атмосферного воздуха. Посты
стационарные, маршрутные, подфакельные. Принцип Выбора мест
расположения стационарных постов. Мониторинг трансграничного
переноса загрязняющих веществ.
Пороговые концентрации в контроле качества окружающей среды.
Санитарно-гигиеническое и экологическое нормирование. Стандарты
качества (ПДК, ПДЭН). Временные стандарты. Дифференциальные и
интегральные показатели. Потоковые характеристики источников
загрязнения: ПДВ, ПДС.
Автоматизированные системы типа АНКОС-АГ. Передвижные
гидрохимические лаборатории (ПГХЛ) и их роль в получении
информации для автоматизированных систем контроля загрязнения
вод (АНКОС-ВТ).
Сеть наблюдений за состоянием водных объектов. Категории пунктов
наблюдения, принципы их размещения и программы наблюдения.
Пробоотбор. Программы взятия проб. Представительная проба.
Пробы, представительные по времени и пространству. Способы
осреднения концентраций. Правила и предосторожности при взятии
проб воздуха, воды, почвы, донных отложений.
Правила взятия проб снежного покрова. Достоинства снежного
покрова как индикатора загрязненности воздуха и последующего
загрязнения почв и поверхностных вод.
Хроматография. Спектрофотометрия и колориметрия. Сущности
методов. Сравнение возможностей методов в анализе объектов
окружающей среды.
Передвижные лаборатории анализа воздуха, их состав и возможности.
Химические сенсоры-датчики – основа создания новых экспресс
методов.
Методы биоиндикации и биотестирования. Использованные явления
биомагнификация для оценки загрязненности водной среды.
Биоиндикация и тест-объекты в гидробиологической службе сети
ОГСНКВ.
13.
14.
15.
Требования, предъявляемые к комплексным оценкам. Накопление
погрешностей в сложной аналитической методике. Проверка
значимости гипотез.
Установление точных характеристик измерений, выполненных по
определенной методике. Оценка точности измерений. Определение
пределов обнаружения загрязняющего вещества.
Оценка характеристик случайной погрешности измерений. Оценка
характеристик
систематической
составляющей
погрешности
измерений. Выявление дрейфа. Выявление грубых промахов по Q- и
-критериям.
2. Основная и дополнительная литература по разделам
Раздел «Физико-химия твердого тела»
1. Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия. М: Металлургия, 2001.
2. Краснов К.С., Воробьев Н.К., Годнев И.Н. и др. Физическая химия. В 2 кн.
М.: Высшая школа, 2001.
3. Зимон А.Д. Физическая химия, М.: Химия, 2000; М.: Агар, 2003.
4. Самохин И.А. Физическая химия, М.: МГУ, 2001.
5. Стромберг А.Г. Физическая химия. М.: Высшая школа, 2001.
6. Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия. М.: ГЭОТАР-МЕД.
2002.
Раздел «Поверхностные явления»
1. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.:
Высшая школа, 2001.
2. Мишустин А.И., Белоусова К.Ф. Коллоидная химия. М.: МГУИЭ, 1999.
3. Кировская И.А. Поверхностные явления.Омск: Изд-воОмГТУ,2001.–180 с.
4. Кировская И.А. Коллоидная химия. Ультрамикрогетерогенные и
микрогетерогенные дисперсные системы. Омск: ОмГТУ, 2000.
5. Кировская И.А. Химия. Коллоидные растворы.Омск:ОмГТУ, 2003. -217 с.
6. Кировская И.А. Коллоидные растворы, Омск: ОмГТУ, 2004. – 207 с.
7. Кировская И.А. Адсорбционные процессы. Иркутск: Изд-во ИГУ, 1996.300 с. (с грифом ГК РФ по ВО).
Раздел «Химия окружающей среды»
1. Степановский А.С. Прикладная экология: охрана окружающей среды.
Учеб. Для вузов по экол. специальностям. –М. ЮНИТИ-ДАНА, 2003. -750 с.
2. Человек и среда его обитания. Хрестоматия. Учеб. пособие для вузов по
спец-ти 032300 «Химия» /Под ред. Г.В. Лисичкина, Н.Н. Чернова. –М. Мир,
2003. -459 с.
3. Коробкин В.И. Экология. Учеб. для вузов / В.И. Коробкин, Л.В.
Передельский . –Ростов н/д. Феникс. 2003. -575 с.
4. Розанов С.И. Общая экология. Учеб. для вузов по дисциплине
«Экология» для техн. направлений и специальностей / С.И. Розанов. – СПб
и др.; Лань 2003. 288 с.
5. Экология. Учеб.пособие для вузов / В.В. Денисов, И.Н. Лозановская, И.А.
Луганская и др.; под ред. В.В. Денисова. –М.: Ростов н/Д. Март. 2004. -671
с.
Раздел «Основы промышленной экологии»
1. Гридэл Т.Е., Алленби Б.Р. Промышленная экология. – М.: ЮНИТИ –
ДАНА, 2004. -513 с.
2. Голицин А.Н. Основы промышленной экологии. – М. : Академия, 2004. –
239 с.
3. Челноков А.А. , Ющенко Л.Ф. Основы промышленной экологии. –
Минск: Высш. шк., 2001. -366 с.
4. Калыгин В.Г. Промышленная экология. Курс лекций. – М.: 2000. – 240 c.
5. Потапов А.Д. Экология: Учебник. М.: Высш. шк., 2004. –с. 431-445
Раздел «Прикладная экология»
1. Гусев М.В. Микробиология: учеб. для вузов по направлению «Биология»
и др. биологических специальностей/ М.В. Гусев, Л.А.Минеев. – 4-ое изд.,
стер. – М.: Академия, 2003. – 461 с.
2. Емцев В.Т. Микробиология: учеб. для вузов. – М.: Дрофа, 2005. – 445 с.
3. Загребельный С.Н. Биотехнология: в 2 ч./ С.Н. Загребельный;
Новосибирский гос. ун-т.- Новосибирск: НГУ, 2001. – 445 с.
4. Липунов И.Н. Основы химии и микробиологии природных и сточных
вод: учеб.пособие/ И.Н. Липунов; Уральская лесотехническая академия.Екатеринбург: Урал.гос.лесотехн.акад., 1995. –212 с.
5. Практикум по микробиологии: учеб.пособие для вузов по направлению
«Биология», «Микробиология» и др. биол. специальностей/ А.И. Нетрусов,
М.А. Егорова, Л.М. Захарчук и др.; Под ред. А.И. Нетрусова.- М.: Академия,
2005. – 602 с.
Раздел «Мониторинг объектов окружающей среды»
1.
Иванов П.В.. Мониторинг окружающей среды. Мониторинг и
утилизация отходов производства. М: ВТМИЦ. 2000.
2.
Малышев В.В., Красильников М.Н., Бобронников В.М.. Спутниковые
системы мониторинга. М: Изд. МАСС. 2000. 556 с.
3.
Скрипко Т.В. Основы экологии. Основные закономерности
функционирования природных систем различного ранга: Курс лекций.
Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000. -27с.
4.
Скрипко Т.В. Свойства экологических систем и закономерности их
функционирования: Тесты лекций. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. -27с.
5.
Скрипко Т.В. Среда нашего обитания. Антропогенное воздействие и
его последствие: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. -96с.
6.
Неразрушающий контроль и диагностика: Справ/ В. В. Клюев, Ф. Р.
Соснин, А. В. Ковалев и др.; Под ред. В. В. Клюева. - 2-е изд., перераб. и
доп. - М.: Машиностроение, 2003. - 656 с.
7.
Блинов Л. Н. Экологические основы природопользования. Учеб.
пособие для образоват. учреждений сред. проф. образования/ Л. Н. Блинов,
И. Л. Перфилова, Л. В. Юмашева. - М.: Дрофа, 2004. - 95 с.
8.
Тарасова Н.П., Кузнецова В.А. и др. Задачи и вопросы по химии
окружающей среды. -М.: Мир, 2002. -368с.
9.
Инженерная экология : учеб. для вузов по электротехн. и
электроэнергет. специальностям / В. Т. Медведев, В. В. Скибенко, А. К.
Макаров и др.; Под ред. В. Т. Медведева. - М. : Гардарики, 2002. - 687 с.
Руководитель ООП направления 241000
Руководитель магистерской программы
«Методы контроля качества
окружающей среды
и экологическое приборостроение»
Д.х.н., профессор
И.А. Кировская
И.А. Кировская
Согласовано
Декан ЭО и М
подразделение, должность
подпись
дата
Д.В. Постников
инициалы,
фамилия