ПРОГРАММА

ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ЭКЗАМЕНОВ

ДЛЯ ПОСТУПАЮЩИХ В МАГИСТРАТУРУ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ

06М072100 «Химическая технология органических веществ»

Научно-образовательный центр «Химическая инженерия»

Казахстанско-Британский технический университет

Ул. Валиханова, 106, г. Алматы, 050010, Казахстан

тел: +7(727)291-5784 e-mail: [email protected] http://www.cheng.kbtu.kz Программа вступительного экзамена для поступающих в магистратуру по специальности 6М072100–Химическая технология органических веществ разработана Высшей комиссией НОЦ ХИ КБТУ в соответствии с государственным общеобязательным стандартом образования Республики Казахстан, утвержденного Постановлением Правительства РК от 23 августа 2012 года №1080.

Члены экспертной комиссии:

_ Абдиев К. Ж.

Доктор химических наук, ассоц. профессор НОЦ ХИ КБТУ _ Ю В. К.

Доктор химических наук, профессор, гнс ИХН им А. Бектурова _ Иткулова Ш. С.

Кандидат химических наук, внс ИОКЭ им Д. Сокольского Научно-образовательный центр «Химическая инженерия»

Казахстанско-Британский технический университет Ул. Валиханова, 106, г. Алматы, 050010, Казахстан тел: +7(727)291-5784 e-mail: [email protected] http://www.cheng.kbtu.kz 1. Цель и задачи вступительного экзамена по специальности Целью вступительного экзамена является максимально объективная оценка уровня теоретической подготовки претендентов в магистратуру в рамках указанной специальности.

Задачи:

- Оценка знаний теоретической базы предмета - Оценивание легкости использования теоретической базы предмета для объяснения решения практических задач - Оценивание общего кругозора претендента, широты и полноты его взглядов на проблему 2. Требования к уровню подготовки лиц, поступающих в магистратуру - Безупречное владение теоретическим материалом специальности - Легкость использования теоретической базы специальности для объяснения решения практических задач, а также широта и полнота использования предмета.

- Средний уровень владения английским языком - Понимание темы, цели и задач выбранной магистерской диссертационной работы.

3. Пререквизиты образовательной программы - Органическая химия (Organic Chemistry) - Общая химическая технология (Chemical Reaction Engineering) Научно-образовательный центр «Химическая инженерия»

Казахстанско-Британский технический университет Ул. Валиханова, 106, г. Алматы, 050010, Казахстан тел: +7(727)291-5784 e-mail: [email protected] http://www.cheng.kbtu.kz 4. Наименование дисциплин и их основные разделы • Органическая химия (Organic Chemistry) • Общая химическая технология (Chemical Reaction Engineering) • Физическая химия (Химическая термодинамика, Химическая кинетика и катализ) • Теоретические основы технологии органических веществ;

• Химическая технология органических веществ;

5. Перечень вопросов вступительного экзамена по приему в докторантуру 5.1.Органическая химия.

“Органическая химия I”. Химические связи: длина, энергия, полярность. Электронные эффекты: индуктивный и мезомерный (сопряжение).

Алканы: изомеризм и номенклатура. Алканы: физические, химические свойства и применение.

Алкены: изомеризм и номенклатура. Алкены: физические, химические свойства и применение.

Алкадиены и алкины: изомеризм и номенклатура. Алкадиены и алкины:

физические, химические свойства и применение. Галогеналканы: изомеризм и номенклатура. Галогеналканы: физические, химические свойства и применение. Спирты и простые эфиры: изомеризм и номенклатура.

Спирты и простые эфиры: физические, химические свойства и применение. Альдегиды и кетоны: изомеризм и номенклатура. Альдегиды и кетоны:

физические, химические свойства и применение.

Карбоновые кислоты и их производные: изомеризм и номенклатура. Карбоновые кислоты и их производные: физические, химические свойства и применение.

Амины и четвертичные аммонийные соли: изомеризм и номенклатура.

Амины и четвертичные аммонийные соли: физические, химические свойства и применение.

Нитросоединения: изомеризм и номенклатура. Нитросоединения: физические, химические свойства и применение.

Научно-образовательный центр «Химическая инженерия»

Казахстанско-Британский технический университет Ул. Валиханова, 106, г. Алматы, 050010, Казахстан тел: +7(727)291-5784 e-mail: [email protected] http://www.cheng.kbtu.kz Аминокислоты, пептиды, белки: изомеризм и номенклатура. Аминокислоты, пептиды, белки: физические, химические свойства и применение.

Жиры: изомеризм и номенклатура. Жиры: физические, химические свойства и применение. Углеводы (моносахариды): изомеризм и номенклатура.

Углеводы (моносахариды): физические, химические свойства и применение.

Углеводы (ди- и полисахариды): изомеризм и номенклатура. Углеводы (ди- и полисахариды): физические, химические свойства и применение.

Органическая химия II. Введение в курс “Органическая химия II”. Циклоалканы: изомерия и номенклатура. Циклоалканы: напряжение цикла. Циклоалканы: структура конформеров. Стабильность конформеров с аксиальным и экваториальным расположением заместителей. Циклоалканы: получение.

Циклоалканы: физические и химические свойства.

Арены: изомерия и номенклатура. Концепция ароматичности. Ароматические структуры небензольного типа. Арены: химические свойства, реакции связей С-Н алкильных заместителей. Арены: получение. Арены: физические и химические свойства, реакции связей С-Н ароматического кольца. Арены:

химические свойства, реакции, ведущие к потере ароматичности.

Галогенарены: изомерия и номенклатура. Галогенарены: физические и химические свойства.

Фенолы: изомерия и номенклатура. Фенолы: физические и химические свойства.

Ароматические альдегиды и кетоны: изомерия и номенклатура. Ароматические альдегиды и кетоны: физические и химические свойства.

Ароматические карбоновые кислоты: изомерия и номенклатура. Ароматические карбоновые кислоты: физические и химические свойства.

Ароматические амины: изомерия и номенклатура. Ароматические амины:

физические и химические свойства.

Гетероциклические соединения: изомерия и номенклатура. Гетероциклические соединения: физические и химические свойства.

Концепции многостадийного органического синтеза.

5.2. Общая химическая технология Иерархическая организация процессов в химическом производстве.

Классификация и категории эффективности химических производств. РациоНаучно-образовательный центр «Химическая инженерия»

Казахстанско-Британский технический университет тел: +7(727)291-5784 e-mail: [email protected] http://www.cheng.kbtu.kz нальное и комплексное использование сырьевых ресурсов химических производств. Использование энергии в химической промышленности. Новые виды энергии в химической промышленности. Виды типовых технологических операторов ХТС. Классификация ХТС по особенностям топологии. Классификация моделей и понятие идентификации ХТС.

Системный анализ сложных схем и взаимодействий их элементов. Эксергетический баланс. Эксергетический КПД. Классификация химических реакторов.

Реактор идеального вытеснения (РИВ).

Сравнение эффективности проточных реакторов идеального смешения и идеального вытеснения.

Математическая модель реактора идеального смешения периодического и непрерывного действия. Адиабатический РИС в неизотермическом режиме.

Тепловая устойчивость химических реакторов.

Параметрическая чувствительность ректоров. Оптимальный температурный режим. Гетерогенные некаталитические процессы. Лимитирующая стадия. Способы определения лимитирующей стадии.

Кинетические модели системы газ - твердое вещество. Лимитирующая стадия – внутренняя диффузия (газ - твердое). Гетерогенные процессы «газ жидкость».

Общие представления о катализе. Технологические характеристики твердых катализаторов. Стадийность гетерогенно каталитических процессов.

Основные положения промышленной экологии. Классификация промышленных загрязнений. Классификация сточных вод. Очистка промышленных выбросов.

Технология серной кислоты. Технология связанного азота. Синтез аммиака. Технология азотной кислоты.

Технология фосфорных удобрений. Технология азотных удобрений.

Производство метанола. Синтез этанола. Получение дивинила из бутилена.

Производство бутадиена-1,3; изопрена. Производство стирола дегидрированием этилбензола. Производство фенола.

Производство водорода из природного газа. Анализ равновесия конверсии метана и его гомологов в водород. Технологические условия проведения процесса.

Научно-образовательный центр «Химическая инженерия»

Казахстанско-Британский технический университет тел: +7(727)291-5784 e-mail: [email protected] http://www.cheng.kbtu.kz 5.3.Физическая химия (Химическая термодинамика, Химическая кинетика и катализ) «Физическая химия I (Химическая термодинамика)»

Основные положения химической термодинамики. Химическая термодинамика и ее особенности. Термодинамическая система и ее параметры. Термодинамические процессы. Равновесное состояние. Теплота, работа, функции состояния. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к простейшим процессам. Теплоемкость.

Термохимия, тепловые эффекты химических реакций. Термохимические уравнения. Определение тепловых эффектов по теплоте образования и по теплоте сгорания. Зависимость тепловых эффектов от температуры.

Химическое и фазовое равновесие. Второй закон термодинамики. Предпосылка и формулировка второго закона термодинамики. Энтропия. Вычисление изменение энтропии при различных процессах.

Процессы в неизолированных системах. Энергия Гиб-бса и энергия Гельмгольца. Критерий равновесных и самопроизвольных процессов.

Характеристические функции и максимальная работа. Зависимость характеристических функций от температуры.

Третий закон термодинамики. Тепловой закон Нернста и постулат Планка (Третий закон термодинамики). Применение третьего закона термодинамики Химическое равновесие. Химический потенциал. Константа равновесия.

Константа равновесия с учетом реальных условий. Фугитивность и активность для расчетов равновесий.

Химическое равновесие. Изотерма химической реакции. Химическое сродство. Уравнение изобары и изохоры химических реакций. Смещение равновесия. Принцип Ле-Шателье-Брауна.

Фазовое равновесие. Фаза. Число компонентов. Число степеней свободы.

Правило фаз Гиббса. Тепловые эффекты фазовых переходов. Фазовые диаграммы одно и двух компонентных систем.

Растворы. Характеристика и свойства растворов. Давление насыщен-ного пара над раствором. Закон Рауля. Повышение температуры кипения и понижения температуры замерза-ния (эбулиоскопия и криоскопия). Осмос.

Осмотическое давление. Неидеальные рас-творы. Активность.

Разделение жидких растворов. Законы Гиббса-Коновалова.

Термодинамическое обоснование законов Гиббса-Коновалова. Перегонка (дистилляция) и ректификация.

Научно-образовательный центр «Химическая инженерия»

Казахстанско-Британский технический университет тел: +7(727)291-5784 e-mail: [email protected] http://www.cheng.kbtu.kz Твердые растворы. Термический анализ. Растворы с эвтектикой.

Трехкомпонентные системы. Понятие о диаграммах состояния трехкомпонентных систем. Экстракция.

Теория электролитов. Растворы электролитов. Теория электролитической диссоциации. Электропроводность растворов электролитов. Подвижность ионов и числа переноса. Стильные и слабые электролиты. Активность электролитов и ионная сила растворов.

Электродные процессы и электродвижущая сила. Электродные потенциалы. Гальванические элементы. Термодинамика гальванического элемента.

Электроды. Типы электролитов. Электрохимические цепи и химические источники тока. Электролиз и поляризация.

«Физическая химия II (Химическая кинетика и катализ)»

Кинетика химических реакций. Общие понятия и определения.

Термодинамический и кинетический критерии реакционной способности химической системы. Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.

Основные положения формальной кинетики химических реакций.

Классификация химических реакций. Закон действующих масс. Принцип независимости скоростей эле-ментарных химических реакций, проткающих в системе. Условие материального баланса. Порядок и молекулярность реакции.

Кинетика химических реакций в закрытых системах. Кинетика необратимых реакций первого порядка. Кинетика необратимых реакций второго порядка. Период полупревращения.

Кинетика химических реакций в закрытых системах. Кинетика необратимых реакций третьего порядка. Кинетика необратимых реакций n-го порядка. Псевдопорядок. Методы определения порядка реакции: дифференциальные и интегральные методы.

Кинетика сложных реакций. Кинетика обратимых реакций первого порядка. Кинетика обратимых реакций второго порядка.

Кинетика сложных реакций. Кинетика необратимых параллельных и конкурирующих реакций. Кинетика необратимых последовательных реакций.

Лимитирующая стадия.

Температурная зависимость константы скорости реакции. Правило ВантГоффа. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Методы расчета энергии активации и предэкспоненциального множителя.

Научно-образовательный центр «Химическая инженерия»

Казахстанско-Британский технический университет тел: +7(727)291-5784 e-mail: [email protected] http://www.cheng.kbtu.kz Теории элементарных химических реакций. Элементарный химический акт. Теория переходного состояния (активных комплексов). Поверхность потенциальной энергии. Основные уравнения теории переходного состояния.

Истинная энергия активации. Предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса по теории переходного состояния.

Теории элементарных химических реакций. Теория активных столкновений. Основные понятия. Числа столкновений. Скорость бимолекулярной реакции.

Катализ. Общие понятия и закономерности катализа. Гомогенный катализ. Основные типы гомогенного катализа. Кислотно-основной катализ в растворах. Катализ комплексными соединениями. Ферментативный катализ.

Гетерогенный катализ. Катализатор и его свойства. Особенности гетерогенно-каталитических процессов. Диффузия. Роль адсорбции в гетерогенном катализе. Кинетика гетерогенно-каталитических реакций. Закон действующих поверхностей. Основные нап-равления в развитии теории гетерогеннокаталитического акта. Мультиплетная теория катализа. Теория активных ансамблей.

Цепные реакции. Основные понятия. Зарождение цепи. Продолжение цепи. Обрыв цепи. Разветвленные цепные реакции. Кинетические закономерности цепных разветвленных реакций. Кинетика цепных неразветвленных реакций Фотохимические реакции. Законы фотохимии. Закон Гротгуса-Дрепера.

Закон фотохимической эквивалентности Штарка – Эйнштейна. Закон ВантГоффа. Элементар-ный акт фотохимической реакции. Кинетика фотохимической реакции.

5.4. Теоретические основы технологии органических веществ Введение в дисциплину ХТОВ. Основные понятия. Химические превращения веществ, его составляющие и их основные характеристики. Структура химико-технологического процесса (ХТП). Классификация химических реакций. Расчет материального баланса реакции Расчет теплового баланса Термодинамика ХТП.

Термодинамические характеристики химических реакций. Термодинамика ХТП. Кинетика ХТП. Кинетика химических реакций. Механизм реакции.

Лимитирующая стадия. Кинетика ХТП. Равновесие химических реакций.

Влияние различных факторов на скорость, выход и селективность простых и сложных реакций. Смещение равновесия Научно-образовательный центр «Химическая инженерия»

Казахстанско-Британский технический университет тел: +7(727)291-5784 e-mail: [email protected] http://www.cheng.kbtu.kz Гомогенные и гетерогенные ХТП. Особенности гомогенных и гетерогенных ХТП.

Катализ в химической технологии. Гомогенный и гетерогенный катализ.

Новые направления в катализе Реакционные аппараты и элементы их расчета. Классификация реакторов по характеру смешивания и вытеснения веществ.

Реакционные аппараты и элементы их расчета. Особенности реакторов с использованием твердых катализаторов.

Реакционные аппараты и элементы их расчета. Классификация реакторов по подводу и отводу тепла. Элементы технологического расчета реакторов Теоретические основы и аппаратурно-технологическое оформление и разделение реакционных смесей.

Основные понятия теоретических основ технологии производства и переработки углеводородного сырья; физико-химические основы процессов переработки углеводородного сырья (термический крекинг, каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрогениза-ционные и полимеризационные процессы). Химизм и механизм технологических процессов; технологическое оборудование и технологическое оформление основных аппаратов процессов переработки органических веществ. Теоретические основы перегонки и ректификации нефти и газа; очистки нефтяных фракций; депарафинизации, адсорбционной и каталитической очистки маслянных дистиллятов; фазовых переходов в дисперсных системах углеводородного сырья; закономерности получения гомогенных растворов, пленочных покрытий.

Ректификация и ректификационное оборудование. Экстактивная и азеотропная ректификация. Теоретические основы и аппаратурнотехнологическое оформление и разделение реакционных смесей. Абсорбция.

Экстракция жидкость-жидкость. Хемосорбция. Адсорбция. Теоретические основы и аппаратурно-технологическое оформление и разделение реакционных смесей. Процессы с использованием аппаратов, совмещающие реакторные и разделительные функции.

Современные тенденции развития химической технологии органических веществ 5.5. Химическая технология органических веществ Отрасли переработки углеводородного сырья, энергетический баланс. Добыча и транспортировка углеводородного сырья. Физико-химические свойства, классификация и товарная характеристика нефти и нефтепродуктов.

Научно-образовательный центр «Химическая инженерия»

Казахстанско-Британский технический университет тел: +7(727)291-5784 e-mail: [email protected] http://www.cheng.kbtu.kz Технология процессов первичной и вторичной переработки углеводородного сырья, их аппараты и технологическое оборудование. Технологические процессы, основанные на реакции полимеризации. Характеристика способов синтеза. Производство полиолефинов, полимеров на основе стирола и хлорпроизводных этилена. Полимеры на основе акриловой и метакриловой кислот, простых и сложных виниловых эфиров.

5.6. Химия и физика органических веществ Углеводородное сырье, их состав и свойства; закономерности образования нефти, газа и угля, физико-химические основы их переработки; физикохимические методы исследования углеводородов и гетероатомных соединений углеводородного сырья, закономерности их превращения при переработке; свойства продуктов. Общая характеристика состава нефтей. Элементарный состав нефтей и их физические свойства. Минеральные компоненты нефти. Их состав, свойства и применение. Методы определения минеральных компонентов нефти. Роль межмолекулярных взаимодействий смолистоасфальтовых веществ и углеводородов в процессах переработки нефти. Физические методы разделения, выделения и анализа углеводородов. Химические методы разделения и анализа. Химический состав нефтяных фракций и нефтепродуктов. Газообразные, жидкие и твердые парафиновые углеводороды нефти. Смолистые вещества нефти. Полимерные материалы, характеристика промышленных методов получение полимерных материалов и области их применения. Особенности цепных реакций, основные факторы, влияющие на процесс полимеризации; закономерности ступенчатых реакций; химические превращения органических веществ; агрегатные, фазовые и физические состояния органических веществ.

5.7. Технология органического и нефтехимического производства Классификация промышленных производств основного органического синтеза и нефтехимии. Сырье для предприятий нефтехимии и основного органического синтеза (углеводородное сырье, кокс, растительное и животное сырье) и требования, предъявляемые к нему. Производство основных продуктов органического и нефтехимического синтеза. Основные источники сырья для НПЗ и нефтехимических предприятий. Природные и попутные нефтяные газы, жидкие нефтепродукты. Выделение низших и высших парафинов. Изомеризация парафинов. Каталитическая конверсия углеводородов.

Научно-образовательный центр «Химическая инженерия»

Казахстанско-Британский технический университет тел: +7(727)291-5784 e-mail: [email protected] http://www.cheng.kbtu.kz Выделение, концентрирование олефинов и ароматических углеводородов. Промышленные способы производства кислород-, галоген-, азот- и серосодержащих органических соединений на базе продуктов первичной и вторичной переработки нефти и кокса. Процессы галогенирования. Процессы гидролиза, гидратации, дегидратации, этерификации и амидирования. Процессы сульфатирования, сульфирования и нитрования.

Технологические схемы производства спиртов, эпоксидов, альдегидов, кетонов, органических кислот и сложных эфиров, хлороформа, четыреххлористого углерода, дихлорэтана, хлорбензола, перхлоралканов, перфторалканов, меркаптанов, сульфокислот, аминов, нитросоединений, основных красителей, нитрилов. Технологические схемы производства синтетических моющих средств.

Промышленное применение кислород-, галоген-, азот- и серосодержащих органических соединений. Промышленные способы производства мономеров на базе продуктов первичной и вторичной переработки нефти и кокса. Синтезы на основе оксида углерода. Принципы создания безотходных производств.