1. Кнорре Д.Г., Крылова Л.Ф., Музыкантов В.С. Физическая химия. М.: Высш. шк., 1990:
2. Даниэльс Ф., Олберти Р., Физическая химия. М.: Мир, 1978. :
3. Киреев В.А. Курс физической химии. М.: Химия, 1975. :
4. Герасимов Я.И. и др. Курс физической химии. кн. 1 и 2. М.: Химия, 1973. :
5. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. М.: Высш. шк., 2003. :
6. Физическая химия, под ред. К.С.Краснова. кн. 1 и 2. М.: Высш. шк., 2001. :
7. Мелвин-Хьюз Э.А., Физическая химия, кн. 1 и 2, М.: Изд. ИЛ, 1962. :
8. Эткинс П. Физическая химия. тт. 1 и 2, М.: “Мир”, 1980. :
9. Еремин В.В. и др. Задачи по физической химии. М.: “ЭКЗАМЕН”, 2003. :
10. Краткий справочник физико-химических величин, под ред. Равделя А.А. и Пономаревой А.М., Л.: Химия, 1983.

СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Элементарные частицы, образующие атомное ядро и атом. Основные характеристики атомного ядра. Элементы. Нуклиды и изотопы. Атомная единица массы и число Авогадро. Дефект массы. Радиоактивный распад. Ядерные реакции. Меченые атомы.

Атом водорода и водородоподобные частицы. Волновая функция и состояние электрона в атоме. Вероятность, плотность вероятности, радиальная функция распределения. Атомные орбитали. Квантовые числа и их физический смысл.

Многоэлектронные атомы. Принцип Паули. Электронные конфигурации атомов и периодическая система элементов. Правило Хунда. Потенциал ионизации. Сродство к электрону.

Химическая связь в ионе Н2⁺. Молекулярные орбитали. Длина связи. Энергия связи. Двухатомные частицы: ионы и молекулы, состоящие из элементов I- и II-го периодов. σ- и π- связи. Энергетическая диаграмма молекулярных орбиталей. Правила заполнения молекулярных орбиталей электронами. Кратность (порядок) связи.

Двухэлектронные связи в многоатомных молекулах. Геометрическое строение молекул с точки зрения гибридизации и метода отталкивания валентных электронных пар.

Многоцентровые молекулярные орбитали. Электронодефицитные частицы. Сопряженные кратные связи. Теория кристаллического поля. Расщепление d-орбиталей в октаэдрическом и тетраэдрическом полях. Теория поля лигандов. Комплексные соединения.

Диполь. Дипольный момент связи. Электроотрицательность атомов. Факторы, влияющие на дипольный момент молекулы. Поляризуемость молекул. Поляризация вещества. Диэлектрическая постоянная. Магнитный момент частиц. Парамагнетизм и диамагнетизм.

Ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Ковалентные и ван-дер-ваальсовы радиусы атомов. Модели молекул. Водородная связь. Взаимодействие ионов.

Газы, жидкости, твердые тела, кристаллы. Пространственная решетка. Простейшие ионные, атомные и металлические решетки (решетка хлористого натрия, алмаза, кубические, гранецентрированные и плотноупакованные решетки). Рентгеноструктурный анализ, уравнение Вульфа-Брэгга. Дефекты в реальных кристаллах. Электронная структура кристаллов. Модель свободных электронов в металлах. Зонная теория твердых тел. Металлическая проводимость. Изоляторы и полупроводники. Уровень Ферми. Электронная и дырочная проводимость.

Электромагнитное излучение и вещество. Физическая сущность и информативность методов: электронной спектроскопии, колебательной и вращательной спектроскопии. Магнитной радиоспектроскопии. Электронный парамагнитный резонанс и свободные радикалы. Ядерный магнитный резонанс: химический сдвиг и расщепление сигналов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Маррелл Дж., Кеттл С., Теддер Дж. Теория валентности. М.: Мир, 1968. :
2. Маррелл Дж., Кеттл С., Теддер Дж. Химическая связь. М.: Мир, 1980. :
3. Джаффе Г., Орчин М. Симметрия в химии. М.: Мир, 1977. :
4. Коулсон Ч. Валентность. М.: Мир, 1965. :
5. Грей Г. Электроны и химическая связь. М.: Мир, 1967. :
6. Стретвизор Э. Теория молекулярных орбиталей для химиков-органиков. М.: Мир, 1965. :
7. Краснов К.С. Молекулы и химическая связь. М.: Высш. шк., 1977. :
8. Картмелл Э., Фоулс Г.В.А. Валентность и строение молекул. М.: Химия, 1979. :
9. Киттель Ч. Элементарная физика твердого тела. М.: Наука, 1968. :
10. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. М.: Мир, “Изд. АСТ”, 2003. :
11. Драго Р. Физические методы в химии. Тт. 1 и 2. М.: Мир, 1981.

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Термодинамические параметры. Теплота и работа. Внутренняя энергия и первое начало термодинамики. Уравнения состояния. Системы: открытые, закрытые и изолированные. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия и второе начало термодинамики. Фундаментальные уравнения Гиббса. Термодинамические потенциалы и характеристические функции. Энтальпия, энергия Гельмгольца и энергия Гиббса. Направление самопроизвольного процесса и условия равновесия.

Гомогенные и гетерогенные системы. Химические переменные и число независимых реакций. Парциальные молярные величины компонентов. Химические потенциалы. Уравнения Гиббса-Дюгема. Правило фаз Гиббса.

Изохорная и изобарная теплоемкости. Температурная зависимость термодинамических свойств вещества. Третье начало термодинамики и абсолютные значения энтропии веществ. Уравнения Гиббса–Гельмгольца. Тепловые эффекты реакций. Энтальпии образования химических соединений. Стандартные состояния. Закон Гесса. Определение теплоты реакции из теплот сгорания. Расчет энтальпии реакций из термодинамических свойств веществ. Закон Кирхгофа.

Уравнения состояния и термодинамический потенциал идеального газа. Стандартный термодинамический потенциал реального газа и летучесть. Фазовое равновесие в однокомпонентной системе, уравнение Клаузиуса–Клапейрона.

Энтропия смешения идеальных газов. Химический потенциал компонента идеальной газовой смеси. Изотерма химической реакции. Константа равновесия. Температурная зависимость константы равновесия — изобара Вант Гоффа. Смещение равновесия и принцип Ле Шателье – Брауна. Реакции с участием конденсированных несмешанных фаз и идеальных газов. Учет неидеальности газовой фазы. Расчет констант равновесия. Расчет равновесного состава.

Идеальные растворы: совершенные и предельно разбавленные. Химические потенциалы компонентов идеальных растворов. Равновесие жидкость — пар: законы Рауля и Генри. Неидеальный раствор, активность. Химическое равновесие в растворах.

Фазовые равновесия раствора с чистым компонентом. Мембранное равновесие и осмотическое давление. Равновесия между двумя двухкомпонентными фазами. Зависимость равновесных давлений от состава. Азеотропия. Фазовые диаграммы (кипения и плавкости) бинарных систем. Эвтектика.

Химический потенциал электролита в растворе: активности электролитов, среднеионные величины и стандартные значения. Водородная шкала. Зависимость коэффициента активности от ионной силы по теории Дебая – Хюккеля. Кислотно - основное равновесие. Константа ионизации и константа основности. Ионное произведение воды. Концентрация ионов водорода (pH).

Гальванические элементы. ЭДС и потенциалы электродов. Окислительно-восстановительное равновесие. Уравнение Нернста. Типы электродов. Водородный электрод. Стандартные электродные потенциалы и условные термодинамические функции ионов.

Поверхностное натяжение. Изотерма адсорбции Гиббса. Теплота и энтропия адсорбции. Изотерма Лэнгмюра. Полимолекулярная адсорбция паров — изотерма БЭТ.

Статистическое обоснование термодинамики. Микросостояния макроскопических систем. Каноническое и микроканоническое распределение Гиббса. Статсумма и статвес. Связь между статсуммой и термодинамическими величинами. Молекулярная статсумма для идеального газа. Поступательные, вращательные и колебательные степени свободы: энергетические спектры, статвеса уровней и статсуммы. Электронные состояния: учет статсуммы основного состояния и возбуждения. Расчет термодинамических свойств идеальных газов из молекулярных констант. Статсумма смеси идеальных газов и статистический расчет констант равновесия химических реакций.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бажин Н.Б., Иванченко В.А., Пармон В.Н. Термодинамика для химиков. М.: Химия, 2000; Изд-е 2-е, М.: Колосс, 2004. :
2. Полторак О.М. Термодинамика в физической химии. М.: Высш. шк., 1991. :
3. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. М.: Химия, 1975. :
4. Еремин Е.Н. Основы химической термодинамики. М.: Высш. шк., 1978. :
5. Мюнстер Ф. Химическая термодинамика. М.: Мир, 1971. :
6. Хачкурузов Г.А. Основы общей и химической термодинамики. М.: Высш. шк., 1979. :
7. Смирнова Н.А. Методы статической термодинамики в физической химии. М.: Высш. шк., 1982. :
8. Смирнова Н.А. Молекулярные растворов. Л.: Химия, 1987.
13. Музыкантов В.С., Бажин Н.М., Пармон В.Н., Булгаков Н.Н., Иванченко В.А. Задачи по химической термодинамике. М.: Химия, 2001.

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

Механизм химической реакции. Скорость химической реакции. Простые реакции. Закон действующих масс. Порядок реакции. Константа скорости химической реакции. Уравнение Аррениуса. Предэкспоненциальный множитель и энергия активации.

Кинетические уравнения и кинетические кривые для реакций 1-го, 2-го и 3-го

порядков. Сложные реакции: обратимые, параллельные и последовательные. Метод стационарных концентраций и квазиравновесное приближение. Лимитирующая стадия.

Кинетическое описание реакций в открытых системах. Реакторы полного перемешивания и идеального вытеснения.

Методы определения порядка реакции и кинетических констант из экспериментальных данных.

Методы расчета константы скорости реакций. Теория столкновений. Фактор двойных столкновений и стерический фактор. Теория активированного комплекса. Поверхность потенциальной энергии, координата реакции и переходное состояние. Условия применимости теории активированного комплекса. Теория Линдемана.

Кинетика реакций в жидкости. Диффузионно контролируемые. Клеточный эффект. Учет влияния среды.

Нетермическое инициирование химических реакций. Сопряженные реакции и химическая индукция. Фотохимические реакции. Основной фотохимический закон. Закон Бугера-Ламберта-Бэра. Квантовый выход.

Автокаталитические реакции. Автоколебательные реакции. Схема Вольтера−Лотке.

Основные стадии цепных реакций. Диффузионный и кинетический контроль реакций линейного обрыва на стенках. Неразветвленные цепные реакции. Выражение для средней длины цепи. Разветвленные цепные реакции. Нижний и верхний пределы самовоспламенения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Замараев К.И. Курс химической кинетики. В 3-х частях. Новосибирск: НГУ, 2004.
2. Эмануэль Н. М., Кнорре Д. Г. Курс химической кинетики. М.: Высш. шк., 1984.
3. Денисов Е. Т. Кинетика гомогенных химических реакций. М.: Высш. шк., 1988.
4. Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е. Кинетика и механизм газофазных реакций. М.: Наука, 1974.
5. Пурмаль А.П., А, Б, В … жимической кинетики. М.: ИКЦ “Академкнига”, 2004.
6. Панченков Г. М., Лебедев В. П. Химическая кинетика и катализ. М.: Химия, 1974.
7. Лайдлер К. Кинетика органических реакций. М.: Мир, 1966.
8. Эйринг Г., Лин С.Г., Лин С.М. Основы химической кинетики. М.: “Мир”, 1983
9. Бенсон С. Основы химической кинетики. М.: Мир, 1964.
10. Бенсон С. Термохимическая кинетика. М.: Мир, 1971.
11. Хоффман Р.В. Механизмы химических реакций. М.: Мир, 1979.
12. Сборник задач по химической кинетики и катализу. Под. ред. Савинова Е.Н., Пармона В.Н., Новосибирск: НГУ, 1997.

КАТАЛИЗ

Определение катализа и катализатора. Катализ и химическое равновесие. Классификация каталитических процессов. Промоторы и каталитические яды. Каталитическая активность и избирательность. Методы измерения.

Природа действия катализаторов. Факторы, определяющие скорость химического превращения. Степень компенсации энергии разрывающихся и образующихся связей как мера оптимальности пути протекания реакции. Новые реакционные пути, открываемые катализатором. Понятие о каталитическом цикле.

Формы промежуточного химического взаимодействия при катализе. Активация реагентов при взаимодействии с активным центром, сближение реагентов при взаимодействии с активным центром, снятие запрета по симметрии. Энергетический и структурный факторы при взаимодействии реагирующих веществ с катализатором.

Гомогенный катализ. Катализ кислотами и основаниями. Правило Бренстеда. Общий и специфический кислотно-основной катализ. Катализ кислотами Льюиса. Катализ комплексными соединениями металлов. Понятие о координационной активации молекул. Катализ ферментами. Схема Михаэлиса−Ментен.

Гетерогенный катализ. Удельная и атомная активность. Правило Борескова. Роль адсорбции в гетерогенном катализе. Физическая адсорбция и хемосорбция. Неоднородность поверхности катализаторов. Зависимость теплоты адсорбции от заполнения поверхности. Энергия активации гетерогенно-каталитических реакций.

Структура и текстура твердых катализаторов. Современные методы исследования состава и структуры поверхностного слоя. Измерение величины поверхности и пористости.

Металлические, оксидные и цеолитные катализаторы. Скелетные катализаторы. Нанесенные катализаторы и способы их получения. Мембранные катализаторы.

Взаимодействие катализатора и реакционной среды. Дезактивация катализаторов. Нестационарный катализ.

Области протекания гетерогенно-каталитических реакций: внешнедиффузионная, внутридиффузионная и кинетическая.

Стадии гетерогенно-каталитических реакций. Кинетика реакций в условиях адсорбционного равновесия. Модели Или−Ридила и Лэнгмюра−Хиншельвуда.

Исследование кинетики гетерогенно-каталитических реакций в статических, проточных и проточно-циркуляционных (безградиентных) реакторах. Обработка экспериментальных данных, получение кинетических уравнений и их связь с механизмом реакций. Изотопные методы в исследовании катализа.

Основные этапы развития представлений о катализе. Физические и химические

теории катализа.

Каталитические процессы в природе. Катализ в современной промышленности — химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и пищевой.

ЛИТЕРАТУРА

1. Накамура А., Цуцуи М. Принципы и применение гомогенного катализа. М.: Мир, 1983.
2. Мастерс К. Гомогенный катализ переходными металлами. М.: Мир, 1983.
3. Хенрици-Оливэ Г., Оливэ С. Координация и катализ. М.: Мир, 1980.
4. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М.: Наука, 1986.
5. Крылов О.В. Гетерогенный катализ, чч. I – IV, Новосибирск: НГУ, 2002.
6. Ридил Э. Развитие представлений в области катализа. М.: Мир, 1971.
7. Томас Дж., Томас У. Гетерогенный катализ. М.: Мир, 1969.
8. Полторак О.М. Лекции по теории гетерогенного катализа. М.: Изд-во МГУ, 1968.
9. Полторак О.М., Чухрай Е.С. Физико-химические основы ферментативного катализа. М.: Высш. шк., 1971.
10. Березин И.В., Мартинек К. Основы физической химии ферментативного катализа. М.: Высш. шк., 1977.
11. Трепнел Б. Хемосорбция. М.: ИЛ, 1958.
12. Киперман С.Л. Основы химической кинетики в гетерогенном катализе. М.: Химия, 1979.
13. Яблонский Г.С., Быков В.И., Горбань А.Н. Кинетические модели каталитических реакций. Новосибирск: Наука, 1983.
14. Розовский А.Я. Катализатор и реакционная среда. М.: Наука, 1988.
15. Сеттерфилд Ч. Практический курс гетерогенного катализа. М.: Мир, 1984.
16. Фенелонов В.Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. Новосибирск: Изд. СО РАН, 2004.

Направление Химическая технология 18.06.01

Программа вступительных экзаменов по курсу «Процессы и аппараты химических технологий»

Введение

Предмет науки “Теоретические основы и методы математического моделирования химических процессов и аппаратов” и ее место в ряду других физико-химических и технических наук. Что такое математическое моделирование? История развития. Современное состояние химической промышленности в России и в мире. Роль математического моделирования в создании новых процессов и модернизации существующих.

Современные методы исследования процессов и аппаратов, применение компьютерных технологий.

Аппаратурно-процессная единица (элемент процесса) и законы сохранения

Аппаратурно-процессные единицы (АПЕ) - определение понятия.

АПЕ периодического и непрерывного действия. Их особенности. Цикличность периодического процесса. Ступенчатые и непрерывные процессы. Основные физические величины, описывающие элемент процесса, их размерности.

Принципиальная схема процесса:

Химический состав исходного сырья, промежуточных и конечных продуктов, последовательность отдельных процессов, типы аппаратов и машин.

Тепловые процессы

Способы передачи тепла

Теплопроводность, закон Фурье. Дифференциальное уравнение теплопроводности в стационарном и нестационарном режимах. Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности. Теплопроводность однослойной и многослойной стенки.
Лучистый теплообмен.

Конвективный теплообмен. Естественная и вынужденная конвекция. Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена. Основное уравнение теплоотдачи.
Передача тепла при изменении агрегатного состояния. Теплообмен при кипении.

Теплопередача через стенку

Основное уравнение теплопередачи. Теплопередача через плоскую однослойную и многослойную стенку. Определение температурного напора при прямотоке и противотоке теплоносителей.
Принцип сложения термических сопротивлений. Влияние режимов движения на интенсивность теплопередачи.

Теплообменные аппараты

Конструкции теплообменных аппаратов, их классификация. Принципы расчета теплообменников.

Поверхностные теплообменники: кожухотрубные, труба в трубе, пластинчатые.

Воздушные холодильники. Котлы-утилизаторы.

Массообменные процессы

Молекулярная диффузия

Феноменологическая теория молекулярной диффузии. Диффузия в жидкостях.
Диффузия в пористых материалах. Уравнения скоростей для молекулярной диффузии.

Турбулентная диффузия

Турбулентность, турбулентная вязкость, турбулентная диффузия, коэффициент турбулентной диффузии. Турбулентные числа Шмидта и Прандтля. Осевое рассеяние в трубчатых и насадочных аппаратах.

Массообмен на границе раздела фаз

Модель неподвижной пленки. Модель проницания. Теория обновления поверхности. Коэффициент массоотдачи, формы его выражения. Скорость массопередачи на поверхностях с простой конфигурацией: плоские поверхности, стекающие пленки жидкости. Расчет коэффициентов массопереноса (критериальные уравнения) между жидкостью и твердой сферой: неподвижная насадка, твердые частицы, взвешенные в сосудах с мешалками. Капли, пузыри.

Термодинамика фазовых превращений (абсорбция/десорбция, конденсация/испарение).

Фазовые равновесия: Законы Рауля и Генри, области их применимости. Уравнения состояния для реальных флюидов (газов, жидкостей). Понятие фугитивности (активности). Термодинамические условия фазового равновесия многокомпонентных смесей. Математическая модель, балансовые ограничения. Абсорбция, десорбция, испарение, конденсация в отдельной равновесной ступени, условия фазового равновесия. Уравнения материального баланса. Алгоритм решения задачи с использованием ЭВМ (факультативно).

Адсорбция газов и растворенных веществ.

Характеристика типов адсорбции, физические основы процесса адсорбции. Физическая адсорбция и хемосорбция. Изотермы адсорбции Ленгмюра. Типы адсорбентов. Теплота адсорбции. Скорость адсорбции. Уравнения адсорбционных изотерм. Изотерма Лэнгмюра, ее математический вывод, упрощающие допущения.

Химические процессы и реакторы

Общие сведения о химических процессах; их место и значение в общей технологической схеме химических производств. Химические реакторы, их классификация. Влияние гидродинамических, тепловых и массообменных факторов на основные характеристики химического реактора.

Промышленный катализ, области применения и значение. Роль катализа в развитии химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Гомогенные и гетерогенные процессы.

Классификация химических реакторов: по тепловому режиму: изотермические, адиабатические, политропические, по гидродинамическому режиму: идеальное смешение, идеальное вытеснение, промежуточный режим, по типу фаз: однофазные, двух и многофазные, по типу слоя катализатора: неподвижный слой, псевдоожиженный слой. Классификация реакторов по конструктивным признакам: неподвижный слой, трубчатый реактор, псевдоожиженный слой.

Основные принципы расчета химических реакторов. Физическое и математическое моделирование. Проблемы масштабного перехода. Методы построения и типы математических моделей. Стохастические и детерминированные модели.
Иерархическая структура модели.

Физико-химические свойства реагентов и их смесей

Методы расчета физико-химических свойств. Физико-химические свойства газовых смесей. Изменение стандартной энергии Гиббса реакции, мольная теплоемкость, энтальпия. Их расчет по табличным термодинамическим данным. Фугитивность, активность, коэффициенты фугитивности и активности. Коэффициент молекулярной и кнудсеновской диффузии. Динамический коэффициент вязкости.

Прикладной термодинамический анализ.

Понятие химическое равновесие. Глубина протекания реакции. Эффективность работы слоя катализатора, реакторного блока. Прогноз глубины протекания процесса. Подбор технологических параметров для сдвига равновесия.

Расчет констант равновесия:

По данным стандартных термодинамических таблиц величин ΔG ⁰ – изменения стандартной энергии Гиббса реакции (K⁰_p ),.
По данным о коэффициенте фугитивности вещества i в газовой смеси (K_ф),
Определение K_p через парциальные давления
Определение K_y через мольные доли.
Связь между K⁰_p,K_ф,K_p,иK_yЗависимость константы равновесия от температуры. Сдвиг равновесия при изменении температуры и давления. Установление химического равновесия в адиабатических условиях.

Расчет равновесного состава реакционной смеси

Понятие химической переменной или координаты реакции
Формулировка замкнутой, независимой системы уравнений для решения задачи.
Алгоритмы решения проблемы (факультативно).

Кинетический анализ.

Объект – совокупность химических превращений исходных веществ в целевые и побочные продукты. Конечный результат – адекватная кинетическая модель (кинетические уравнения химических реакций, параметры кинетических уравнений).

Этапы кинетического анализа:

Предварительные исследования – формирование вида уравнения скорости (закон действующих масс, закон действующих поверхностей, разумные предположения о детальном механизме реакции).
Проведение предварительно спланированных экспериментов. Лабораторные кинетические установки, их разновидности.

Расчет кинетических констант (решение обратной задачи). Дискриминация альтернативных кинетических моделей. Многовариантность модели.

Стехиометрия. Стехиометрическая и атомная матрица. Баланс химических элементов.
Понятия простой стехиометрической брутто-реакции, и ее скорости. Понятие “плотности источника” компонента. Разница и аналогия между скоростью реакции и плотностью источника. Общая формула для выражения плотности источников компонентов. Понятия координата реакции и степени превращения.

Сложные реакции как совокупность простых стехиометрических стадий.
Параллельные и последовательные реакции. Число независимых брутто-реакций, метод его определения. Фундаментальное балансовое соотношение (закон сохранения химических элементов) для плотностей источников. Понятие ключевых (зависимых) и неключевых (независимых) компонентов, источников, балансовые связи между ними.
Понятие кинетическая модель. Этапы кинетических исследований. Проточный и безградиентный методы получения данных о кинетике каталитических реакций. Их преимущества и недостатки.

Современные подходы к построению кинетических моделей. Теория стационарных реакций Хориути-Темкина. Феноменологические кинетические модели. Прямая и обратная кинетические задачи как первый этап математического моделировани химических реакторов. Решение обратных задач. Наиболее широко используемые алгоритмы (факультативно)

Закон действующих масс – как простой способ выражения скорости брутто-реакции.
Его полезность и ограничения. Понятия “константа скорости”, “порядок реакции”.
Зависимость константы скорости от температуры. Энергия активации.
Более сложные формы кинетических уравнений типа Ленгмюра-Хиншельвуда. Их вывод на основе представлений о детальном механизме реакции.

Процессы переноса в гетерогенно-каталитических реакционных системах.

Внутренняя диффузия. Первый и второй законы Фика как теоретическая основа описания процессов внутренней диффузии. Анализ зерна катализатора. Эффективная (наблюдаемая) константа скорости. Эффективный коэффициент диффузии, и теплопроводности. Квазигомогенная модель, ее основные предпосылки (внутренняя поверхность намного больше наружной, реакция происходит в основном на внутренней поверхности, радиус пор значительно меньше размера гранул катализатора, поры равномерно пронизывают зерно катализатора). Геометрия зерна (пластина, цилиндр, шар).
Внешняя диффузия. Неоднородная структура потока в слое. Процессы тепло-массообмена потока с внешней поверхностью зерна. Наблюдаемая скорость процесса с учетом внешней диффузии.

Гидродинамический анализ реактора

Объект – “холодный” аппарат, материальные и тепловые потоки в реакторе без учета химических реакций.

Конечный результат – адекватная гидродинамическая модель аппарата – уравнение, характеризующее изменение концентрации вещества и температуры потока, которые обусловлены только движением.

Типовые модели движения потока

Идеальное перемешивание
Идеальное вытеснение
Реальные потоки

Диффузионная модель
Ячеечная модель
Комбинированные модели

Уравнения приведенных выше разновидностей моделей

Типовые (идеальные) модели реакторов

Периодически действующие реакторы закрытого типа
Область их применения. Математическая модель изотермического и адиабатического реактора. Аналитические решения уравнения модели для одной реакции, скорость которой описывается уравнением r = kcⁿ, n=0, 0.5, 1, 2. Выражение для степени превращения в зависимости от продолжительности процесса. Принцип и алгоритм численного решения системы уравнений модели для общего случая (факультативно).

Проточные реакторы идеального смешения
Область их применения. Математическая модель изотермического, адиабатического реактора, и реактора с отводом (подводом) тепла. Понятие условного (фиктивного) времени контакта, способы его выражения. Как учитывать в модели контракцию (изменение мольного потока вещества) в ходе реакции? Аналитические решения уравнения модели для одной реакции, скорость которой описывается уравнением
r = kcⁿ, n=1. Принцип и алгоритм численного решения системы уравнений модели для общего случая (факультативно).

Проточные реакторы идеального вытеснения

Область их применения. Математическая модель изотермического, адиабатического реактора, и реактора с отводом (подводом) тепла. Понятие условного времени контакта, способы его выражения. Как учитывать в модели контракцию (изменение мольного потока вещества) в ходе реакции? Аналитические решения уравнения модели для одной реакции, скорость которой описывается уравнением r = kcⁿ, n=0, 0.5, 1, 2. Принцип и алгоритм численного решения системы уравнений модели для общего случая (факультативно).

Реакторы с неподвижным и псевдоожиженным слоем катализатора

Адиабатический, трубчатый, многослойный, области их применения. Основы гидродинамики зернистых слоев. Гидравлические режимы движения реагентов. Распределение реагентов в аппаратах. Неоднородность потоков Реакторы с псевдоожиженным слоем, их структура. Понятие начало псевдоожижения, число псевдоожижения. Реакторы с движущимся слоем. Двух- и трехфазные реакторы газ-жидкость и газ-жидкость-твердый катализатор. Барботажные слои. Массообмен от пузыря газа к жидкости. Массообмен от жидкости к поверхности твердой частицы. Наблюдаемая скорость реакции, лимитирующая стадия процесса.

Литература

Основная

1. Бенедек П., Ласло А. Научные основы химической технологии. Л.: Химия, 1979. - 376 с.
2. Кравцов А.В., Новиков А.А., Коваль П.И. Компьютерный анализ технологических процессов. Новосибирск, “Наука”, Сибирское предприятие РАН. 1998.
3. Бесков В.С., Флокк В. Моделирование каталитических процессов и реакторов. – М.: Химия, 1991.
4. Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. –М.: Химия, 1999. – 472 с.
5. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. – Новосибирск, Наука, 1986.
6. Слинько М.Г. Пленарные лекции конференций по химическим реакторам: “Химреактор -I” - “Химреактор-III”, Новосибирск, 1996.
7. Йоффе И.И., Письмен Л.М. Инженерная химия гетерогенного катализа. – Л.: Химия, 1972. – 462 с.
8. Арис Р. Анализ процессов в химических реакторах. – Л.: Химия, 1967. – 328 с.
9. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. М.: Химия, 1969. – 260 с.
10. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. – М.: Высшая школа, 1991, - 400 с.
11. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. – М.: Наука, 1967, - 492 с.
12. Карапетянц М.Х. Химическая термодинамика. Изд. 3-е, пер. и доп. М.: Химия, 1975.– 584 с.
13. Термодинамика равновесия жидкость-пар. Под ред. А.Г. Морачевского. Л.:Химия, 1989, - 344 с.

Дополнительная

1. Sandler S.I. Chemical and Engineering Thermodynamics. John Wiley & Sons, Inc. 1999.
2. Levenshpiel O. The Chemical Reactor Omnibook. – Oregon State University, Corvallis, Oregon, 1993.
3. R. Aris, Ends and beginnings in the mathematical modelling of chemical engineering systems, Chemical Engineering Science, v. 48, No 14, pp. 2507 -2517, 1993.

Требования, предъявляемые на вступительном экзамене по иностранному языку

Цель вступительного экзамена – проверить уровень знаний будущего аспиранта по иностранному языку для решения научных и академических задач. Данные требования соответствуют требованиям за полный курс вузовского обучения иностранному языку.

Содержание вступительного экзамена по иностранному языку.

Письменный перевод текста по широкому профилю специальности объемом 2000 печатных знаков со словарем. Время подготовки – 60 минут.
Чтение и устный перевод текста по широкому профилю специальности объемом 1200 печатных знаков без словаря. Время подготовки – 10 минут.
Беседа на иностранном языке по социально-бытовой тематике.

Год приема	04.06.01 Химические науки	18.06.01 Химическая технология
2020	12	1

Направление подготовки	Дата, время	Вступительное испытание	Место проведения
04.06.01 Химические науки	уточняется	Экзамен по специальной дисциплине физическая химия	с использованием дистанционных технологий
04.06.01 Химические науки	26.08.2020	Экзамен по иностранному языку (английскому)	с использованием дистанционных технологий
18.06.01 Химическая технология	уточняется	Экзамен по специальной дисциплине процессы и аппараты химических технологий	с использованием дистанционных технологий
18.06.01 Химическая технология	26.08.2020	Экзамен по иностранному языку (английскому)	с использованием дистанционных технологий