МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (фгбоу впо «книту»)

Кафедра технологии основного органического

и нефтехимического синтеза

УТВЕРЖДАЮ

Председатель методической комиссии ФННХ, проф.

____________Н.Ю. Башкирцева

«____» _________________2011 г.

протокол №7 от 6 июня 2011г.

Программа государственного экзамена

по направлению 240100-62 «Химическая технология и биотехнология»

Форма обучения –Очная

Факультет нефти и нефтехимии

Курс 4

Семестр 8

Казань, 2011 г.

1. Дисциплина сд. 01 – «Теория химико-технологических процессов органического синтеза»

Введение

Задачи курса и его роль в химии и технологии органических веществ.

Классификация химических реакций и компонентов смеси. Стехиометрия и материальный баланс реакции. Независимые реакции и ключевые компоненты. Степень конверсии, выход, селективность.

Химическая термодинамика и расчет свойств органических веществ.

Общая характеристика и области применения методов расчета свойств газов и жидкостей, участвующих в технологических процессах. Характеристические параметры вещества. Критические состояния и методы расчета критических температур, объема, давления и коэффициента сжимаемости. Нормальная температура кипения органических веществ.

Соотношения между объемом, давлением и температурой газов и жидкостей. Приведенное уравнение состояния. Расчет коэффициента сжимаемости газов. Определение плотности жидкости при любых значениях температуры и давления.

Давление паров и теплоты парообразования. Расчет, основанный на приведенном уравнении Киргофа. Определение теплоты парообразования через энтропию парообразования. Зависимость теплоты парообразования от температуры. Расчет теплоты сублимации.

Теплоемкость, аддитивные методы расчета. Зависимость теплоты сгорания от числа атомов кислорода, необходимых для полного сгорания вещества. Расчет стандартных теплот образования по энергиям связей и теплотам сгорания. Методы расчета тепловых эффектов реакций.

Химическое равновесие. Основные положения. Первое и второе начало термодинамики и критерии направленности химического процесса. Расчет константы химического равновесия. Изменение изобарно- изотермического потенциала системы и константа равновесия химического процесса. Вычисление стандартного изменения изобарно-изотермического потенциала по методу Темкина-Шварцмана. Расчет состава равновесных смесей и равновесной степени превращения для простых и сложных реакций разных типов; закономерности в равновесном составе продуктов сложных реакций.

Основы кинетического исследования органических реакций.

Скорость превращения веществ и скорость реакции, их связь. Критические уравнения и модели. Методика кинетического исследования, варьируемые параметры.

Схема превращений, способы ее подтверждения. Понятие механизма реакции. Кинетика и механизм элементарных реакций, переходное состояние.

Кинетика и механизм неэлементарных реакций. Методы и примеры построения кинетических уравнений, связь их с механизмом реакции. Существование реагентов в различных формах, преобразование уравнений и моделей. Построение кинетических моделей сложных реакций.

Основы обработки кинетических данных. Интегральный и дифференциальный методы. Поиск констант линейным и нелинейным методом наименьших квадратов. Качественная и количественная оценка адекватности моделей с опытом. Оценка доверительных интервалов параметров кинетических уравнений и моделей. Примеры обработки эксперимента.

Реакционная способность органических веществ и влияние заместителей; уравнения Гаммета, Тафта. Влияние растворителей на скорость реакций. Электростатическая и специфическая сольватация. Ионная сила и солевой эффект, их влияние на скорость реакции.

Механизм и кинетика гетеролитических реакций.

Классификация органических реакций по направлению, характеру разрыва связей, молекулярности лимитирующей стадии.

Нуклеофильные реакции. Механизм нуклеофильного замещения, влияние строения реагентов и среды. Нуклеофильное отщепление, его механизм и конкуренция с замещением. Нуклеофильные реакции изомеризации. Механизм нуклеофильного присоединения по ненасыщеной связи, гетероциклам и карбонильной группе, влияние строения соединений и катализаторов. Нуклеофильные реакции кислот и их производных.

Электрофильные реакции. Механизм электрофильного присоединения по ненасыщенной связи. Катализ кислотами и комплексами металлов, влияние строения. Механизм электрофильного замещения в ароматическое ядро, катализ и влияние строения.

Механизм и кинетика радикальных реакций.

Значение. Способы зарождения и обрыва цепи. Механизм радикальных реакций замещения, расщепления, присоединения. Правила протекания и селективность. Разветвление цепи. Кинетика радикально-цепных реакций, особенности ее исследования.

Механизм и кинетика гетерофазных реакций.

Общая характеристика и назначение гетерофазных реакций в органическом синтезе.

Кинетическая область гетерофазных реакций, ее признаки и экспериментальное подтверждение. Основные количественные закономерности и способы ее исследования.

Кинетика гетерофазных реакций в переходной области при сравнительно медленной химической реакции без учета превращений в пограничной пленке.

Кинетика гетерофазных реакций в переходной области для сравнительно быстрых реакций с учетом реакций в пограничной пленке.

Диффузионная область гетерофазных реакций при мгновенной химической реакции. Явление ускорения массопередачи.

Влияние гетерофазности на селективность реакций.

Применение кинетических моделей для выбора условий поведения реакций.

Удельная производительность идеальных реакторов и их сочетаний, выбор типа реакционных узлов. Влияние параметров реакций на удельную производительность реакторов.

Селективность сложных реакций, зависимость ее от концентрации реагентов, степени конверсии, соотношения реагентов, температуры реакции. Оптимальный профиль температур. Выбор реакционных узлов и параметров реакции по критерию селективности.

Характеристики катализаторов

Катализ, определение. Ингибиторы и активаторы в катализе. Изменение энергии активации каталитической химической реакции. Виды катализаторов по специальности действия, составу, способам производства.

Активность, селективность, производительность катализаторов.

Гомогенный катализ.

Преимущества и недостатки гомогенного катализа. Теории гомогенного катализа. Кислотно – основной гомогенный катализ. Особенности кинетики. Механизм катализа кислотами и основаниями.

Электрофильно – нуклеофильный катализ. Катализаторы. Механизм электрофильного катализа на примере реакции алкилирования бензола галогеналкилами по Фриделю – Крафтсу.

Механизм нуклеофильного катализа на примере реакции этерификации в присутствии имидазола.

Гетерогенный катализ.

Гетерогенные катализаторы. Теории гетерогенного катализа. Основы кинетики гетерогенно-каталитических реакций.

Кинетическая область гетерогенного катализа. Внешнедиффузионная и внутридиффузионная области катализа.

Аппаратурное оформление каталитических процессов.

Аппараты поверхностного контакта, с фильтрующим слоем катализатора, с движущимся катализатором, с взвешенным слоем катализатора. Преимущества и недостатки фильтрующего и "кипящего" слоя катализатора. Особенности ведения каталитических процессов в жидкой фазе.