Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО КНИТУ) УТВЕРЖДАЮ Проректор по НР _____________ И.Ш.Абдуллин «____» ____________2011 г. Программа вступительного экзамена в аспирантуру Научная специальность подготовки 05.17.08 «Процессы и аппараты химических технологий» Институт, факультет Кафедра-разработчик рабочей программы Институт химического и нефтяного машиностроения, механический факультет Процессы и аппараты химической технологии Казань, 2011 г. Программа вступительного экзамена в аспирантуру составлена в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по специальности 05.17.08 «Процессы и аппараты химических технологий» Разработчик программы: доцент _________________ (должность) (подпись) Бронская В.В (Ф.И.О) Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры протокол от _________ 2011 г. № ____ Зав. кафедрой ______________ (подпись) КлиновА.В. (Ф.И.О.) СОГЛАСОВАНО Зав. аспирантурой, доцент __________ (подпись) Кушаева Э.Р. 1. Вопросы программы вступительного экзамена в аспирантуру по специальности по специальности 05.17.08 «Процессы и аппараты химических технологий» 1. Сущность и задачи науки об основных процессах и аппаратах химической технологии 2. Предмет и метод науки о процессах и аппаратах химической технологии. 3. Классификация основных процессов химической технологии. 4. История науки об основных процессах и аппаратах, вклад отечественных ученых в ее развитие. 5. Современное состояние химической промышленности и планы ее развития. 6. Роль науки о процессах и аппаратах на современном этапе научно-технического прогресса в модернизация и разработке новых химико-технологических процессов, создании высокоэффективного оборудования и повышении качества химических продуктов, а также при решении проблем защиты окружающей среды. 7. Современные научные метода исследования и проектирования химикотехнологических процессов и аппаратов. Гидромеханические процессы и аппараты 8. Теоретические основы гидромеханических процессов. Общие представления о жидкостях как сплошных средах. 9. Идеальные и реальные жидкости. Капельные и упругие жидкости. 10. Объемные в поверхностные силы, действующие на жидкость. 11. Уравнение неразрывности. Уравнение движения идеальной жидкости (уравнение Эйлера) и его частные случаи. 12. Вязкостные свойства сплошных сред. Реологические уравнения состояния. 13. Уравнения движения однородных сплошных сред. 14. Движение вязкой жидкости в цилиндрической трубе, вдоль пластины, поперечное обтекание цилиндра, обтекание сферы. 15. Неизотермическое течение сплошных сред. 16. Свободная конвекция. 17. Уравнение движения жидкости в пористой среде. Граничные условия. Турбулентное течение сплошных сред. Основные параметры турбулентности. Развитая, локальная и изотропная турбулентность. 18. Турбулентные струи, турбулентный след. Пограничный слой. Уравнение движения в ламинарном пограничном слое. Турбулентный пограничный слой. Особенности турбулентных течений в аппаратах химической технологии. Методы теории подобия и анализа размерности. 19. Движение твердых частиц в сплошных средах. Анализ сил, действующих на твердую частицу в жидкости. 20. Скорости свободного осаждения шарообразных частиц и частиц произвольной формы. Скорость стесненного осаждения. Расчет скорости осаждения твердых частиц в полях массовых сил различной физической природы. 21. Гидродинамика неподвижных и псевдоожиженных зернистых слоев. 22. Гидродинамические основы расчета аппаратов химической технологии с зернистыми слоями. 23. Движение капель и газовых пузырей при различных числах Rе . 24. Обтекание несферических капель. Капля в сдвиговом потоке. Стесненное обтекание капель. Дробление капель, коагуляция капель. Экспериментальные методы исследования гидромеханики одно- к многофазных сред г аппаратах химической технологии. 25. Разделение неоднородных систем в поле сил тяжести. Скорость осаждения твердых частиц под действием сил тяжести (отстаивание) и методы ее расчета. 26. Конструкции отстойных аппаратов для разделения суспензий, эмульсий и очистки запыленных газов и методы их расчета. 27. Разделение неоднородных систем в поле сил давления. Фильтрование суспензий и газов. Виды осадков и фильтровальных перегородок. 28. Уравнение фильтрации; экспериментальное определение констант фильтрования. 29. Аппараты для фильтрования и методы их расчета. 30. Разделение в поле центробежных (инерционных) сил. Центробежное отстаивание и центробежное фильтрование. Фактор разделения. Классификация центрифуг. 31. Разделение суспензий и эмульсий в гидроциклонах. Очистка газов от пыли в центробежных пылеуловителях. 32. Разделение газовых неоднородных систем путем мокрой очистки. 33. Методы расчета аппаратов для разделения в поле центробежных (инерционных) сил. 34. Разделение газовых неоднородных систем в электрическом поле. Электрофильтры и методы, их расчета. 35. Перемешивание в жидких средах. Применение процессов перемешивания в жидких средах в химической технологии. Методы перемешивания сред. Силы, участвующие в процессе перемешивания. Типы перемешивающих устройств. Аппаратурное оформление и методы расчета процессов перемешивания. 36. Перемещение капельных жидкостей, сжатие, разряжение и перемещение газов. 37. Основы гидравлического расчета химико-технологических аппаратов и трубопроводов. 38. Типы насосов, вентиляторов и компрессоров, применяемых в химической технологии, их характеристики в методы расчета. Математическое и физическое моделирование 39. Определение математического и физического моделирования, преимущества и недостатки физического и математического моделирования 40. Метод обобщенных переменных 41. Инварианты подобия и критерии подобия 42. Подобие гидродинамических процессов 43. Математическое моделирование 44. Гидродинамическая структура потоков 45. Идеализированные модели гидродинамической структуры потоков 46. Модели гидродинамической структуры неидеальных потоков Тепловые процессы и аппараты химической технологии 47. Теоретические основы теплообменных процессов. 48. Общие сведения о процессах теплопереноса. Основные понятия. Механизмы переноса теплоты. 49. Теплопроводность. Закон Фурье. Уравнение теплопроводности. Начальные и граничные условия. 50. Теплопроводность плоских стенок при установившемся тепловом потоке. Теплопроводность цилиндрических стенок. 51. Математическая постановка и решение задачи о нестационарном переносе теплоты в твердых телах. Время прогрева твердого тела. 52. Перенос теплоты в движущихся средах. Понятие теплового пограничного слоя. Уравнение конвективного переноса теплоты с источниками тепла. 53. Начальные и граничные условия. Коэффциент теплоотдачи. Уравнение ФурьеКирхгофа. Математическая постановка и решение задачи о переносе теплоты при вынужденном движении жидкостей (газов) в трубах. 54. Математическая постановка и решение задачи о переносе теплоты при естественной конвекции. 55. Теплообмен между жидкостью (газом) и поверхностью. 56. Безразмерная форма уравнения переноса теплоты и оценка порядка его членов. Толщина теплового пограничного слоя. 57. Представление решения уравнения переноса теплоты в критериальной форме. Некоторые эмпирические соотношения для расчета коэффициентов теплоотдачи при сохранении агрегатного состояния теплоносителя. 58. Теплоотдача с изменением агрегатного состояния теплоносителя. Кипение жидкостей. Конденсация пара. 59. Основы переноса теплоты излучением. Теплоотдача при одновременном действии механизмов конвекции и излучения. 60. Теплообмен при непосредственном соприкосновении сред. 61. Теплообмен между пленкой жидкости и газовый потоком. 62. Теплообмен сплошных сред с дисперсными средами. 63. Теплообмен между твердой частицей и обтекающим ее потоком жидкости (газа). 64. Теплообмен в дисперсных средах газ - твердые тела: в стационарном, движущемся, псевдоожиженном слоях. 65. Теплообмен между дисперсной средой и твердой, поверхностью. 66. Методы интенсификации процессов теплоотдачи. 67. Теплоотдача через плоские и цилиндрические (одно- и многослойные) стенки при постоянных температурах теплоносителей. Определение движущей силы теплопередачи для типовых случаев движения теплоносителей в теплообменниках (прямоток, противоток, перекрестный ток, смешанный ток). 68. Расчет скорости теплопередачи в нестационарных условиях. 69. Экспериментальные метода исследования процессов переноса тепла в аппаратах химической технологии. 70. Способы подвода и отвода тепла в промышленной химической аппаратуре. Теплообменные аппараты. 71. Классификация промышленных теплоносителей, их сравнительные характеристики и области применения. Схемы нагревательных установок. 72. Теплообменные аппараты, их классификация. 73. Устройство типовых теплообменных аппаратов: с трубчатыми поверхностями теплообмена, с плоскими поверхностями, аппараты с очищаемой в процессе работы по- верхностью теплообмена, градирни, конденсаторы смешения, регенеративные теплообменники и др. 74. Расчет основных размеров в оптимальных режимов работы теплообменников при их проектировании; использование ЭВМ. 75. Выпарные установки 76. Расчет выпарных аппаратов. Классификация процесса выпаривания, основные виды выпарных установок. 77. Элементы расчета выпарных аппаратов: 78. Составление материального и теплового балансов. 79. Определение температурных потерь я расчет температуры кипения растворов. 80. Способы распределения полезной разности температур по корпусам и оптимизация числа корпусов в многокорпусных выпарных установках. Методы интенсификации процессов выпаривания. 81. Холодильные процессы 82. Применение процессов получения искусственного холода в химической технологии и их классификация. 83. Теоретические основы получения искусственного холода. Холодильные агенты, их характеристики и области применения. Массообменные процессы 84. Классификация массообменных процессов химическое технологий, как методов разделения многокомпонентных систем. 85. Роль массообменных процессов в решении задачи охраны окружающей среды. 86. Общие сведения о процессах переноса массы. Основные понятия. Механизмы переноса. 87. Общие уравнения переноса вещества в многофазных многокомпонентных средах, начальные и граничные условия. 88. Замыкающие соотношения. 89. Получение замывающие соотношений методами термодинамики необратимых процессов. 90. Существующие подходы к описанию массообменных процессов в дисперсных системах, основанные на рассмотрении элементарных актов массообмена. 91. Применение моделей структуры потоков при моделировании процессов переноса вещества в многофазных средах. 92. Основные теории массообмена (теория диффузионного пограничного слоя, двухпленочная теория, теория обновления поверхности и т.д.) 93. Инженерные методы расчета массообменных процессов в аппаратов химической технологии. 94. Расчет размеров массообменных аппаратов с непрерывным контактом фаз на основе коэффициентов массопередачи, высоты единиц переноса (ВЕП), высоты эквивалентной теоретической тарелки (ВЭТТ). 95. Расчет размеров массообменных аппаратов со ступенчатым контактов фаз. 96. Массобменные процессы с подвижной границей раздела фаз. 97. Основные термодинамические соотношения, описывающие равновесное состояние фаз в многокомпонентных системах. 98. Равновесие жидкость-пар в многокомпонентных и бинарных системах. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Законы Коновалова и Вревского. Равновесие жидкость-пар идеальных смесей. Закон Рауля. 99. Расчет равновесия неидеальных смесей в системе жидкость-пар. Константа фазового равновесия, летучесть, их связь с коэффициентами активности. 100. Уравнение Вильсона. 101. Равновесие в системах жидкость-газ. Закон Генри. Равновесие в многокомпонентных системах. Равновесие в системах с химическим взаимодействием. 102. Равновесие в системах жидкость-жидкость. Коэффициент распределения, коэффициент селективности, их расчет по величинам активности. 103. Массообменные процессы в системах газ (пар) – жидкость 104. Массообмен одиночного пузыря газа (пара) с окружающей жидкостью при малых числах Re . 105. Массообмен радиально пульсирующего и растущего пузырей с окружающем потоком жидкости. 106. Влияние ПАВ, поверхностного натяжения (конвекция Марангони), электромагнитного поля и т.д. на массообмен между одиночным пузырем и окружающей жидкостью. Массообмен между пузырем и жидкостью в стесненных условиях обтекания. 107. Массообмен в пленках жидкости, в струях газа к жидкости. 108. Массообмен в двухфазных снстемах с химическим взаимодействием, Массообмен в элементе аппарате с насадкой, а также на тарелках при различных гидродинамических режимах. 109. Экспериментальные методы исследования массообменных процессов в системах газ (пар) - жидкость. 110. Основные типы контактных устройств массообменных аппаратов для систем газ (пар) - жидкость. 111. Абсорбция. 112. Общая характеристика процесса абсорбции в области ее промышленного применения. 113. Изотермическая (неизотермическая) абсорбция в случае летучего (нелетучего) растворителя с рециклом (без рецикла) газовой или жидкой фаз. 114. Аппаратурное оформление абсорбционно-десорбционных процессов. Основы расчета изотермической (неизотермической) абсорбции. Абсорбция многокомпонентных смесей. 115. Абсорбция, сопровождающаяся химической реакцией в жидкой фазе. 116. Методы десорбции. 117. Методы интенсификации абсорбционных процессов. 118. Ректификация и дистилляция 119. Общая характеристика процесса. Вида процессов ректификации и дистилляции в области их применения. 120. Принципиальная схема ректификационных установок простой, сложной ректификации с промежуточным отбором и вводом материальных и тепловых потоков. 121. Ректификация при вводе питания в различных фазовых состояниях. 122. Аппаратурное оформление процесса ректификации. 123. Расчет бинарной ректификации в колонне непрерывного и периодического действия. Расчет ректификации многокомпонентных смесей. Математическое описание процесса, современные алгоритмы расчета. 124. Специальные методы процесса ректификации : азеотропная, экстрактивная ректификация с химическим взаимодействием. 125. Методы интенсификации процесса ректификации. 126. Экстракция в системе жидкость-жидкость. 127. Общая характеристика процесса экстракции и области промышленного применения. 128. Массообмен между каплей потоком жидкости при различных числах Rе и Ре . 129. Технологические схемы процесса экстракции (схемы с противоточным движением фаз, о перекрестным движением фаз, с рециркуляцией части растворителя). 130. Аппаратурное оформление процесса экстракции. 131. Графический и аналитический расчет экстракции. 132. Учет влияния обратного перемешивания на работу экстракционных колонн. 133. Методы интенсификации процесса экстракции. 134. Массообменные процессы с неподвижной границей раздела фаз 135. Массообменные процессы в системе газ-твердое тело. Сушка 136. Общая характеристика процесса сушки и области его промышленного применения. 137. Виды высушиваемых материалов, используемых в химической и смежных отраслях промышленности. 138. Классификация процессов сушки. 139. Термодинамические свойства паро-газовых смесей. 140. Равновесие в системах капиллярно-пористый влажный материал -сушильный агент. 141. Движущие силы обуславливающие перенос вещества и теплоты вкапиллярнопористых влажных материалах. 142. Потенциал переноса влаги. Общая система дифференциальных уравнений, описывающая тепло-массоперенос в капиллярно-пористых влажных материалах, начальные, граничные условия и замыкающие соотношения. Частные модели тепломассопереноса в процессах сушки. 143. Экспериментальные методы исследования кинетики сушки. Аппаратурное оформление процесса сушки твердых, дисперсных, пастообразных, жидких и других материалов. 144. Методы расчета сушильных аппаратов. Методы интенсификации процессов сушки. 145. Адсорбция в системе газ – твердое тело 146. Общая характеристика процесса адсорбции и области его промышленного применения. 147. Описание явления адсорбции на молекулярном уровне. 148. Теория адсорбции Гиббса, Изотермы нелокализованной и локализованной адсорбции Потенциальная теория адсорбции. Теория объемного заполнения пор., 149. Процессы переноса в зерне адсорбента: 150. Общие уравнения переноса, 151. Постановка и решение внутридиффузионных задач изотермической адсорбции для зерен различной формы при линейной и нелинейной изотермах. 152. Тепло- и массоперенос в зерне адсорбента при неизотермической 153. адсорбции. 154. Внешнедиффзионная задача адсорбции. 155. Влияние флуктуаций физических параметров газа, обтекающего зерно адсорбента на процесс адсорбции. 156. Экспериментальные методы исследования кинетики процесса адсорбции. 157. Аппаратурное оформление процесса адсорбции. 158. Теоретический анализ и расчет процесса адсорбции в стационарном режиме, движущемся в взвешенном сдоях. 159. Методы интенсификации процесса адсорбции. 160. Массообменные процессы в системе твердое тело – жидкость 161. Растворение и экстрагирование (выщелачивание). Основные равновесные соотношения, используемые при расчете процессов растворения и экстрагирования. 162. Растворение. Общая характеристика процесса растворения в области его промышленного применения. Кинетика растворения одиночной частицы, массовое растворение. 163. Экспериментальные методы исследования растворения. 164. Аппаратурное оформление процесса растворения. 165. Методы расчета аппаратов для растворения твердых материалов при различной гидродинамической структуре потоков. Методы интенсификации процесса растворения. 166. Экстрагирование. Общая характеристика процесса экстрагирования и области его промышленного применения. 167. Физические характеристики капиллярно-пористых материалов, участвующих в процессах экстрагирования (пористость, удельная поверхность и т.д.) и методы их определения. 168. Теоретический. анализ процесса экстрагирования на уровне одиночной твердой частицы с учетом внешней в внутренней диффузии, а такие химических взаимодействий. 169. Экспериментальные методы исследования кинетики процесса 170. экстрагирования. 171. Аппаратурное оформление процесса экстрагирования. 172. Методы расчета аппаратов для экстрагирования (каскад реакторов полного перемешивания), противоточный экстрактор, шнековый экстрактор, экстрактор с псевдоожижженным слоем и т.д. 173. Методы интенсификации процесса экстрагирования. 174. Кристаллизация 175. Общая характеристика процесса кристаллизации и области его 176. промышленного применения. 177. Основные равновесные соотношения, используемые при расчете процессе кристаллизации. 178. Диаграммы состояния раствор (расплав, пар) - кристаллическая фаза для однокомпонентных и многокомпонентных смесей. 179. Образование зародышей. Термодинамические основы образования кристаллической фазы. 180. Механизмы зародышеобразования (гомогенное, гетерогенноезародышеобразование, эпитаксия). 181. Теория кинетики зародышеобразования. Кинетические теории роста кристаллов. Тепло-массообмен растущего кристалла с окружающий потоком раствора. 182. Массовая кристаллизация, феноменологический и статистический подход к описанию процессов массовой кристаллизации. 183. Рост кристаллов в стесненных условиях обтекания, агрегация и дробление кристаллов. Динамика распределения кристаллов по размерам. 184. Технологические схемы установок для осуществления процесса кристаллизации 185. Аппаратурное оформление процесса кристаллизации. 186. Метода расчета кристаллизаторов (расчет одно- и многоступенчатых кристаллизационный установок, расчет вакуум кристаллизационной установки и т,д.) 187. Метода интенсификации процесса кристаллизации. 188. Адсорбция в системе твердое тело - жидкость и ионный обмен. 189. Общая характеристика процессов адсорбции и ионного обмена и области их промышленного применения. 190. Равновесие в бинарных многокомпонентных системах при адсорбции и ионном обмене . 191. Процессы переноса в зерне адсорбента, ионита. Механизм переноса вещества при адсорбции. Особенности переноса вещества при ионном обмене. 192. Общие уравнения переноса. 193. Постановка и решение внешнедиффузионной и внутридиффузионной задачи адсорбции и ионного обмена. 194. Типы адсорбентов и ионитов, их основные свойства. 195. Технологические схемы установок для осуществления процессов адсорбции и ионногоо обмена. 196. Аппаратурное оформление процессов адсорбции и ионного обмена. 197. Расчет процессов адсорбции и ионного обыска в стационарном, движущемся и взвешенном слоях. 198. Методы интенсификации процессов адсорбции и ионного обмена. 199. Мембранные процессы 200. Общая характеристика мембранных процессов и области их промышленного применения. 201. Термодинамическое равновесие в системе мембрана - раствор. Распределение вещества между мембраной и раствором. Осмотическое давление. Равновесие. 202. Механизм массопереноса в мембранных процессах. 203. Массоперенос в мембранах. Массоперенос в фазе раствора, контактирующего с мембраной. Концентрационная поляризация. Способы снижения концентрационной поляризации. 204. Влияние внешних факторов (давленая, температуры, концентрации, акустических колебаний и т.д.) на мембранные процессы, экспериментальные методы исследования мембранных процессов. 205. Типы мембран. Конструкции мембранных аппаратов. 206. Методы расчета мембранных процессов и аппаратов. 207. Пути интенсификации мембранных процессов. 2.Учебно-методическое и информационное обеспечение программы вступительного экзамена в аспирантуру по специальности Основные и запасные источники информации Основные источники информации Запасные источники информации 1 2 1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты 6 Касаткин А.Г. Основные процессы и химической технологии. аппараты химической технологии. 1, 2 ч. М. - :Химия, 2002. 400, 368с. Альянс С, 2005. 750 с. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М: Химия, 1971.784 с. -М: - 2.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи 7 Павлов К.Ф., Романков ИГ, Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процес- по курсу процессов и аппаратов сов и аппаратов химической химической технологии. - М: техноло- гии. Л: Химия, 1987. 576с. Альянс С, 2006.575 с. Павлов К.Ф., Романков ИГ, Носков А.А. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Примеры и задачи по курсу процессов и Носков А.А. Примеры и задачи аппаратов химической по курсу процессов и аппаратов технологии. Л: Химия, 1981. 560 с. химической технологии. - М: Альянс С, 2005.575с. 3. Гельперин Н.И. Основные процессы и 8 Скобло А.И., Трегубова И.А, МОлокааппараты химической технологии – М.: нов Ю.К. Процессы и аппараты нефтепеХимия, 1981, 811 рерабатывающей и нефтехимической промышленности – М. Химия, 1982,584 4 Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие 9 Основные процессы и аппараты химипо ческой технологии. Пособие проектированию. под ред. Ю.И. по проектированию. под ред.Ю.И. Дыт- Дытнерского. М.: Химия, нерского. М: Химия1983. 272с. 1991.496 с. 5 Александров И.А. Массопередача при 10 Багаутдинов С.А. Основы теории и ректификации и абсорбции многокомпо- расчета перегонки и ректификации.-М: нентных смесей – Л.: Химия, 1975, 320 с. Химия, 1974, 440 с Дополнительная литература В качестве дополнительных источников информации рекомендуется использовать следующую литературу: Таблица – Дополнительные источники информации Дополнительные источники информации 11. Разинов А.И. , Маминов О.В., Дьяконов Г.С. Теоретические основы процессов химической технологии: Учебное пособие. Казань: КГТУ, 2005.362 с. 12 Выполнение и оформление курсового проекта по процессам и аппаратам химической технологии: Метод. Указания. Сост. О.В. Маминов и др. КазаныКГТУ, 2002. 40 с. 13 Лащинский А.А., Толчинский А.Г. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. Л.: Машиностроение, 1970.752 с. 14. Клинов, А.В. Лабораторный практикум по математическому моделированию химико-технологических процессов: учебное пособие / А.В. Клинов, А.В. Малыгин; М-во образ. и науки РФ, Казан. гос. технол. ун-т. – Казань: КГТУ, 2011. – 100 с. Учебно-методическая литература Таблица – Учебно-методическая литература Учебно-методическая литература 1 Лабораторный практикум по процессам и аппаратам химической технологии: Учебное пособие. под ред. проф. Г. С.Дьяконова. КГТУ. Казань, 2005.236 с. Расчет процесса экстракции в колонном аппарате. Методические указания. под. ред. проф. О.В. Маминова, КГТУ. Казань, 2004.52 с. в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы http://www.kstu.ru/1leveltest.jsp?idparent=1818