«УТВЕРЖДАЮ»

Директор ИХР РАН

д.х.н., профессор

_А.Г. Захаров

ПРОГРАММА

ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 05.17.08 – «ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ

ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Принята решением ученого совета ИХР РАН Протокол № 4 от 22.05.2008 г Гидромеханические процессы Общие вопросы прикладной гидравлики в химической аппаратуре 1. Гидродинамика однофазных потоков. Материальный, энергетический и динамический баланс потока. Дифференциальные уравнения равновесия Эйлера. Основное уравнение гидростатики и его практические приложения. Уравнение неразрывности потока и дифференциальные уравнения движения Эйлера.

2. Дифференциальные уравнения движения Навье – Стокса. Точные решения уравнения Навье – Стокса. Методы численного решения уравнения Навье-Стокса. Уравнение Бернулли и его практические приложения. Дифференциальные уравнения движения жидкостей с учётом вихреобразования. Связь между вихревым движением жидкости и турбулентностью. Свободная турбулентность. Развитие турбулентности.

Модели турбулентного переноса. Применение теории турбулентности к решению задач химической технологии.

3.Гидродинамика неньютоновских жидкостей. Реологические модели несжимаемых неньютоновских сред. Модели одномерного течения вязкопластичных сред. Модели трёхмерного течения чисто вязких неньютоновских жидкостей. Модели течения вязкоупругих сред.

4. Движение жидкостей через неподвижные зернистые и пористые слои.

Уравнение Козени-Кармана и его анализ.

5. Типовые модели структуры потоков в аппаратах.

Основы механики гетерогенных сред 1.Феноменологическая теория многоскоростного континуума. Уравнения сохранения массы составляющих многоскоростного континуума и смеси в целом. Уравнения переноса импульса. Уравнение переноса теплоты для составляюших континуумов и смеси в целом. Обшая система уравнений переноса для фазовых континуумов. Обтекание частицы монодисперсной суспензии.

2. Гидродинамика двухфазных потоков. Межфазная турбулентность.

Основы механики двухфазных сред. Сопротивление в двухфазных потоках. Фактор гидродинамического состояния двухфазной системы.

Гидродинамические параметры барботажного слоя.

Перемешивание 1. Общие сведения о перемешивании. Роль перемешивания в химической технологии. Типы аппараты с перемешивающими устройствами. Типы мешалок. Гидродинамикаамика ламинарного перемешивания. Перемешивание взаимно - нерастворимых жидкостей.

Перемешивание в системах газ – жидкость. Перемешивание в системах твёрдое тело-жидкость. Моделирование и масштабирование аппаратов с мешалками. Выбор типа перемешивающих устройства. Время перемешивания. Структура потоков при турбулентном перемешивании.

2. Специальные методы перемешивания. Пневматическое перемешивание. Перемешивание в трубопроводах. Перемешивание с помощью сопел, инжекторов, вибрационных, роторно - пульсационных и волновых аппаратов. Особенности перемешивания неньютоновских жидкостей. Конструкции перемешивающих устройств для неньютоновских жидкостей. Расчёт мощности на перемешивание.

Разделение неоднородных гетерогенных систем 1. Отстаивание. Основные понятия и определения. Кинетика отстаивания.

Конструкции отстойников. Выбор типа и конструкции отстойника.

2.Фильтрование. Основные понятия и определения. Уравнение фильтрования с образованием осадка. Несжимаемые и сжимаемые осадки. Уравнение фильтрования с закупориванием пор фильтровальной перегородки. Расчёт процесса фильтрования при изменяющемся сопротивлении фильтровальной перегородки. Расчёт процесса фильтрования высоковязких суспензий. Промывка и обезвоживание осадка. Раэделение суспензий с использованием вспомогательных веществ. Выбор оборудования для фильтрования. Фильтровальные перегородки и фильтровальные материалы. Устройство фильтров различного конструктивного оформления и их расчёт.

Ультрафильтрация. Особенности баромембранных процессов разделения жидких смесей. Использование кинетического уравнения Больцмана для описания процессов переноса в мембранах.

3. Центрифугирование. Основные понятия и определения. Теория и расчёт явлений переноса в центрифугах. Классификация центрифуг.

Центрифуги для разделения грубодисперсных систем. Центрифуги для разделения среднедисперсных систем. Ультрацентрифуги. Выбор характеристик центрифуг.

4.Гидроциклонирование. Классификация гидроциклонов. Гидродинамика потоков в гидроциклонных аппаратах. Методы расчёта гидроциклонных аппаратов. Расчёт разделяющей способности гидроциклонов. Области применения гидроциклонов.

Гидродинамика псевдоожиженного слоя 1.Общие сведения о процессе псевдоожижения. Перепад давления и пределы существования псевдоожиженного слоя. Неоднородность псевдоожиженного слоя. Статистическая модель псевдоооиженного слоя.

Время пребывания материала в слое. Модель полного перемешивания.

Квазидиффузионное перемешивание. Газораспределение. Сепарация и унос материала.

2.Струйное псевдоожижение. Псевдоожижение с наложенными колебаниями. Эрозия в псевдоожиженном слое.

3.Трёхфазный псевдоожиженный слой. Проточные псевдоожиженные системы. Общие сведения о фонтанировании. Скорости газа при фонтанировании. Перепады давления в фонтанирующем слое. Структура фонтанирующего слоя. Разновидности фонтанирующего слоя.

1. Термодинамика явлений тепло- и массопереноса. Теория Онзагера.

Способы определения потоков и термодинамических сил. Принцип Кюри.

2. Тепловые балансы. Основное уравнение теплопередачи.

Температурное поле и температурный градиент. Передача тепла теплопроводностью. Математическое описание переноса теплоты.

Начальные и граничные условия. Трансформация уравнения переноса теплоты к безразмерному виду. Практическое использование теории нестационарной теплопроводности.

3.Теплообмен излучением. Теплообмен излучением между поверхностями твёрдых тел. Теплообмен излучением между газом и поверхностью.

4.Конвективный теплообмен. Теплоперенос при вынужденной конвекции. Теплоотдача при свободной конвекции. Теплообмен в аппаратах с принудительным перемешиванием. Опытные данные по теплопередаче. Теплообмен в плёночных аппаратах. Теплообмен при барботаже газа.

5.Теплообмен при кипении жидкостей.

6.Выпаривание. Термодинамика выпаривания. Перенос тепла и массы в процессах выпаривания. Методы моделирования и расчёта выпарных аппаратов и установок. Однокорпусные и многокорпусные установки.

Выпарные установки мгновенного испарения. Пути повышения эффективности выпарных установок.

1. Основы массопередачи. Массоперенос в однофазных системах.

Равновесие при массопередаче. Скорость массопрередачи.

2. Молекулярная диффузия в бинарных системах Закон Фика.

Многокомпонентная диффузия. Диффузия в пористых материалах.

Конвективная диффузия. Турбулентная диффузия. Гиперболическое уравнение массопереноса. Массоперенос через границу раздела фаз.

Приближённые модели массопередачи. Массоперенос с твёрдой фазой.

Массоперенос в системах газ-жидкость, жидкость-жидкость.

3.Массоперенос в мембранах. Механизмы и закономерности баромембранного разделения жидких и газовых смесей. Моделирование явлений переноса в процессах мембранного разделения.

4.Абсорбция. Основные понятия и определения. Равновесие при абсорбции. Материальный и тепловой балансы. Скорость процесса.

Устройство абсорбционных аппаратов. Моделирование и расчёт абсорберов. Схемы абсорбционных установок.

5.Перегонка жидкостей. Общие понятия и определения. Характеристики двухфазных систем жидкость-пар. Простая перегонка ректификация.

Специальные виды перегонки.

6.Адсорбция. Общие сведения. Характеристика адсорбентов и их виды.

Равновесие при адсорбции. Скорость адсорбции. Методы интенсификации процессов адсорбции. Десорбция. Устройство адсорберов и схемы адсорбционных установок. Ионообменные процессы.

Моделирование и расчёт адсорберов.

7.Экстракция. Экстракция в системах жидкость – жидкость. Равновесие в системах жидкость- жидкость. Явления массопереноса в процессах экстракции. Методы экстракции. Моделирование и расчёт экстракционных аппаратов. Экстракция и растворение в системах твёрдое тело- жидкость. Равновесие и скорость процессов экстракции и растворения. Способы экстракции и растворения. Методы интенсификации процессов экстракции и растворения. Моделирование и расчёт экстракционных аппаратов.

8.Кристаллизация. Равновесие при кристаллизации.

Зародышеобразование в процессах кристаллизации из растворов.

Уравнение Фольмера-Зельдовича. Моделирование явлений массопереноса при кристаллизации. Влияние условий кристаллизации на свойства кристаллов. Способы управления процессом кристаллизации.

Классификация и конструктивное оформление кристаллизаторов.

Моделирования и расчёт кристаллизаторов. Выбор кристаллизаторов.

Нанокристаллизация из растворов.

Основы теории подобия и анализа размерностей 1. Основные понятия. Теории подобия. Подобные преобразования.

Моделирование. Критерии подобия. Сущность подобия явлений тепло и массопереноса. Метод характеристических масштабов Автомодельность и автомодельные решения. Безразмерные формы уравнений тепло-и массопереноса.

2. Анализ размерностей. Применение различных форм обобщённого анализа к решению технических задач.

1.Теоретические основы измельчения и механической активации твёрдых тел.

Физико-механические свойства порошкообразных материалов.

Физические и физико-химические основы измельчения и механической активации твёрдых тел. Законы измельчения и активации.

Моделирование кинетики измельчения и активации. Классификация машин для измельчения и активации. Технологические схемы измельчения и активации. Аэродинамика дисперсных систем в измельчителях-активаторах. Механическая активация гетерогенных химико-технологических процессов. Тепло- и массообменные процессы в гетерогенных средах, совмещённые с измельчением и активацией частиц дисперсной фазы. Эффект Ребиндера и его использование в процессах измельчения и активации.

2. Механохимия полимеров и коллоидно-дисперсных систем.

Классификация механохимических процессов. Механическая активация химической деструкции, механическая активация полимераналогичных превращений. Влияние различных факторов на процесс механодеструкции. Механохимический синтез и модифицирование полимеров. Особенности механохимических процессов в растворах.

Моделирование кинетики механодеструкции полимкеров.

Механохимические реакторы для переработки коллоидных систем; их классификация.

1.Процессы и аппараты химической технологии. Явления переноса, макрокинетика, подобие, моделирование, проектирование: В т. Т. 1. Основы теории процессов химической технологии./ Д.А.Баранов, А.В.Вязьмин, А.А.Гухман и др. ; под ред. Кутепова.-М.: Логос, 2000.О с.

2. Процессы и аппараты химической технологии. Явления переноса, макрокинетика, подобие, моделирование, проектирование: В 5 т. Т.2.

Механические и гидромеханические процессы/ Д.А.Баранов, В.Н.Блиничев, А.В.Вязьмин и др.; Под ред. А.М.Кутепова, - М.: Логос, 2001.- 600 с.

3. Касаткин А.Г. Основные процессы химической технологии.- М.:

Химия, 1973.- 750 с.

4. Плановский А.Н., Николаев И.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии.-М.: Химия, 1987.- 496 с.

5.Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В 2-х книгах - М.: Химия, 1981.- 812 с.

6. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии.- Л.: Химия, 1982.- 282 с.

7. Романков П.Г., Фролов В.Ф. Теплообменные процессы химической технологии.-Л.: Химия, 1982.- 288 с.

8. Романков П.Г., Фролов В.Ф. Рашковская Н.Б. Массообюменные процессы химической технологии. Системы с твёрдой фазой.- Л.: Химия, 1975- 335 с.

9. Лыков А.В. Тепломассообмен. Справочник.-М.: Энергия, 1978.-480 с.

10. Кафаров В.В. Основы массопередачи. Системы г-ж, т-ж, ж-ж.Высшая школа, 1979.- 439 с.

11. Протодьяконов И.О., Марцулевич Н.А., Марков А.В. Явления переноса в процессах химической технологии.-Л.: Химия, 1981.- 269 с.

12. Слинько М.Г. Моделирование химических реакторов.- Новосибирск.:

Наука, 1968.-195 с.

13. Шкоропад Д.Е. Центрифуги для химических производств.-М.:

Машиностроение, 1975.- 246 с.

14. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии;

Учебное пособие для хим.-тех. спец. – М.: Химия, 1992 –Т.1.- 415 с, Т.2с.

15. Аксельрод Г.А., Лысянский В.М., Экстрагирование (системы т-ж).-Л.:

Химия, 1983.- 255 с.

16. Гухман А.А. Введение в теорию подобия.- М.: Высшая школа, 1973.с.

17.Гухман А.А., Зайцев А.А Обобщённый анализ.-М.: Факториал, 1998.с.

18. Астарита Дж., Маруччи Дж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей.: Пер. с англ. Д.А. Казенина/ под ред. Ю.А.Буевича.- Мир, 1978.- 321 с.

19. Горбис З.П. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков.- М.: Энергия.- 296 с.

20.Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы.-М.:Химия, 1986.- 271 с.

21. Черкасов А.Н., Пасечник В.А. Мембраны и сорбенты в бмотехнологии.- Л.: Химия, 1991.-289 с.

22. Холпанов Л.П., Шкадов В.Я. Гидродингамика и тепломассообмен сред с поверхностью раздела.- М.: Наука 1990.-270 с.

23. Кольцова Э.М., Гордеев Л.С. Методы синергетики в химии и химической технологии.- М.: Химия.-1999.- 256 с.

24. Кутепов А.М., Терновский И.Г. Гидроциклонирование.- М.: Наука, 1994.- 350 с.