стные и подземные воды. Общее солесодержание. Жесткость воды (общая, временная, постоянная). Окисляемость воды. Реакция воды, прозрачность воды.
Промышленная водоподготовка. Отстаивание. Коагуляция. Флокуляция. Фильтрование. Умягчение воды. Физические и химические методы умягчения, их сравнительная характеристика. Известково-содовый и фосфатный способы умягчения. Обессоливание. Физико-химические методы обессоливания. Баромембранные процессы (обратный осмос, ультрафильтрация, электродиализ). Ионообменный метод. Иониты. Схема установки для обессоливания воды с применением ионитов. Нейтрализация воды. Дегазация воды. Обеззараживание воды. Дистилляция. Вымораживание.
Проблема обезвреживания сточных вод. Классификация сточных вод. Влияние сточных вод различных групп на чистоту водоемов и прилегающих к ним районов. Количественные критерии загрязненности сточных вод.
Пути снижения расхода природной пресной воды и охрана водоемов от загрязнения сточными водами. Организация производств с замкнутой системой водопотребления, ее основные направления (создание рециклов на основе локальных очистных сооружений, разделение сточных вод на самостоятельные потоки в зависимости от характера загрязнений и т.д.). Методы очистки сточных вод. Биологическая очистка сточных вод. Термическое обезвреживание.
Тема 4. Энергетическая база химической промышленности
Роль энергии в химическом производстве. Виды потребляемой энергии: электрическая, тепловая, атомная, химическая, световая; их источники и области применения в химической промышленности.
Топливно-энергетические ресурсы, их классификация (топливные, нетопливные, возобновляемые, невозобновляемые). Вторичные энергетические ресурсы.
Технологические характеристики топлива. Теплотворная способность (теплота сгорания), жаропроизводительность.
Рациональное использование энергии, ее критерии. Использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). ВЭР горючие, тепловые и избыточного давления. Утилизация энергии в химическом производстве. Регенераторы, котлы-утилизаторы. Энерготехнология, ее сущность и значение. Энерготехнологические схемы.
Тема 5. Каталитические процессы и реакторы
Роль катализа в химической промышленности. Сущность катализа. Классификация каталитических процессов по принципу фазового состояния реагентов (гомогенные, гетерогенные, микрогетерогенные). Селективный катализ. Автокаталитические реакции.
26
Специфическая роль катализаторов в ряду основных и параметров технологического режима. Активность катализаторов. Температура зажигания. Отравляемость катализаторов, ее виды. Контактные яды.
Свойства твердых катализаторов. Контактные массы, их составные части.
Химические реакторы. Основные типы химических реакторов; примеры их использования в технологии важнейших химических продуктов. Основные типы контактных аппаратов. Способ контакта газа с катализатором и способ теплообмена как основы конструирования и классификации контактных аппаратов. Контактные аппараты поверхностного контакта; с фильтрующим слоем катализатора, их разновидности; аппараты с взвешенным (кипящим) слоем катализатора; реакторы с движущимся слоем катализатора.
Основные стадии и кинетические особенности гетерогенно-ката- литических процессов. Влияние массопередачи через газовую фазу, в порах катализатора. Эффективность использования внутренней поверхности катализатора. Стадия адсорбции. Влияние характера адсорбции на кинетику гетерогенного катализа. Истинная и кажущаяся энергия активации.
Принципы построения многоуровневых математических моделей процессов в гетерогенных каталитических реакторах. Кинетические модели химических реакций. Диффузионно-кинетические режимы протекания реакции в пористой грануле катализатора. Изменение наблюдаемого кинетического порядка реакции. Факторы, определяющие эффективность использования катализатора. Явление множественности стационарных режимов, области их притяжения и устойчивость (области «зажигания» и «гашения» реакции) на примере экзотермической каталитической реакции.
Тема 6. Каталитические процессы нефтепереработки
Мировые запасы нефти, основные показатели распространенности и потребления нефти по странам. Дефицит нефти. Основные целевые продукты нефтепереработки. Первичные и вторичные процессы нефтепереработки. Глубокая переработка нефти с использованием каталитических процессов – основа ресурсосбережения и получения высококачественных моторных топлив, смазочных масел и широкого ассортимента сырья для нефтехимического и микробиологического синтеза.
Первичные процессы нефтепереработки. Перегонка и ректификация. Схема атмосферно-вакуумной перегонки нефти. Термический крекинг. Химизм процесса. Пиролиз. Коксование.
Каталитический крекинг – важнейший многотоннажный технологический процесс переработки нефтяных фракций. Химические основы процесса и целевые продукты. Многовариантный состав керосино-газойлевых фракций основного сырья процесса каталитического крекинга и методы его подготовки (гидрообессеривание и гидроочистка).
27
Алюмосиликатные катализаторы крекинга (от природных глин до современных цеолитсодержащих синтетических катализаторов). Роль аморфной алюмосиликатной матрицы.
Изменение свойств катализатора (активности и селективности) в процессе крекинга и необходимость регенерации катализатора. Роль процессов массопереноса в осуществлении каталитического крекинга.
Основные технологические параметры современного процесса: температура, давление, объемная скорость подачи сырья, кратность циркуляции катализатора и его характеристика. Влияние массовых потоков в реакторе и регенераторе на устойчивость температурных режимов каталитического крекинга и эффективность процесса в целом. Совершенствование процесса: повышение активности и прочности катализаторов, сопряжение каталитического крекинга с другими каталитическими процессами, применение схем с полусквозным потоком катализатора, каталитический реформинг, платформинг, висбрекинг и др.
Тема 7. Технология азота
Ключевое значение технологии связывания атмосферного азота в производстве продовольствия. Структура современного производства аммиака из природного газа: основные блоки и связи. Гибкое использование гетерогенных катализаторов в многоступенчатой схеме приготовления и очистки азотоводородной смеси. Технологическая схема получения азотоводородной смеси. Наиболее важные схемные решения, направленные на энергосбережение: сопряжение эндотермической реакции конверсии метана и экзотермических процессов окисления топлива в шахтном реакторе; последовательное снижение температуры на стадиях конверсии оксида углерода; распределенный по высоте абсорбера ввод абсорбента (раствора МЭА) с различной степенью регенерации и, соответственно, распределенный отвод регенерированного раствора из десорбера; инфраструктура потоков теплоносителей – воды и пара. Особенности циркуляционной схемы синтеза аммиака; физико-химические основы выбора оптимальной схемы синтеза аммиака; профилирование температуры по высоте колонны синтеза. Варьирование объемной скорости как способ повышения производительности катализатора. Утилизация «продувочных» газов. Колонна синтеза аммиака. Продукты, получаемые из аммиака и области его применения.
Структура и основные особенности современной технологической схемы производства азотной кислоты. Физико-химические основы и аппаратурное оформление процессов селективного каталитического окисления аммиака, окисления оксидов азота и их абсорбции. Схемы каталитического обезвреживания отходящих газов. Причины низкой эксергетической эффективности производства азотной кислоты.
28
Концентрирование разбавленной азотной кислоты с помощью водоотнимающих средств. Схема концентрирования разбавленной азотной кислоты. Производство концентрированной азотной кислоты прямым синтезом из оксидов азота.
Тема 8. Технология минеральных удобрений
Классификация минеральных удобрений.
Разложение фосфатного сырья и получение фосфорных удобрений. Производство простого и двойного суперфосфата. Азотнокислое разложение фосфатов и получение сложных удобрений.
Азотные удобрения. Производство аммиачной селитры, производство карбамида.
Охрана окружающей среды при производстве минеральных удобрений.
Тема 9. Основы биотехнологии
Особенности процессов биотехнологии. Микробиологический синтез. Функциональная схема технологического процесса микробиологического синтеза.
Генетическая инженерия. Инженерная энзимология. Основные тенденции развития биотехнологии.
29
ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»
1.Химико-технологическая система.
2.Теория подобия. Теоремы подобия.
3.Основные критерии подобия. Критериальные уравнения.
4.Аналоговое моделирование.
5.Структурный и эмпирический подходы к математическому моделированию.
6.Фундаментальные критерии эффективности химических производств, основанные на интегральных балансах потока вещества.
7.Фундаментальные критерии эффективности химических производств, основанные на интегральных балансах потока энергии.
8.Уравнение баланса энтропии.
9.Выражение работоспособности через функцию эксергии. Причины низкой эффективности технологических систем с точки зрения использования эксергии.
10.Неравноценность различных форм энергии. Ранжирование источников и стоков теплоты с помощью идеальной машины Карно.
11.Константа равновесия. Расчет состава равновесной реакционной смеси. Влияние на константу равновесия температуры и давления.
12.Константа равновесия. Влияние на равновесный выход мольного соотношения исходных веществ, содержания продуктов реакции и примесей инертных примесей.
13.Основное уравнение переноса субстанций.
14.Понятие о микро- и макрокинетике.
15.Влияние температуры на скорость химической реакции и степень превращения для различных типов химических реакций.
16.Влияние температуры на селективность сложных реакций.
17.Влияние давления на скорость реакции и степень превращения.
18.Режимы течения жидкости. Критическое число Рейнольдса.
19.Понятие о коэффициенте гидродинамического сопротивления и его зависимость от числа Рейнольдса.
20.Тепловые процессы. Механизмы переноса теплоты.
21.Теплопроводность и тепловое излучение.
23.Конвекция и теплоотдача.
24.Коэффициент теплоотдачи и его зависимость от числа Рейнольдса.
25.Теплопередача, способы интенсификации процесса.
26.Прямые источники тепловой энергии.
27.Теплоносители.
28.Массообменные процессы. Виды переноса массы.
29.Молекулярная диффузия.
30.Массоотдача, коэффициент массоотдачи и его зависимость от числа Рейнольдса.
30