УТВЕРЖДАЮ
И.о.директора ИППУ СО РАН
д.х.н.___________________В.К.Дуплякин
август 2004 г.
ПРОГРАММА
вступительных экзаменов в аспирантуру по специальности
05.17.07 «Химия и технология топлив и специальных продуктов»
I. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
1. Строение вещества
Строение атомного ядра. Естественная и искусственная радиоактивность.
Основные представления квантовой теории строения атома. Квантовые числа электронов в атомах. Спин электрона. Принцип запрета Паули. Электронные конфигурации атомов и истолкование периодического закона Д.И.Менделеева.
Образование молекул. Ковалентная связь с помощью пары электронов. Гибридизация орбиталей. Соединения с сопряженными связями. Координационная связь с участием d-электронов. Ионная связь. Металлическая связь и свободные электроны в металлах.
2. Агрегатные состояния
Газообразное состояние, основные идеи кинетической теории газов. Отклонения свойств реальных газов от законов идеальных газов, уравнения Ван-дер-Ваальса. Сжижение газов. Критическое состояние (в однокомпонентных системах).
Жидкое состояние, характеристика его с точки зрения молекулярно-кинетической теории
Растворы. Способы выражения состава растворов. Законы идеальных разбавленных растворов. Давление паров растворенного вещества и растворителя, температура замерзания и кипения разбавленных растворов.
Закон Рауля для давления пара компонентов идеальных концентрированных растворов. Азеотропические смеси.
Кристаллическое состояние. Пространственная решетка. Простейшие ионные, атомные и металлические решетки (решетка хлористого натрия, решетка алмаза, кубические, гранецентрированные и плотноупакованные гексагональные решетки металлов). Нарушения строения твердых тел.
3. Основы термодинамики и элементы статистической механики
Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Энтальпия (теплосодержание). Теплоемкость. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса.
Второй закон термодинамики. Энтропия.
Термодинамические потенциалы и условия равновесия.
4. Химическая кинетика. Закон действия масс.
Скорость химической реакции. Порядок реакции. Сложные реакции: обратимые, параллельные и последовательные реакции.
Зависимость скорости реакции от температуры, уравнение Аррениуса. Энергия активации. Понятие о методе переходного состояния (активированного комплекса).
5. Катализ
Определение явления катализа. Каталитические процессы в природе. Роль катализа в жизни современного общества. Классификация каталитических реакций. Каталитическая активность и методы ее измерения.
Природа действия катализаторов. Понятие об активном центре катализатора.
Основные принципы действия катализаторов различной природы:
- катализ кислотами и основаниями
- катализ комплексными соединениями металлов
- катализ ферментами.
Гетерогенный катализ. Металлические, полупроводниковые, окисные и цеолитные катализаторы. Нанесенные катализаторы и способы их получения. Адсорбция как стадия гетерогенно-каталитической реакции. Физическая адсорбция и хемосорбция.
Рекомендуемая литература
Киреев В.А. Курс физической химии. М.: Химия, 1975.
Кнорре Д.Г., Крылова Л.Ф., Музыкантов В.С. Физическая химия. М.: Высшая школа, 1981. Гл. IX, XI-XVI.
Марелл Дж., Кеттл С., Теддер Дж. Химическая связь. М., 1980.
Эмануэль М.Н., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа, 1974.
Боресков Г.К. Катализ. Новосибирск : Наука, 1977.
Панченков Г.М., Лебедев В.П. Химическая кинетика и катализ. М.: Химия, 1974.
Гейтс Б., Луецир Дж., Шуйт Г. Химия каталитических процессов. М.: Мир, 1981.
II. ПРОЦЕССЫ и АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Ламинарное и турбулентное движение жидкостей. Критерий Рейнольдса. Распределение скоростей и средние скорости движения жидкости.
Характеристики движения жидкости. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли; примеры его приложения.
Движение жидкостей в трубопроводах. Коэффициенты трения и местные сопротивления. Расчеты трубопроводов.
Насосы - классификация и область применения. Поршневые насосы. Предельная высота всасывания. Центробежные насосы. Законы пропорциональности.
Механизмы переноса тепла. Основное уравнение теплоотдачи (закон охлаждения Ньютона). Теплопроводность (закон Фурье). Передача тепла через многослойную стенку.
Теплопередача. Основные понятия. Направление движения теплоносителей: прямоток, противоток, смешанный ток. Средний температурный напор.
Передача тепла конвекцией. Коэффициент теплоотдачи и число Нуссельта. Теплоперенос излучением. Законы Стефана-Больцмана и Кирхгофа.
Нагревающие агенты и способы нагревания. Теплообменники. Классификация и конструкции.
Механизмы массообменных процессов. Молекулярная диффузия и закон Фика. Коэффициенты диффузии в газах, жидкостях и твердых телах.
Конвективный перенос. Рабочая линия процесса. Направление массопередачи.
Средняя движущая сила массопередачи и число единиц переноса. Определение числа единиц переноса. Влияние перемешивания на среднюю движущую силу.
Расчет массообменных аппаратов. Высота аппарата, диаметр колонны.
Абсорбция. Законы Генри и Рауля-Дальтона. Расход абсорбента. Технологические варианты абсорбции: батарейный абсорбер, схема с рециркуляцией.
Перегонка и ректификация – сущность процессов. Рабочие линии ректификации. Флегмовое число (R) и его определение. Зависимость между R и размерами колонны. Устройство ректификационных колонн. Типы тарелок.
Физические основы процесса адсорбции. Физическая адсорбция и хемосорбция. Изотермы адсорбции Лэнгмюра и БЭТ. Типы адсорбентов. Кинетика адсорбции в пористом зерне адсорбента. Формирование фронта адсорбции. Время защитного действия слоя адсорбента.
Виды сушки. Параметры влажного воздуха. Устройство сушилок.
Рекомендуемая литература
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973. - 750 с.
Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. - М.: Химия, 1995 - 400 с.,- 368 с.
Айнштейн В.Г. и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. В двух книгах. - М.: Химия, 1999.
Справочник химика. Том 5. - М.-Л.: Химия, 1966. - 976 с.
Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1981. - 560 с.
III. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Строение углеродных материалов. Валентное состояние атома углерода. Идеализированная кристаллическая структура графита. Модели строения частиц технического углерода.
Дисперсность углеродных материалов. Методы оценки.
Графитируемые и неграфитируемые углеродные материалы.
Нефтяной кокс. Общие сведения о технологии его получения и применения.
Классификация и разновидности промышленных процессов производства дисперсного углерода.
Технологические процессы и оборудование производства технического углерода. Принцип действия, устройство, особенности конструкции.
Реакторы получения различных видов технического углерода, подогреватели сырья, подогреватели технологического воздуха.
Смесители-грануляторы, сушильно-грануляционные барабаны. Устройство, принцип действия.
Современные процессы получения нефтяного углеводородного сырья для производства углеродных материалов.
Получение сырья и связующего для углеродных материалов в процессе дистилляции и переработки каменноугольной смолы.
Современные требования к качеству сырья для углеродных материалов. Метод оценки степени ароматизованности сырья: групповой и химический состав, элементный состав, индекс корреляции.
Общие сведения о технологии получения искусственных углеграфитовых материалов: приготовление масс и зеленых заготовок, обжиг, графитизация.
Проблемы экологии при производстве технического углерода.
Литература
Т.Г.Гюльмисарян, Л.П.Гилязетдинов. Сырье для производства углеродных печных саж. М., Химия, 1975.
Зуев В.П., Михайлов В.В.Производство сажи. М., Химия, 1970.
С.Е.Вяткин. Ядерный графит. М., Атомиздат, 1967.
Островский Ю.С. Искусственный графит., М. , Металлургия, 1986.
С.В.Шулепов. Физика углеграфитовых материалов. М., Металлургия, 1972.
Программу составили:
Чл.-корр.РАН В.А.Лихолобов (раздел «Физическая химия»)
К.т.н. В.П.Доронин (раздел «Процессы и аппараты химической технологии»)
Д.т.н. В.Ф.Суровикин, к.т.н. Цеханович М.С. (раздел «Основы технологии углеродных материалов»)
|
