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