МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

УТВЕРЖДАЮ

Ректор профессор В.С. Литвиненко

ПРОГРАММА

вступительного испытания при поступлении в магистратуру по направлению подготовки 18.04.01 «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»

по магистерской программе Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов Санкт-Петербург Программа вступительного экзамена в магистратуру по направлению 18.04. «Химическая технология» разработана на основании Федеральных государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования бакалавриата в соответствии с рабочими программами дисциплин «Процессы и аппараты химической технологии», «Химические реакторы», «Общая химическая технология», «Теоретические основы химической технологии природных энергоносителей и углеродных материалов» для бакалавров и утверждена на заседании кафедры химических технологий и переработки энергоносителей (протокол № 7 от 05.03. 2014 г.) Методические указания к программе вступительного экзамена по направлению «Химическая технология»

Основной целью вступительного экзамена в магистратуру по направлению «Химическая технология» является выявление следующих компетенций:

— знание основных уравнений движения жидкостей; методов расчета теплои массообменной аппаратуры; основ теории массопередачи в системах со свободной и неподвижной границей раздела фаз; основных методов идентификации математических описаний технологических процессов на основе экспериментальных данных; основных химических производств; основных реакционных процессов и реакторов химической и нефтехимической технологии;

теории управления технологическими процессами; статических и динамических характеристик объектов и звеньев управления; типовых систем автоматического управления в химической промышленности; основных методов и средств диагностики и контроля технологических параметров;

— понимание основ теории теплопередачи; основных методов построения эмпирических и физико-химических моделей химико-технологических процессов;

принципов физического моделирования химико-технологических процессов;

основных методов оптимизации химико-технологических процессов с применением эмпирических и/ или физико-химических моделей; основных принципов организации химического производства, методов оценки эффективности производства; общих закономерностей химических процессов; основ теории процесса в химическом реакторе;

— умение определять характер движения жидкостей и газов; определять основные характеристики процессов тепло- и массопередачи; рассчитывать параметры и выбирать аппаратуру для конкретного химико-технологического процесса; применять методы математической статистики для решения конкретных задач расчета, моделирования, идентификации и оптимизации процессов химической технологии; рассчитывать основные характеристики химического процесса; выбирать рациональную схему производства заданного продукта;

оценивать технологическую эффективность производства; произвести выбор типа реактора и произвести расчет технологических параметров для заданного процесса;

определить параметры наилучшей организации процесса в химическом реакторе;

выбирать рациональную систему регулирования технологического процесса;

выбирать конкретные приборы для диагностики химико-технологического процесса;

— владение методами определения оптимальных и рациональных технологических режимов работы оборудования; навыками вычисления тепловых эффектов химических реакций при заданной температуре в условиях постоянства давления или объема; методами анализа эффективности работы химических производств; методами расчета и анализа процессов в химических реакторах;

методами выбора химических реакторов; методами управления и регулирования химико-технологическими процессами;

Содержание и структура вступительного экзамена по направлению «Химическая технология»

На вступительном экзамене соискатель должен продемонстрировать основные компетенции, сформированные в результате освоения дисциплин «Процессы и аппараты химической технологии», «Химические реакторы», «Общая химическая технология», «Технология природных энергоносителей и углеродных материалов» и смежных с ними дисциплин в высшем учебном заведении по программам бакалавриата.

Поступающий в магистратуру должен знать:

— общие принципы классификации и номенклатуры органических соединений; строения органических соединений; химических и физико-химических методов анализа -электрохимических, спектральных, хроматографических;

физического моделирования химико-технологических процессов; организации химического производства;

— основные методы математического анализа; описания химических равновесий в растворах электролитов; синтеза органических соединений;

разделения и концентрирования веществ; метрологической обработки результатов анализа; термодинамического описания химических и фазовых равновесий в многокомпонентных системах; расчета тепло- и массообменной аппаратуры;

построения эмпирических и физико-химических моделей химико-технологических процессов; идентификации математических описаний технологических процессов на основе экспериментальных данных; оптимизации химико-технологических процессов с применением эмпирических и /или физико-химических моделей;

';

— основные этапы качественного и количественного химического анализа;

построения моделей химико-технологических процессов; проведения экспериментов по заданной тематике; составления отчетов по выполненному заданию; расчета и проектирования отдельных узлов технологического процесса;

— основные понятия математического анализа; термодинамики поверхностных явлений; теории управления технологическими процессами;

химических процессов; свойств основных классов органических соединений; теории гомогенного, гетерогенного и ферментного катализа; свойств дисперсных систем;

теории массопередачи в системах со свободной и неподвижной границей раздела фаз; теории теплопередачи; теории процесса в химическом реакторе.

Письменные ответы на три вопроса из экзаменационного билета.

Продолжительность экзамена 2 (два) астрономических часа.

Разделы по дисциплине «Процессы и аппараты», рассматриваемые в ходе экзамена.

Раздел 1 «Гидродинамические процессы»

Уравнение равновесия жидкостей. Основные факторы и уравнения движения жидкостей. Истечение жидкостей. Основы теории подобия и методы анализа размерности. Скорость и расход при ламинарном движении жидкости в трубах.

Гидродинамическое подобие. Гидродинамика зернистых материалов.

Сопротивление в трубопроводах. Выбор диаметра трубопровода. Измерение скорости и расхода жидкости в трубопроводах. Фильтрация. Скорость фильтрации.

Смесители для твердых, сыпучих и тестообразных тел.

Раздел 2 «Тепловые процессы»

Теплопроводность. Температурное поле и температурный градиент. Закон Фурье и коэффициент теплопроводности. Тепловое излучение. Закон СтефанаБольцмана. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа. Взаимное излучение двух твердых тел. Передача тепла конвекцией Закон теплоотдачи. Теплопередача при постоянных температурах. Суммарная теплоотдача лучеиспусканием и конвекцией.

Теплоотдача при переменных температурах. Направление тока жидкостей.

Уравнение теплопередачи при изменении температуры во времени. Определение поверхности нагрева при переменных теплоемкостях и переменных коэффициентах теплопередачи. Теплообменники. Теплообменники с двойными трубами.

Нагревание дымовыми газами. Размеры топок. Температура горения.

Раздел 3 « Диффузионные процессы»

Гомогенные системы. Фазовое равновесие. Закон Генри. Закон Рауля. Законы диффузии. Молекулярная диффузия. Конвективная диффузия. Движущая сила и скорость диффузионных процессов. Основные уравнения массопередачи. Подобие диффузионных процессов. Уравнение массопередачи для насадочных диффузионных аппаратов. Коэффициенты массопередачи. Фазовое равновесие жидких смесей. Ректификация. Принцип ректификации.

Разделы по дисциплине «Общая химическая технология», рассматриваемые в ходе экзамена.

Раздел 1 «Общие закономерности химических процессов»

Равновесие в технологических процессах; термодинамические параметры технологических процессов; кинетические параметры процесса; физико-химическое описание простых, сложных, многомаршрутных реакций; основы гомогенного и гетерогенного катализа; влияние катализа на кинетику и равновесие реакции; выбор оптимальных условий проведения каталитического процесса.

Раздел 2 «Основные химические производства»

Описание основных химических производств: физико-химические основы, условия проведения, схема цепи аппаратов, выбор реагентов. Основные направления химической переработки угля, нефти, газа. Очередность выбора технологических параметров. Устойчивость технологического процесса. Расчет теплового баланса технологического процесса. Определение минимальной температуры потока реагентов на входе в реактор. Выбор оптимальной температуры ведения процесса. Способы утилизации тепловой энергии в технологической схеме аппаратов.

Разделы по дисциплине «Теоретические основы химической технологии природных энергоносителей и углеродных материалов», рассматриваемые в ходе экзамена Раздел 1 «Основные свойства природных энергоносителей и углеродных материалов»

Химия природных энергоносителей и углеродных материалов; состав и физические свойства природных энергоносителей - газа, нефти, углей и сланцев в соответствии со стадиями угле- и нефтеобразовательного процесса; состав и физико-химические свойства углерода и углеродных материалов.

Раздел 2 «Подготовка к переработке газообразного, жидкого и твердого видов сырья»

Физико-химические основы разделения горючих ископаемых и продуктов их переработки методами ректификации, адсорбции, абсорбции, экстракции, кристаллизации, стеклования, а также мембранных методов разделения; понятие о топливно-дисперсных системах и элементах структуры дисперсной фазы дисперсной частице; термодинамика фазовых равновесий многокомпонентных смесей; кинетика фазовых переходов. Технология основных физических процессов подготовки и переработки углеводородного сырья.

Раздел 3 «Общие закономерности термической переработки горючих ископаемых»

Радикально-цепные превращения, кинетика и механизм, основные стадии и методы исследования. Теория термодеструктивных превращений в газообразного и жидкого сырья при получении углеродных материалов; физико-химические свойства и структура наполнителей и связующих веществ; межфазные явления на границе твердая фаза - связующее вещество; термоокислительные процессы переработки горючих ископаемых и продуктов их переработки; термодинамика и кинетика термоокислительных процессов в жидкой и твердой фазах; диффузионнокинетическая теория горения и газификации. Технологические основы термокаталитических процессов переработки углеводородного сырья.

Раздел 4 «Каталитические процессы в химической технологии природных энергоносителей и углеродных материалов»

Термодинамика и механизм, кинетика каталитических превращений природных энергоносителей на поверхности твердых катализаторов; адсорбция как необходимая стадия каталитических процессов; области протекания гетерогенных газофазных каталитических реакций; принцип подбора и оценки эффективности катализаторов; гидрогенизационные процессы, термодинамика, кинетика и механизм бифункциональный; бифункциональные катализаторы гидрогенизационных процессов; термодинамика, кинетика и механизм каталитических методов синтеза углеводородов из СО и водорода (метод ФишераТропша). Технология каталитических процессов (гомокаталитических и гетерокаталитических) переработки углеводородного сырья.

Разделы по дисциплине «Химические реакторы», рассматриваемые в ходе экзамена Раздел 1 «Химические процессы и реакторы»

Физико-химические основы химических процессов. Гомогенные химические процессы. Гетерогенные химические процессы. Каталитический химический процесс. Процессы в химическом реакторе. Режимы идеального смещения. Режимы идеального вытеснения. Изотермический процесс в химическом реакторе.

Неизотермический процесс в химическом реакторе.

Раздел 2 «Промышленные химические реакторы»

Общие замечания о расчете химических реакторов. Оптимизация химических процессов и реакторов. Конструктивные элементы химических реакторов. Схемы и конструкции промышленных химических реакторов.

Раздел 3 «Особенности расчета каталитических реакторов»

Составление ориентировочной таблицы распределения выходов и температур по полкам. Вычисление констант равновесия, определение равновесного выхода и построение равновесной кривой. Расчет оптимальных температур для каждой стадии процесса. Составление материального баланса для реактора в целом и по стадиям катализа. Определение объема газа и его компонентов на входе в реактор, на выходе и на каждой стадии процесса. Определение гидродинамических параметров работы реактора. Определение объема загружаемого катализатора по стадиям процесса (полкам) и по всему реактору. Определение основных размеров реактора – площади сечения внутреннего диаметра, высоты неподвижного слоя по данным материального баланса, по найденным значениям рабочих скоростей газа, объема катализатора, оптимальных температур. Определение гидравлического сопротивления слоев катализатора и реактора. Составление теплового баланса по полкам реактора.

РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная литература Потехин В.М., Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтеперерабатки: Учебник для вузов. – «-е изд., исп. и доп. – СПб: ХИМИЗДАТ, 2007. – 944с.

2 Маларил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти: Учебник для вузов. Изд-во: М. Химия, 2010, 312 с.

3 Калекин В.С., Михайлец С.Н. Гидравлика и теплотехника: Учебное пособие. Изд-во:

ОмГТУ, 2007, 34с.

4 Игнатович Э.В. Химическая техника. Процессы и аппараты. М.: Техносфера, 2007,552 с.

Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2009. – 6 Гусев Н.В. Комплексная автоматизация технологических процессов. Томск.: ТПУ, 2011, 101с.

7 Руппель А.А. Анализ и синтез систем автоматизации технологических процессов. Изд-во:

СибАДИ, 2007, 102 с.

8 Ахметов С.А. Технология переработки нефти и газа. Учебник для вузов. Изд-во: С-П.:

Недра, 2010, 544 с.

Дополнительная литература 1 Калицун В.И. и др. Основы гидравлики и аэродинамики: 2-е изд., перераб. и доп. М.:

Стройиздат, 2002, 296 с.

2 Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. – М.: Гилем, 2002. 672с.

3 Ламб Г. Гидродинамика. Том I. Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003, 452 с.

4 Ламб Г. Гидродинамика. Том II. Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003, 482 с.

5 Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учебник: В 2 кн./ В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров Г. А. Носов и др.; Под ред. В.Г. Айнштейна. М.: Логос; Высшая школа, 2003. Кн. 1. 912 с.: ил.

6 Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учебник: В 2 кн./В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров Г.А. Носов и др.; Под ред. В.Г. Айнштейна. М.: Логос; Высшая школа. 2003. Кн. 2. 872 с.: ил.

7 Телегин А.С., Швыдкий B.C., Ярошенко Ю.Г. Тепломассоперенос: Учебник для вузов: 2-е изд., перераб. и доп. / Под редакцией Ю.Г. Ярошенко. М.: ИКЦ «Академкнига», 2002, 455 с.

8 Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. М.: Логос, 2003, 455 с.

9 Терещенко А.Г., Соколов В.В., Сафьянов А.С., Ткаченко Д.В., Мизин П.А. Средство генерации выходных документов в системах управления аналитическими лабораториями//Автоматизация и современные технологии, 8, 2006.

10 Плютто В.П., Дубровский И.И.Управление химико-технологическими процессами и системами. Методическое указание к курсовому проектированию. М.: РХТУ, 2001, 72 с.

11 Скрипченко Г.Б., Никифоров Д.В. // Химия твердого топлива. 2000. № 3. Еремин И.В., Броновец Т.М. Марочный состав углей и их рациональное использование. М.: Недра, 1994.

12 Дудников Е.Г. Автоматическое регулирование в химической промышленности. М.: Химия, 1987, 368 с.

13 Грей Форест. Добыча нефти. М.: Бизнес – Олимп, 2000, 244 с.

14 Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. М.: Химия, 1982, 287 с.

15 Ахназарова С.Л., Кафаров В.В.. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. М.: Высшая школа, 1985, 327 с.

16 Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. М.: Химия, 1969, 564 с.

17 Кафаров В.В., Глебов М.В. Математическое моделирование основных процессов химических производств. М.: Высшая школа, 1991, 400 с.

18 Физико-химические методы исследования металлургических процессов / П.П. Арсентьев, В.В.Яковлев, М.Г. Крашенинников и др. М.: Металлургия, 1988, 511 с.

19 Телегин А.С., Швыдкий В.С., Ярошенко В.Г. Тепломассоперенос. М.: Металлургия, 1995, 400 с.

20 Гущин С.Н., Телегин А.С. Лобанов В.И., Корюков В.Н. Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производства. М.: Металлургия, 1993, 366 с.

21 Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент (справочник). Под общей ред.

В.А.Григорьева и В.М.Зорина. М.: Энергоиздат, 1982, 510 с.

22 Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача. М.: Химия, 1982, 696с.

23 Смирнов Н.Н., Волжинский А.И., Плесовских В.А. Химические реакторы в примерах и задачах: Учебное пособие для вузов – 3-е изд., перераб. и доп. – СПб: Химия, 1994, 280 с.

24 Фролов Ю.Г., Велик В.В. Физическая химия. М.: Химия, 1993, 464 с. Химикотехнологические системы / Под ред. И.П. Мухленова. М.: Химия, 1986, 423 с.

25 Расчеты химико-технологических процессов / Под ред. И.П. Мухленова. – Л.: Химия, 1982, 248 с.

26 Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок. – М.: Высшая школа, 1982, 208 с.

Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы 1. Библиотека Национального минерально-сырьевого университета «Горный»

www.spmi.ru/node/ 2. Российская государственная библиотека www.rsl.ru 3. Российская национальная библиотека www.nlr.ru 4. Библиотека Академии наук www.rasl.ru 5. Библиотека по естественным наукам РАН www.benran.ru 6. Всероссийский институт научной и технической информации (ВИНИТИ) www.viniti.ru 7. Государственная публичная научно-техническая библиотека www.gpntb.ru 8. Научная библиотека Санкт-Петербургского государственного университета www.geology.pu.ru/library/ 9. Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU www.elibrary.ru