Тема 13 Гетероциклические соединения

Определение. Классификация. Пятичленное кольцо с одним гетероатомом (фуран, тиофен, пиррол). Общие методы получения из ациклических соединений. Взаимные превращения по Юрьеву. Ароматичность гетероциклов и ее причины. Влияние гетероатома на свойства пятичленных гетероциклов - их ароматичность и непредельность. Реакции зектрофильного замещения в ряду фурана, тиофена и пиррола. Реакции гидрирования и окисления. Фуран в диеновом синтезе.

Получение и свойства пирролкалия и пирролмагнийгалогенидов. Сопоставление со свойствами фенолятов. Конденсация α-метилпиррола с формальдегидом. Понятие о строении и биохимической роли хлорофилла и гемоглобина.*

Пятичленные циклы с двумя гетероатомами. Проблема ароматичности. Электрофильные и нуклеофильные реакции (общая характеристика на примере пиразола и имидазола).

Методы синтеза индолов. Химические свойства индолов. Восстановление водородом в момент выделения. Протонная подвижность водорода в NH-группе и ее причины. Индолилмагний бромид и индолилнатрий и их реакции. Реакции электрофильного замещения в ядре индола.

Номенклатура и синтез простейших производных пиридина. Распределение электронной плотности в его ядре. Основность атома азота, сравнение с пирролом. Реакции электрофильного замещения в ядре пиридина. N-окись пиридина и ее нитрование Использование N-окиси нитропиридина для получения амино- и хлорпиридинов. Реакции пиридина с амидом натрия (Чичибабин), едким кали, фениллитием. Нуклеофильный характер реакций. Таутомерия α- и γ-оксипиридина. Конденсация метилпиридина с альдегидами Расщепление пиридинового кольца.

Изомерия, номенклатура и синтез (по Скраупу и Дебнеру-Миллеру) простейших производных хинолина. Окисление хинолина и восстановление его водородом в момент выделения. Нитрование и сульфирование хинолина. Синтез 8-оксихинолина. Использование его в аналитической химии.* Алкалоиды ряда пиридина.*

Тема 14. Углеводы
Классификация и номенклатура. Моносахариды как основная структурная единица углеводов: альдозы и кетозы (триозы, тетрозы, пентозы, гексозы). D и L-ряды. Принцип вывода стереоизомерных формул альдоз D-ряда. Циклические формулы. Фуранозы и пиранозы. Мутаротация, α- и β-стереоизомерия. Конформации моносахаридов. Химические свойства: восстановление, окисление, взаимодействие с кислотами, алкилирование, ацилирование, образование арилгидразонов и озазонов. Гликозиды, их распространение в природе. Особенности гликозидного гидроксила.

Дисахариды и их распространение в природе. Типы связей в них. Доказательста строения тростникового сахара и мальтозы. Особенности синтезов дисахаридов из моноз.

Полисахариды, их нахождение в природе и значение. Представление о строении крахмала и целлюлозы. Химические свойства крахмала и целлюлозы, их получение из природного сырья и использование.*
Тема 15. Промышленный органический синтез

Сырьвая база промышленного органического синтеза. Промышленные каталитические процессы переработки (этилена, пропилена, бутенов и бутадиена-1,3).

Производства фенола, стирола, циклогексанаи алкилбензолсульфонатов.

знать: правила безопасной работы в лаборатории органической химии, правила современной номенклатуры принципы классификации органических соединений, основы строения органических соединений и типы изомерии, общие принципы подхода к оценке реакционной способности органических соединений с учетом электронных эффектов, основные механизмы органических реакций, кислотно-основные свойства органических соединений, современные физико-химические методы исследования строения органических соединений и механизмов реакций с их участием, основные промышленные способы получения важнейших продуктов органического синтеза, о природных биологически-активных соединениях;

уметь: ставить учебно-исследовательский эксперимент по органическому синтезу, выполнять расчеты, составлять отчеты, пользоваться справочными материалами, определять характер химической связи, электронные эффекты в молекуле вещества и реакционную способность, составлять оптимальный путь синтеза заданного органического соединения, экспериментально определять наличие определенных видов специфических фрагментов в молекуле с помощью качественных реакций, осуществлять идентификацию с помощью комплекса физико-химических методов;

владеть: методиками синтеза основных классов органических соединений, навыками планирования и проведения органического синтеза.

Виды учебной работы: лекции, лабораторные работы, тесты, решение задач
Изучение дисциплины заканчивается засетом и экзаменом.


Аннотация дисциплины

Электрохимия

Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 6 зачетных единиц ( 216 час.)

Задачами изучения дисциплины является: формирование у студентов общенаучных компетенций: понимание сложной взаимосвязи природных явлений и возможных антропологических воздействий на окружающую среду, усвоение базовых знаний в области электрохимии, способствующих расширению научного кругозора и формированию профессиональных компетенций.

Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы):

Вид учебной работы	Всего зачетных единиц (часов)
Общая трудоемкость дисциплины	6 (216)
Аудиторные занятия:	2,5 (90)
лекции	1 (36)
практические занятия	0,5(18)
лабораторные работы	1 (36)
Самостоятельная работа:	2,5 (90)
изучение теоретического курса	1 (36)
задачи	0,75 (27)
оформление и подготовка к защите лабораторных работ	0,75 (27)
Вид итогового контроля - экзамен	1 (36)

Основные дидактические единицы

Модуль 1. Термодинамика растворов электролитов

Тема 1. Предмет и методы электрохимии.

Основные понятия. Обратимые и необратимые электрохимические системы. Законы Фарадея.

Предпосылки возникновения теории электролитической диссоциации. Основные положения теории диссоциации Аррениуса. Ионные равновесия в растворах слабых электролитов. Гидролиз. Буферные растворы. Недостатки теории диссоциации Аррениуса.

Механизм образования растворов электролитов. Энергия кристаллической решетки. Энергия сольватации. Реальная и химическая энергия сольватации. Энтропия сольватации и числа сольватации.

Диффузия и миграция, конвекция. Коэффициент диффузии иона и подвижность иона. Эффективный коэффициент диффузии электролита. Уравнение Нернста-Эйнштейна и Стокса-Эйнштейна для коэффициента диффузии иона.

Методы измерения электропроводности. Уравнение Оствальда, выраженное через электропроводность. Расчет константы диссоциации и предельной молярной электропроводности слабого электролита. Уравнение Кольрауша для сильных электролитов. Эквимолярная электропроводность электролита.

Методы определения чисел переноса. Метод Гитторфа, метод подвижной границы. Зависимость подвижности, электропроводности и чисел переноса от концентрации, температуры и природы растворителя.

Уравнение электропроводности электролитов Дебая-Хюккеля-Онзагера. Эффекты Вина и Дебая Фалькенгагена. Подвижность ионов гидроксония и гидроксида. Расплавы и твердые электролиты. Электропроводность неводных растворов. Ионные сверхпроводники.

Электрохимический потенциал. Внутренний, внешний , поверхностный и гальванический потенциал. Равновесие в электрохимической цепи. ЭДС электрохимической цепи. Электродный потенциал. Уравнение Нернста для электродного потенциала.

Электроды первого, второго рода. Окислительно-восстановительные электроды. Электроды сравнения. Применение значения стандартного электродного потенциала для расчета термодинамических функций реакции, протекающей в гальваническом элементе.

Химические цепи. Концентрационные цепи без переноса и с переносом

( катионного и анионного типа ). Диффузионный потенциал. Определение чисел переноса методом ЭДС. Сложные электрохимические цепи. Элемент Вестона.

Тема 4. Применение метода ЭДС для расчета различных физико-химических величин.

Определение РН раствора, константы равновесия, произведения растворимости, среднего значения активности и коэффициентф активности электролита, константы стойкости комплекса и его состава.

Двойной электрический слой. Способы изучения двойного электрического слоя. Уравнение Гиббса для поверхностного натяжения.

Уравнение Фрумкина А.Н. для электрокапиллярной кривой и проверка его выполнимости. Потенциалы нулевого заряда. Теории ЭДС электрохимической цепи. Модельные представления о строении двойного электрического слоя. Теория Гельмгольца, Гуи – Чапмена, Штерна, Грэма. Влияние строения двойного электрического слоя на кинетику электродного процесса.

Поляризация электрода (массоперенос, разряд-ионизация). Виды поляризационных кривых. Уравнение поляризационной кривой в условиях лимитирующей стадии массопереноса. Метод вращающегося дискового электрода. Полярографичкский метод изучения закономерностей кинетики электродного процесса.

Вывод общего уравнения поляризационной кривой. Связь плотности тока и потенциала электрода при малых и больших значениях перенапряжения. Уравнение Тафеля. Закономерности «смешанной» кинетики. Импульсные методы исследования кинетики электродных процессов.

Изучение коррозии методом поляризационных кривых. Источники тока. Батареи электропитания и аккумуляторы.

Электрохимические процессы в растворах и расплавах. Гальваностегия и гальванопластика. Электрохимия в обогащении. Топливные элементы. Электрохимические методы анализа.

• 
  Перспективы развития электрохимии как теоретической базы синтетической химии, химической технологии и технологии создания новых материалов .
  
• 
  Основные законы электрохимии.
  
• 
  Физико-химические методы исследования электрохимических систем, термодинамика процессов и кинетика их протекания.
  
• 
  Знание физико-химических закономерностей реазизуемых в электрохимических системах и применение их для создания новых технологий и получение материалов с заданными свойствами.
  
• 
  Электрохимические подходы в решении задач охраны природы.
  

• 
  Применять основные законы электрохимии для обсуждения полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных.
  
• 
  Проводить физико-химические методы исследования для изучения процессов, протекающих в электрохимических системах.
  
• 
  Использовать методы регистрации и обработки результатов физико-химических экспериментов применительно к ионнным системам.
  
• 
  Проводить оценку возможных рисков, включая экологические, на основании знания закономерностей, реализуемых в ионных системах.
  
• 
  Работать с установками и приборами, применяемыми в аналитических и физико-химических исследованиях.
  

• 
  Проведения химического эксперимента, использования физико-химических методов исследования термодинамики ионных систем и процессов, протекающих в электролите и на электродах.
  
• 
  Работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении экспериментов.
  
• 
  Оценки основных процессов, протекающих в электрохимических системах с использованием известных физико-химических моделей.
  

Изучение дисциплины заканчивается: зачетом, экзаменами в 7 семестре.

Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 6 зачетных единиц (216 час.)

Цель изучения дисциплины – получение студентами базовых сведений по химической кинетике и катализу, необходимых для освоения специальных дисциплин, а по окончании обучения в вузе – для грамотной, эффективной работы в сфере профессиональной деятельности.

Задачам изучения дисциплины является формирование у студентов общенаучных компетенций:

• 
  владение основами теории фундаментальных разделов химической кинетики;
  
• 
  способность применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных;
  
• 
  владение навыками химического эксперимента;
  
• 
  овладение навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов;
  
• 
  овладение методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов;
  
• 
  овладение методами безопасного обращения с химическими материалами с учетом их физических и химических свойств, способностью проводить оценку возможных рисков;
  
• 
  овладение методами отбора материала для теоретических занятий и лабораторных работ.
  

Тема 1. Предмет и задачи курса. Химическая кинетика как раздел физической химии. Термодинамический и кинетический критерии реакционной способности системы.

Тема 2. Скорость реакции.

Понятие скорости реакции. Факторы, влияющие на скорость реакции. Классификация химических реакций. Основной постулат кинетики. Порядок реакции, молекулярность.

Тема 3. Кинетика простых реакций.

Реакции первого порядка. Псевдомолекулярные реакции. Реакции второго и третьего порядка. Методы определения порядка реакции.

Раздел 3. Сложные реакции.

Тема 4. Кинетика сложных реакций.

Прямая и обратная задачи кинетики. Принцип независимости. Обратимые реакции порядка. (На самостоятельное изучение выносится вопрос “Релаксационные методы изучения быстрых реакций”.) Параллельные реакции. Метод конкурирующих реакций. Последовательные реакции.

Тема 5. Приближенные методы кинетики.

Метод квазистационарных концентраций. Лимитирующая стадия. Квазиравновесное приближение.

Раздел 4. Реакции в потоке.

Тема 6. Реакции в потоке

Предельные режимы проведения реакций в потоке. Условие материального баланса. Кинетика реакций в реакторах идеального смешения и идеального вытеснения. Стационарный режим кинетического процесса. (На самостоятельное изучение выносится вопрос “Струевые методы изучения быстрых реакций”)

Раздел 5. Влияние температуры на скорость реакции.

Тема 7. Влияние температуры на скорость реакции.

Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Методы расчета энергии активации и предэкспоненциального множителя. Тепловой взрыв. Диаграмма Семенова.

Модуль 2. Теория химической кинетики.

Раздел 6. Теория бинарных соударений.

Тема 8. Соотношения кинетической теории газов.

Уравнение Максвелла для распределения молекул по скоростям. Средняя скорость движения молекул. Диаграмма столкновений. Расчет числа столкновений.

Тема 9. Теория бинарных соударений.

Энергия активации. Константа скорости бимолекулярной реакции. Стерический фактор. Применение теории бинарных соударений к мономолекулярным реакциям.

Раздел 7. Теория активированного комплекса.

Тема 10. Основные понятия теории активированного комплекса.

Переходное состояние. Теория абсолютных скоростей реакций. Карта поверхности потенциальной энергии. Трансмиссионный коэффициент. Адиабатический процесс. Положения, лежащие в основе теории переходного состояния. Константа скорости бимолекулярной реакции. (На самостоятельное изучение выносятся вопросы “Статистический аспект теории переходного состояния” и “Пример расчета стерического фактора по теории переходного состояния”.)

Тема 11. Термодинамический аспект теории переходного состояния.

Связь константы скорости реакции с термодинамическими функциями. Физический смысл энтальпии активации.

Тема 12. Мономолекулярные и тримолекулярные реакции.

Константы скоростей мономолекулярной и тримолекулярной реакций. Температурная зависимость константы скорости тримолекулярной реакции.

Тема 13. Реакции в растворах.

Применимость теории столкновений к реакциям в растворах. Расчет константы скорости по теории активированного комплекса (уравнение Бренстеда-Бьеррума). Первичный и вторичный солевые эффекты.

Модуль 3. Кинетика специфических сложных реакций.

Раздел 8. Цепные реакции.

Тема 14. Цепные реакции.

Основные понятия кинетики цепных реакций. Кинетика разветвленных цепных реакций. Теория взрывов. Вероятностная теория цепных реакций.

Раздел 9. Фотохимические реакции..

Тема 15. Фотохимические реакции.

Основные понятия кинетики фотохимических реакций. Законы фотохимии. Скорость фотохимической реакции. (На самостоятельное изучение выносится вопрос “Кинетическая схема Штерна-Фольмера”.)

Раздел 10. Гетерогенные процессы.

Тема 16. Основные понятия теории гетерогенных процессов.

Диффузия и скорость диффузии. Законы Фика. Кинетика процессов в условиях стационарного и нестационарного состояния диффузионного потока. Температурная зависимость коэффициента диффузии.

Тема 17. Реакции с участием твердых тел.

Реакции твердое тело – жидкость и твердое тело – газ. Морфологические модели образования и роста зародышей. Зародышеобразование в одну стадию и в несколько стадий. Случайное зародышеобразование в объеме твердого реагента. Уравнение Ерофеева. Экспоненциальный период ускорения роста зародышей. Уравнение Праута-Томпкинса. (На самостоятельное изучение выносится вопрос “Элементарные процессы на границе раздела фаз”.)

Модуль 4. Катализ.

Раздел 11. Основные положения катализа.

Тема 18. Основные понятия кинетики каталитических реакций.

Катализаторы и ингибиторы. Специфичность и селективность катализаторов. Причины ускоряющего действия катализаторов. Классификация каталитических процессов. Гомогенный катализ. Кислотно-основной катализ. Кислотность среды. Функция Хаммета. Автокаталитические реакции.

(На самостоятельное изучение выносится вопрос “Автоколебательные реакции”.)

Тема 19. Гетерогенный катализ.

Гетерогенно-каталитические процессы. Роль адсорбции в гетерогенно-каталитических реакциях. Уравнения адсорбции Фрейндлиха и Лэнгмюра. Кинетика гетерогенно-каталитических процессов на равнодоступной поверхности. Основные направления в развитии теории гетерогенно-каталитического акта.

Тема 20. Роль химической кинетики в различных областях науки и техники.

В результате изучения дисциплины студенты должны

знать:

Перспективы развития химической кинетики как теоретической базы синтетической химии и химической технологии.

Основные законы химической кинетики и катализа.

Роль кинетических факторов в геологических, атмосферных процессах, биологических и технологических системах.

Связь механизмов процессов с фиксируемыми на опыте изменениями макропараметров системы.

уметь:

Применять основные законы химической кинетики для обсуждения полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных.

Проводить физико-химический анализ процессов.

Использовать методы регистрации и обработки результатов физико-химических экспериментов применительно к системам, изменяющимся во времени.

Проводить оценку возможных рисков, включая экологические, на основании знания закономерностей, управляющих поведением анализируемых системы.

Работать с установками и приборами, применяемыми в аналитических и физико-химических исследованиях.

Проведения химического эксперимента, навыки использования физико-химических методов исследования систем и процессов, протекающих во времени.

Работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов.

Оценки основных кинетических параметров процессов с использованием известных физико-химических моделей.

Виды учебной работы: лекции, практические и лабораторные работы, самостоятельная работа.

Изучение дисциплины заканчивается: зачетом, экзаменами в 6 семестре.

Цель изучения дисциплины: – получение студентами базовых сведений по химической термодинамике и основным способам применения термодинамических методов для решения химических проблем, необходимых для освоения специальных дисциплин, а по окончании обучения в вузе – для грамотной, эффективной работы в сфере профессиональной деятельности.

Задачами изучения дисциплины является: формирование компетенций,

которые помогут раскрыть роль термодинамики при описании макроскопических многокомпонентных систем, рассмотреть основные методы экспериментального и теоретического исследования химических и фазовых равновесий в многокомпонентных системах, использовать термодинамический метода в химических технологиях;

- дадут возможность студентам эффективно применять в профессиональной деятельности полученные знания, умения и навыки.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы) отражена в табл. 1.
Таблица 1 – Структура дисциплины

Вид учебной работы	Всего зачетных единиц (часов)
Общая трудоемкость дисциплины	6 (216)
Аудиторные занятия:	2,5 (90)
лекции	(36)
практические занятия (ПЗ)	(18)
лабораторные работы (ЛР)	(36)
Самостоятельная работа:	2,5 (90)
изучение теоретического курса (ТО)	(36)
реферат	(9)
задачи	(18)
промежуточный контроль	(9)
другие виды самостоятельной работы: подготовка доклада, оформление и подготовка к защите лабораторных работ	(9)
	(9)
Вид итогового контроля (зачет+экзамен)	36

Основные дидактические единицы (разделы) представлены в табл. 2.

(тематический план занятий)

- перспективы развития химической термодинамики как теоретической базы синтетической химии и химической технологии,

-базовую терминологию, относящуюся к химической термодинамике, основные по-

нятия и законы термодинамики, их математическое выражение;

- роль термодинамических факторов в геологических, атмосферных процессах, биологических и технологических системах;

-основные экспериментальные и расчетные методы определения макроскопических

характеристик системы и отдельных ее составляющих веществ;

уметь

- применять основные законы химической термодинамики для обсуждения полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных,

- проводить физико-химический анализ процессов,

-моделировать химическое, фазовое равновесие, свойства растворов и проводить

численные расчеты физико-химических величин;

- проводить оценку возможных рисков, включая экологические, на основании знания закономерностей, управляющих поведением анализируемых системы,

- работать с установками и приборами, применяемыми в аналитических и физико-химических исследованиях;

владеть навыками

- проведения химического эксперимента, использования физико-химических методов исследования систем и процессов,

- работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов,

- оценки основных термодинамических параметров процессов с использованием известных физико-химических моделей.

Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 2 зачетных единиц (36 часов).

Целью изучения дисциплины является: необходимость выяснения тесной взаимосвязи между изучаемыми теоретическими положениями химии и биологических процессов, демонстрации прикладного характера химических знаний в природе.

знать: особенности структуры биомолекул (аминокислоты, пептиды, белки), сахаров, нуклеозидов, нуклеиновых кислот, жирных кислот, витаминов и микроэлементов; биокатализ, метаболизм, биополимеры и наследственность, молекулярные аспекты физиологии человека, химические аспекты происхождения жизни;

понимать принципы и основы химии живой материи, химические аспекты происхождения жизни;

иметь целостное представление: о процессах и явлениях, происходящих в неживой и живой природе, понимать возможности современных научных методов познания природы и владеть ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающих при выполнении профессиональных функций;

быть знакомым: с химическими основами биологических процессов и важнейшими принципами молекулярной логики живого.
Виды учебной работы: лекции, семинары.

Изучение дисциплины заканчивается сдачей зачета.

Целью изучения дисциплины является: формирование знаний в области синтеза, свойств высокомолекулярных соединений и свойств тел, построенных из макромолекул и в формировании целостного представления о проблемах теоретической, синтетической химии высокомолекулярных соединений и ее важнейшими практическими приложениями, знание которых необходимо каждому современному химику, независимо от его последующей специализации.

Задачами изучения дисциплины являются: подготовка выпускников, знающих и владеющих основами химии высокомолекулярных соединений,

рассмотрение отличительных свойств высокомолекулярных соединений по сравнению с низкомолекулярными веществами, изложение современных тенденций в развитии науки о полимерах и рассмотрение областей применения полимеров и полимерных материалов.

Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы):

Основные дидактические единицы (разделы): Введение, Синтез полимеров, Химические превращения полимеров, Свойства макромолекул и полимерных тел.

Виды учебной работы: лекции, лабораторные работы, решение задач, реферат.

Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.

Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных единиц (108 час).

Цель изучения дисциплины – получение студентами технологического и экологического мышления, позволяющего устанавливать связь химической технологии с теоретической химией, физикой, математикой и информатикой, знаний об особенностях современном химическом производстве, формирование социально – личностных компетенций, позволяющих подготовить выпускника университета к активной творческой работе по созданию перспективных процессов, материалов и технологических схем.

Задачами изучения дисциплины является: формирование представлений о химико-технологическом процессе, изучение экономических и технологических критериев эффективности процессов, углубленное изучение путей повышения эффективности химического производства. Математическое моделирование технологических процессов.

Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы)

Вид учебной работы	Всего зачетных единиц (часов)
Общая трудоемкость дисциплины	3 (108)
Аудиторные занятия:	1,5 (54)
лекции	1 (36)
семинарские занятия	0,5 (18)
Самостоятельная работа:	1 (36)
изучение теоретического курса	0,5 (18)
задачи	0,5 (18)
задания	0,5 (18)
Вид итогового контроля	зачет

Основные дидактические единицы (разделы)

МОДУЛЬ 1. Общие вопросы и теоретические основы химической технологии

РАЗДЕЛ 1. Общие вопросы химической технологии

Тема 1. Химическая технология как наука и важнейшая область практической деятельности

Виды технологий. Определение химической технологии как науки. Задача химической технологии как науки. Классификация химических производств. Промышленность неорганических веществ. Промышленность органических веществ. Основные направления развития химической технологии. Пути повышения эффективности производства существующей продукции. Математическое моделирование технологических процессов. Связь химической технологии с теоретической химией, физикой, математикой и информатикой. Особенность современной химической технологии.

Основные этапы создания химико-технологических систем (ХТС); принципы и общая стратегия системного подхода. Роль математического моделирования в решении задач проектирования и эксплуатации ХТС. Элементы ХТС и подсистемы. Типы потоков, связывающих элементы ХТС. Материальный и энергетический балансы потоков ХТС.

Химико-технологический процесс и его содержание. Технологическая схема. Технологический режим. Экономические и технологические критерии эффективности процессов: суммарные приведенные затраты, обобщенные экологические показатели. Капитальные затраты, себестоимость продукции,

производительность труда. Критерии эффективности отдельных этапов процесса степень превращения исходного реагента: выход продукта, полная (интегральная) селективность, мгновенная (дифференциальная) селективность.

Фундаментальные критерии эффективности использования сырья и энергоресурсов в ХТП. Термодинамическая неравноценность различных форм энергии; термодинамическая шкала качества тепловой энергии. Интегральное уравнение баланса энтропии; рост энтропии в технологическом процессе. Эксергия, как мера потенциальной работоспособности системы. Уравнение баланса эксергии; связь между потерями эксергии и производством энтропии. Методы расчёта эксергии. Эксергетический анализ. Основные источники производства энтропии в технологических процессах. Основные направления повышения эффективности использования сырьевых и энергетических ресурсов. Математическое моделирование в эксергетическом анализе.

Классификация природного, техногенного и вторичного сырья. Минеральные руды России. Нерудное сырье. Горючие ископаемые. Требования, предъявляемые к сырью. Показатели расхода различных видов сырья; относительный выход продукта. Комплексное использование сырья. Рациональное использование минерального сырья. Классификация вторичных материальных ресурсов. Принципы обогащения сырья. Рассеивание (грохочение). Гравитационное разделение. Магнитная сепарация. Флотационный метод. Вода как сырье и компонент химического производства. Промышленная водоподготовка. Атмосферный воздух в химической промышленности. Энергетическая база химической промышленности. Рациональное использование энергии: утилизация тепла продуктов реакции (регенерация и рекуперация). Энерготехнологические схемы, значение и сущность.

Классификация химических реакторов: реакторы смешения и вытеснения; адиабатические, изотермические, с промежуточным тепловым режимом и автотермические; реакторы для газофазных и жидкофазных реакций, газожидкостные реакторы, реакторы для систем газ-твердое, жидкость-твердое; периодические, непрерывнодействующие и полунепрерывные (полупериодические); стационарные и нестационарные. Основные модели химических реакторов. Моделирование изотермического реактора идеального смешения (РИС). Недостатки и достоинства РИС. Моделирование реактора идеального вытеснения (РИВ). Недостатки и достоинства РИВ. Химические реакторы с неидеальной структурой потоков. Причины отклонений от идеальности в проточных реакторах.

Характеристика процессов массопереноса. Массообмен. Массоотдача. Массопередача. Виды массообмена: эквимолярный и неэквимолярный. Движущие силы массообмена. Механизмы массообмена: молекулярная диффузия, конвективный перенос. Виды диффузии: молекулярная, самодиффузия, термодиффузия, бародиффузия, электродиффузия. 1-й и 2-й законы Фика. Математическое описание конвективной диффузии. Двухпленочная модель Льюиса и Уитмена. Нестационарные модели для описания массоотдачи.

Аппаратурное оформление массообменных процессов. Классификация массообменных аппаратов. Пути интенсификации массообменных процессов.

Тема 7. Дистилляция и ректификация