Список рекомендуемой литературы

1. Колесников И.М., Винокуров В.А. Термодинамика физико-химических процессов. - М.: изд-во "Нефть и газ", 2005.- 472 с.

2. Магарил, Р. З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти : учеб. пособие / Р. З. Магарил. – М. : КДУ, 2008. – 280 с.

3. Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. Вводный курс. – М.: Химия, 2000. – 176 с.

4. -Потехин В.М., Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки: Учебник для вузов. – СПб: ХИМИЗДАТ, 2005. – 912 с.

5. Общая химическая технология и основы промышленной экологии / Под ред. В.И. Ксензенко. - М.: Химия, 2001.- 378 с.

6. Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: Учебник для вузов. - М.: Химия, 1999.- 472 с.

7. Химико-технологические процессы. Теория и эксперимент / Ю.А. Комиссаров, М.В. Глебов, Л.С. Гордеев, Д.П. Вент. - М.: Химия, 1998.- 282 с.

8. Нейланд О.Я. Органическая химия.: Учебник для химических специальных вузов. - М.: Высшая школа, 1990 г. - 751 с.

9. Жоров Ю.М. Кинетика промышленных органических реакций: Справочное издание.- М.: Химия, 1989.- 384 с.

10. Лебедев Н.Н., Манаков М.Н., Швец В.Ф. Теория химических процессов основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1984. - 376 с.

11. Гейтс Б., Кетцир Дж., Шуйт Г. Химия каталитических процессов. – М.: Мир, 1981.- 448 с.

12. - Суханов В.П. Каталитические процессы в нефтепереработке. – М.: Химия, 1979.- 384 с.

13. Расчеты химико-технологических процессов / Под ред. И.П. Мухленова. - Л.: Химия, 1982.-247 с.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северо-Кавказский федеральный университет»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к самостоятельной работе по дисциплине

«Механизмы, термодинамика и кинетика реакций углеводородов»

для студентов направления подготовки

18.03.01 «Химическая технология»

Ставрополь, 2016

В методических указаниях к самостоятельной работе приведены задания для закрепления знаний студентов по дисциплине «Механизмы, термодинамика и кинетика реакций углеводородов».

Методические указания составлены в соответствии с рабочим учебным планом и программой дисциплины «Механизмы, термодинамика и кинетика реакций углеводородов» для студентов направления подготовки 18.03.01.62 «Химическая технология».

Составитель: к.т.н., доцент Долгих О.Г.

Рецензент: д.т.н., профессор Овчаров С.Н.

Главное в стратегической линии организации самостоятельной работы студентов в вузе заключается не в оптимизации ее отдельных видов, а в создании условий высокой активности, самостоятельности и ответственности студентов в аудитории и вне ее в ходе всех видов учебной деятельности.

Основным принципом организации СРС является перевод всех студентов на индивидуальную работу с переходом от формального выполнения определенных заданий при пассивной роли студента к познавательной активности с формированием собственного мнения при решении поставленных проблемных вопросов и задач.

Цель СРС – научить студента осмысленно и самостоятельно работать сначала с учебным материалом, затем с научной информацией, заложить основы самоорганизации и самовоспитания с тем, чтобы привить умение в дальнейшем непрерывно повышать свою квалификацию.

При изучении дисциплины «Механизмы, термодинамика и кинетика реакций углеводородов» организация СРС представляет собой единство трех взаимосвязанных форм:

1. Внеаудиторная самостоятельная работа (Индивидуальные задания к практическим работам, которые могут выдаваться как каждому студенту, так и части студентов группы; подготовка к участию в конференциях, смотрах, олимпиадах и др.);

2. Аудиторная самостоятельная работа, которая осуществляется под непосредственным руководством преподавателя;

3. Творческая, в том числе научно-исследовательская работа.

Чтобы развить положительное отношение студентов к внеаудиторной СРС, на каждом ее этапе разъясняются цели работы, контролируется понимание этих целей студентами; постепенно формируется умение самостоятельной постановки задачи и выбора цели.

Аудиторная самостоятельная работа реализуется при проведении практических занятий и во время чтения лекций.

При чтении лекционного курса непосредственно в аудитории контролируется усвоение материала основной массой студентов.

Студент обязан заранее ознакомиться с темой лекции, представленной в электронном курсе.

Во время лекции студент имеет право задавать преподавателю вопросы и получать необходимые уточнения и дополнения.

Контроль знаний проводится в конце каждой лекции путем проведения письменных экспресс-опросов по конкретным темам (58 минут).

На практических занятиях различные виды СРС позволяют сделать процесс обучения более интересным и поднять активность значительной части студентов в группе. Практические занятия строятся следующим образом:

1. Вводная преподавателя (цели занятия, основные вопросы, которые должны быть рассмотрены).

2. Беглый опрос по теоретическому материалу занятия.

3. Самостоятельное выполнение заданий, разработанных для каждой темы практического занятия.

4 Проверка выполнения заданий и ответов на вопросы.

5. Разбор типовых ошибок при решении (в конце текущего занятия или в начале следующего).

По результатам работы на каждом занятии каждому студенту выставляется оценка. Работа оценивается на основании опроса, выполнения заданий и ответов на вопросы. Оценка предварительной подготовки студента к практическому занятию может быть сделана путем экспресс-тестирования (тестовые задания закрытой формы) в течение 5, максимум  10 минут.

При проведении семинаров и практических занятий студенты могут выполнять СРС как индивидуально, так и малыми группами (творческими бригадами), каждая из которых разрабатывает свой проект (задачу). Выполненный проект (решение проблемной задачи) затем рецензируется другой бригадой по круговой системе. Публичное обсуждение и защита своего варианта повышают роль СРС и усиливают стремление к ее качественному выполнению. Данная система организации практических занятий позволяет вводить в задачи научно-исследовательские элементы, упрощать или усложнять задания. Активность работы студентов на обычных практических занятиях может быть усилена введением новой формы СРС, сущность которой состоит в том, что на каждую задачу студент получает свое индивидуальное задание (вариант), при этом условие задачи для всех студентов одинаковое, а исходные данные различны. Перед началом выполнения задачи преподаватель дает лишь общие методические указания.

Выполнение СРС на занятиях с проверкой результатов преподавателем позволяет студентам усваивать изучаемый материал более глубоко, меняется отношение к лекциям, так как без понимания теории предмета, без хорошего конспекта трудно рассчитывать на успех в решении заданий. Это улучшает посещаемость как практических, так и лекционных занятий.

Обязательным элементом СРС по дисциплине «Механизмы, термодинамика и кинетика реакций углеводородов» является контрольная работа.

Выдача задания производится на 5-й неделе обучения, проверка правильности выполнения и защита – на 10-й. Контрольная работа выполняется по вариантам. Предусмотрено 15 вариантов. Контрольная работа заключается в ответе на один теоретический вопрос из области термических и каталитических процессов нефтепереработки, связанный с особенностями механизма протекания химического процесса, его термодинамики и кинетики, и решении трех задач по термодинамическому и кинетическому анализу углеводородных реакций. Темы теоретического вопроса:

1. Пиролиз, его механизм и основы управления процессом.

2. Термический крекинг, его механизм и основы управления процессом.

3. Замедленное коксование, его механизм и основы управления процессом.

4. Термодинамика и механизм алкилирования изопарафинов олефинами.

5. Основы управления процессом алкилирования.

6. Термодинамика и механизм полимеризации низкомолекулярных олефинов.

7. Основы управления процессом полимеризации низкомолекулярных олефинов.

8. Механизм каталитического крекинга. Основы управления процессом.

9. Термодинамика и механизм изомеризации нормальных парафинов.

10. Термодинамика и механизм каталитического риформинга.

11. Основы управления процессом каталитического риформинга.

12. Гидроочистка: термодинамика, химизм, кинетика.

13. Основы управления процессом гидроочистки.

14. Гидрокрекинг: химизм и кинетика.

15. Основы управления процессом гидрокрекинга.

Многовариантные задачи:

Задача № 1

На основании табличных данных определите возможность осуществления реакции с участием углеводородов при стандартных условиях. Вероятно ли протекание процесса при двух значениях температуры, указанных для каждого варианта? При каких температурах реакция невозможна?

№	Уравнение реакции	Т, 0С	, кДж/моль	, Дж/мольК
1	2	3	4	5
1		100; 600	, , ,	, , ,
2		200; 300	, , ,	, , ,
1	2	3	4	5
3		100; 550	, ,	, ,
4		80; 120	, ,	, ,
5		95; 250	, ,	, ,
6		1000; 1500	, ,	, ,
7		100; 200	, , ,	, ,
8		50; 300	, , ,	, , ,
9		100; 400	, , ,	, , ,
10		500; 800	, ,	, ,

1	2	3	4	5
11		250; 340	, ,	, ,
12		300; 1000	, ,	, ,
13		600; 800	, ,	, ,
14		230; 270	,	, ,
15		80; 100	,	,

Задача № 2

Вычислите энергию Гиббса реакции и ее константу равновесия в зависимости от температуры, используя уравнение Шварцмана-Темкина.

№	Уравнение реакции	Т, К	, кДж/моль	, Дж/мольК	а	b103	с106
1	2	3	4	5	6	7	8
1		400	-166,0; 0; -437,4	264,2; 205,13; 282,5	13,0; 31,46; 5,56	153,5; 3,39; 243,5	-53,7; -3,77; -151,9
2		500	52,28; -241,84; -235,3	219,4; 188,74; 282,0	4,196; 30,0; 19,07	154,59 10,71; 212,7	-81,09 0,33; -108,6
3		400	82,93; 0; -123,1	269,2; 130,6; 298,2	-33,90; 27,28; -51,72	471,87 3,26; 598,5	-298,3 0,502; -230,0
4		600	-235,3; -166,0; 0	282,0; 264,2; 130,6	19,07; 13,0; 27,28	212,7; 153,5; 3,26	-108,6 -53,7; 0,502
5		900	-74,85; -241,84; -110,5; 0	186,19; 188,74; 197,4; 130,6	17,45; 30,0; 28,41; 27,28	60,46; 10,71; 4,10; 3,26	-1,117 0,33; -0,46; 0,502
1	2	3	4	5	6	7	8
6		700	25,94; -201,2; 20,5; -241,84	206,3; 239,7; 253,0; 188,74	26,32; 15,28; 19,67; 30,0	5,94; 105,2; 92,67; 10,71	0,92; -31,04 -32,28 0,33
7		400	20,41; 52,28; 1,17	226,9; 219,4; 307,4	3,305; 4,196; 2,54	235,86 154,59 344,9	-117,6 -81,09 -191,3
8		500	-110,5; 0; -201,2; -241,84	197,4; 130,6; 239,7; 188,74	28,41; 27,28; 15,28; 30,0	4,10; 3,26; 105,2; 10,71	-0,46; 0,502; -31,04 0,33
9		500	-124,7; 0; 1,17	310,0; 130,6; 307,4	0,469; 27,28; 2,54	385,38 3,26; 344,9	-198,9 0,502; -191,3
10		600	20,41; -123,1	226,9; 298,2	3,305; -51,72	235,86 598,5	-117,6 -230,0
11		800	-124,7; 0; -5,70	310,0; 130,6; 300,8	0,469; 27,28; -2,72	385,38 3,26; 307,1	-198,9 0,502; -111,3
12		800	52,28; 0; -84,67	219,4; 130,6; 229,5	4,196; 27,28; 4,494	154,59 3,26; 182,26	-81,09 0,502; -74,86
13		700	-124,7; 0; -10,06	310,0; 130,6; 296,5	0,469; 27,28; 8,38	385,38 3,26; 307,54	-198,9 0,502; -148,3
14		600	-167,19; 20,41; -103,9	386,8; 226,9; 269,9	3,08; 3,305; -4,80	565,8; 235,86 307,3	-300,4 -117,6 -160,2
15		400	-187,82; 50,0; 0	425,3; 319,7; 130,6	5,02; -33,88; 27,28	653,76 557,0; 3,26	-348,7 -342,4 0,502

Интегралы Шварцмана-Темкина

М-интеграл	М-интеграл при разной температуре
	300 К	400 К	500 К	600 К	700 К	800 К	900 К
М0	0,000	0,0392	0,1133	0,1962	0,2794	0,3597	0,4361
М110-3	0,000	0,0130	0,0407	0,0759	0,1153	0,1574	0,2012
М210-6	0,000	0,0043	0,0149	0,0303	0,0498	0,0733	0,1004

Задача № 3

При постоянной температуре протекает параллельная реакция

с константами скоростей и . Перед началом реакции концентрации веществ равны , и . Причем = = 0.

Определите скорость и степень превращения реагента А, а также селективность по продукту R в момент времени, равный t.

№	Константа скорости , с-1	Константа скорости , с-1	Начальная концентрация вещества А, , кмоль/м3	Время t, с
1	2	3	4	5
1	10-3	10-2	3,0	30
2	10-4	10-3	5,0	60
3	10-5	10-3	2,0	80
4	10-6	10-5	4,0	100
5	10-2	10-1	6,0	40
6	10-4	10-2	1,0	50
7	10-5	10-1	7,0	70
8	10-6	10-4	6,5	120
9	10-7	10-5	7,2	180
10	10-5	10-2	8,0	240
11	10-8	10-7	7,5	200
12	10-4	10-1	3,8	90
13	10-7	10-2	4,2	150
14	10-6	10-3	5,4	300
15	10-8	10-5	2,5	230