Вопросы технологических дисциплин
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Самарский государственный технический университет»
(ФГБОУ ВО «СамГТУ»)
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
________________________ Юсупова О.В.
« » ____________________ 20_____г.
ПРОГРАММА ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА
по специальности (направлению подготовки) _______18.03.01_________________________
(шифр и наименование)
_______________________«Химическая технология»__________ __________________________________
_______________Химическая технология высокомолекулярных соединений____________________
Утверждена на заседании кафедры Утверждена Ученым советом факультета
«Технология органического и ______химико-технологический_______
нефтехимического синтеза» __________________________________
(наименование кафедры) (наименование факультета)
Протокол № __ от «__» _______ 20___г. Протокол № __ от «__» _________ 20__ г.
Заведующий кафедрой ___________ Председатель Ученого совета
|
|
|
(подпись)
_______________ Сафронов В.В.
(подпись) (ФИО)
Самара, 2021г.
Вопросы государственного экзамена
Типовые задачи по дисциплинам «Оборудование процессов органического синтеза» и «Оборудование процессов получения и переработки полимеров»
1. На складе оборудования имеется кожухотрубчатый теплообменник, состоящий из 25 стальных трубок, диаметром 20х2 мм, длиной 1,5м. Достаточна ли его поверхность для конденсации 400 кг/ч насыщенного пара ацетона если принять коэффициент теплопередачи равным 650 Вт/(м2 *К). Начальная температура воды, подаваемой в конденсатор 100С, конечная меньше нормальной температуры кипения ацетона на 7 0С. Конденсация ацетона ведется при атмосферном давлении, жидкий ацетон отводится при температуре конденсации.
2. Подобрать насос для перекачивания бензола при температуре 500С из открытой емкости в аппарат, работающий под избыточным давлением 0,1 МПа. Расход спирта 1,2х10 -2 м3 с - 1. Геометрическая высота подъема спирта 20 м. Длина трубопровода на линии всасывания 40 м. На линии нагнетания имеются два отвода под углом 120 0 (ξ =1,15) и 15 отводов под углом 900 с радиусом поворота, равным 6 диаметрам трубы (ξ = 1,1) и 2 нормальных вентиля (ξ = 4,5). На всасывающем участке трубопровода установлено 2 прямоточных вентиля (ξ = 0,8), имеется 6 отводов под углом 90 0 с радиусом поворота, равным 6 диаметрам трубы (ξ = 1,1). Проверить возможность установки насоса на высоте 4 м над уровнем спирта в емкости. Длина трубопровода на линии нагнетания 32 м.
|
|
|
3. Колонна для ректификации жидкого воздуха покрыта слоем изоляции из шлаковаты, толщина стенки колонны 5мм. Температура внутренней стенки колонны –190 0С, а наружного слоя изоляции 15 0С. Тепловые потери не должны превышать 63,8 Вт/м2. Коэффициент теплопроводности стали 46,5 Вт/(м*К), шлаковаты 0,076 Вт/(м*К). Рассчитать толщину изоляции, если пренебречь термическим сопротивлением со стороны воздуха.
4. Рассчитать узел конденсации этан-этиленовой колонны. Состав паров, поступающих на конденсацию, мольн. %: Н2 10; СН4 25,0; С2Н4 20,0; С3Н8 45,0. Количество паров 170 кмоль/ч. Режим работы конденсатора: Р = 100 атм, t = 20 оС. Константы равновесия для данных веществ при рабочих условиях соответственно равны: водород - ¥, метан- 2,23, этилен -0,78, пропан – 0,18.
|
|
|
5. Определить температуру начала конденсации смеси паров, содержащей в мольных процентах: Бензол 20, Ацетон20, Метанол 10, Этанол 50. При 4 ата.
6. Составить материальный баланс процесса окисления циклогексана в циклогексанол в расчете на 1 т товарного циклогексанола. Состав реакционной массы % масс.: циклогексанол - 59,2; циклогексан - 29,6; адипиновая кислота - 9,9; вода - 1,3. Со стадии выделения в реактор возвращается 90 % непрореагировавшего циклогексана. Окисление ведут воздухом (содержание кислорода 21 % об.) Считать, что кислород полностью расходуется на окисление.
7. В реактор окисления поступает 1000 кг/ч циклогексана. Мольное соотношение циклогексан/кислород – 4/1. Тепло реакции (250 кДж/моль образующегося циклогексанола) снимают за счет частичного испарения циклогексана из реакционной массы. Теплота испарения циклогексана 350 кДж/кг. Конверсия циклогексана 5 %, селективность по циклогексанолу 85%. Определить количество циклогексана, испаряющегося из реакционной массы.
|
|
|
8. Рассчитать расход i – бутана и бутанбутиленовой фракции (40% об. бутилена, 60 % об. бутана) для производства 1т/ч i – октана, если его выход составляет 90 % от теоретического.
Вопросы по дисциплине «Химия и физика полимеров»
9. Укажите, какие полимеры из приведенных невозможно получать полимеризацией мономеров и деполимеризацией отходов каких полимеров можно получать мономеры. Классифицируйте полимеры на гомо- и гетероцепные и каждый из них на органические, неорганические и элементоорганические:
| А) [– Si(СН3)2- О -]n | Е) [ - СF2 -СF2 -]n | К) [ - ТiН2 -ТiН2 -]n |
| В) [– Si(СН3)2- Si(СН3)2 -]n | Ж) [ - СН(ОН) -СН(ОН) -]n | Л) [ - СН2 -СН2 – О -]n |
| С) [-Аr- Аr-Аr-]n | З) [ - СН2 -С(СН3)(СООСН3) -]n | М) [ - СН2 -СН(ОН) - ]n |
| Д) [-РСl2=N-]n | И)[ - СН = СН - СН=СН-]n | Н) [ - СН2 -ССl2 - ] |
10. Напишите уравнения реакций поликонденсации мономеров.Классифицируйте реакции на гомо- и гетерополиконденсацию, гомо- и гетерофункциональную поликонденсацию. Зависит ли структура полимеров от соотношения мономеров Б, Д и Ж? При каких значениях m у мономера А и С наиболее вероятна побочная реакция циклизации?
| Номер реакции | Мономеры |
| А | НО – (СН2)m - СООН |
| Б | Н2N – R - NН2 + СlОС – R' - СОСl |
| С | НО – (СН2)m - ОН |
| Д | НО – R1 – ОН + НООС -R2 – СООН + НО - СН2 – СН(ОН) - СН2- ОН |
| Е | Н2N – Аm – NН2 + НООС - Вn – СООН |
| Ж | Н2N – R' -NН2 + НООС -R" – СООН + Н2N – R''' - NН2 |
11. Напишите схему реакций образования полимеров из следующих мономеров:
А) СН2 = СН-СN
Б) НО-(СН2)2 -ОН + НООС – (СН2)4 – СООН
В) О=С=N-R-N=С=О + Н2N-(СН2)6 - NН2
Г) СН2 = СН-Сl
Д) СН2 = ССl2
Е) СН2 = СН-СООН
Ж) Н2N-(СН2)6 – СООН
Классифицируйте реакции образования полученных полимеров на цепные, ступенчатые, конденсационного и полимеризационного типа. Можно ли для получения тех же полимеров использовать другие мономеры?
12. А) Используя термодинамические параметры сродства бинарных систем полимер-растворитель, подберите хороший растворитель для полистирола с молекулярной массой 1.6·106, объясните выбор растворителя. Параметр растворимости полистирола 18,2 ·103 (Дж/м3)1/2.
Б) Как изменится второй вириальный коэффициент полученного раствора полистирола в толуоле при введении в него метанола.
Термодинамические параметры сродства для системы:
полистирол – растворитель
| Растворитель | Параметр растворимости δ1· 10-3, (Дж/м3) | Параметр взаимодействия, χ | Второй вириальный коэффициент, А2·10-4, м3·моль/кг2 | Характеристическая вязкость, [η], см3/г |
| Тетрахлорид углерода | 14,5 | 0,456 | 2,95 | 0,376 |
| Хлороформ | 18,6 | 0,466 | 2,85 | 0,368 |
| Циклогексан | 12,0 | 0,490 | -0,37 | 0,110 |
| Толуол | 18,1 | 0,413 | 3,12 | 0,392 |
| Дихлорэтан | 19,6 | 0.475 | 2,88 | 0,371 |
| Метанол | 29,0 | 0,852 | -2.00 | - - - |
13. Укажите, какие сополимеры в приведенных примерах являются статистическими, блок- и привитыми сополимерами:
А) НООС – Аm – NН – ОС – Вn - NН2
Б) - [- СН2 -СН(С6Н5) – СН2 – С(СН3)(СООСН3) -]n -
В) –[-CH2-CH-]n-
O=C-NH-[-CH2-CH2-O-]m-H
Г) - [- НN – R – NН – ОС – R' -СО - НN -R'' - NН -]n -
По какому механизму (ступенчатому или цепному) образуются сополимеры в каждом случае?
Напишите уравнения реакций образования сополимеров А, В и Г.
14. Напишите формулы полимеров и расположите их в порядке уменьшения гибкости: поливинилхлорид, полиакрилонитрил, поливинилфторид, полиэтилен, поливинилиденхлорид. Обоснуйте: 1) этот ряд с помощью параметров гибкости; 2) с точки зрения гибкости полимеров характер изменения основных свойств (реологических, физико-механических) в этом ряду.
15. Напишите механизм действия ингибиторов, регуляторов, замедлителей, стопперов в процессах радикальной полимеризации. Объясните аналогии и различия их действия. Когда и зачем используют регуляторы?
16. Назовите отличия ступенчатых процессов синтеза полимеров от цепных по следующим параметрам:
А) Характер промежуточных продуктов;
Б) Изменение молекулярной массы по ходу реакции;
В) Скорость расходования мономеров;
Г) Присутствие высокомолекулярных продуктов в реакционной массе
Д) Исходные реагенты, промежуточные и конечные продукты
17. Объясните, при каких условиях реализуется высокоэластичное состояние у кристаллических полимеров?
А) Тс < Тт < Тпл;
Б) Тс < Тпл < Тт;
В) Тс < Тт = Тпл.
18. Поясните назначение пластификации полимеров. Укажите, какой из указанных пластификаторов внутриструктурного типа является наиболее подходящим для поливинилхлорида (ПВХ) с параметром его растворимости (δ) равным (δ = 19,79 Дж0,5/м3/ 0.5).
| Физические свойства пластификаторов | Пластификаторы | ||
| Дибутилфталат | Бензилбутилфта лат | Хлорпарафин | |
| Параметр растворимости, δ, Дж0,5/м3/ 0.5 | 18,97 | 20,2 | 19,6 |
| Параметр взаимодействия (χ) | -0,05 | 0,1 | 0.79 |
| Летучесть паров, % (1000С, 6 ч.) | 0,3 | 0,1 | 0,1 |
| Температура растворения ПВХ в пластификаторе, 0С | 92 | 106 | 166 |
19. Рассмотрите следующие системы мономеров и катализаторов:
| Катализаторы | Мономеры | |
| 1 | (С6Н5СО2)2 | СН2 = СН - С6Н5 |
| 2 | Li | СН2 = СН - СN |
| 3 | К2S2О8 | СН2 = С(CH3) – CH=СН2 |
| 4 | АlСl3 + Н2О | СН2 = С(СН3)2 |
| 5 | Н - С4Н9Li | СН2 = С(СН3) - СООСН3 |
Что является инициирующей частицей или активным центром каждого катализатора? Напишите механизм полимеризации каждого мономера. На каком катализаторе возможно получение «живого» полимера? Каковы необходимые условия получения «живого полимера»?
20. Опишите механизмы вулканизации диеновых каучуков серой, органическими перекисями и радиацией. Что представляет собой процесс вулканизации? Какие полимеры способны вулканизироваться? Как изменяются свойства полимера в процессе вулканизации?
21. Для повышения эластичности полиэфирного волокна – лавсана, полученного поликонденсацией этиленгликоля и терефталевой кислоты, в реакционную смесь вводят небольшое количество адипиновой кислоты. Напишите реакцию синтеза полиэтилентерефталата и возможную формулу сополимера, в состав которого входит адипиновая кислота. Объясните причину увеличения эластичности модифицированного таким способом волокна.
22. В чем различия и в чем сходство между полимераналогичными превращениями и внутримолекулярными реакциями полимеров? Приведите примеры реакций такого типа. Какие из полимеров в промышленном масштабе получают в результате полимераналогичных превращений? Напишите реакции получения таким способом промышленных полимеров.
23. Объясните, какие факторы снижают температуру стеклования полимера?
24. А) увеличение молекулярной массы полимера;
Б) увеличение добавок пластификатора в полимер;
В) уменьшение содержания полярных групп в полимере;
Г) уменьшение содержания громоздких заместителей и снижение разветвленности цепи.
25. Реакционноспособные олигомеры (РСО). Назовите основные промышленные РСО. Укажите способы получения синтетических структур на основе РСО. По каким функциональным группам и с помощью каких из перечисленных отвердителей осуществляют отверждение эпоксидных смол и полисульфидных олигомеров. Отвердители:
H2N – R – NH2 , HOOC – R – COOH, OCN – R – NCO, MnO2
Напишите в общем виде реакции отверждения этих олигомеров.
26. Чем по структуре различаются нематические, смектические и холестерические структуры жидкокристаллических полимеров? Какие химические группировки способствуют получению жидкокристаллических полимеров?
27. Предложите метод получения жидкокристаллического полимера с мезогенными группами в боковых цепях.
28. Рассмотрите способ придания биоразлагаемости многотоннажным промышленным полимерам.
29. Охарактеризуйте основные направления разработок получения биоразлагаемых полимеров.
30. Общие понятия и методы модификации свойств полимеров. Модификация олигомеров олигомерами. Приведите примеры.
Вопросы технологических дисциплин
«Сырьевые ресурсы отрасли»
31. Методы получения олефинов и диенов: этилен, бутадиен, изобутилен, изопрен. Технология, основные закономерности, химизм процессов.
32. Методы получения стирола, α – метилстирола. Химия реакций. Достоинства и недостатки различных методов.
33. Методы окисления в производстве терефталевой кислоты и диметилтерефталата. Химия и технология процесса. Достоинства и недостатки различных методов.
34. Хлормономеры: хлористый винил, хлоропрен. Свойства, методы получения. Сырьевая база.
35. Сырье для получения ПА: капролактам, адипиновая кислота. Методы получения. Химия и технология получения капроамида.
36. Кислородсодержащие мономеры: альдегиды, ангидриды, оксиды олефинов, виниловые эфиры. Способы получения.
«Технология полимеров»
37. ПЭНП и ПЭВП. Химия, механизмы и технологии получения. Достоинства и недостатки технологий.
38. Производство полистирола. Методы и механизмы полимеризации. Технологические особенности.
39. Производство ПВХ Методы и механизмы полимеризации. Технологические особенности.
40. Производство фенолформальдегидных смол. Химизм процесса. Различия в новолачных и резольных смолах по исходным компонентам, продуктам.
41. Изопреновые каучуки. Типы и назначения каучуков СКИ. Катализаторы полимеризации. Технология получения СКИ-3 на катализаторах Циглера-Натта. Приведите структуру получаемого каучука. Химизм полимеризации.
42. Бутадиеновые каучуки СКД. Синтез СКД на различных катализаторах. Типы и свойства бутадиеновых каучуков.
43. Бутадиен-стирольные каучуки (БСК). Типы, свойства и применение БСК получаемых растворной и эмульсионной полимеризацией. Основные стадии и сравнения двух технологий.
44. Бутилкаучук. Типы, свойства, назначение. Сравните растворную и суспензионную технологии получения БК.
45. Кремнийорганические полимеры. Исходные вещества. Особенности получения и отверждения полимеров. Влияние основных параметров на процесс поликонденсации. Свойства кремнийорганических полимеров.
46. Бутадиен-нитрильные каучуки. Свойства и типы каучуков. Технология получения каучуков.
47. Хлоропреновые каучуки. Типы и свойства хлоропреновых каучуков. Технология получения. Области применения хлоропреновых каучуков.
«Технология переработки и применения полимерных материалов»
48. Каландрование. Устройство и типы каландрования. Полимерные материалы, перерабатываемые каландрованием.
49. Экструзия. Полимеры, перерабатываемые экструзией. Конструкция экструдера. Схема экструзионной линии для производства гранул.
50. Зависимость свойств армированных ПКМ от процессов на границе «матрица - наполнитель». Смачивание. Адгезия. Краевой угол смачивания. Теории адгезии.
51. Расчет обобщенных параметров дисперсной структуры ПКМ. Деление дисперсно - наполненных ПКМ по структурному принципу.
«Химия и технология вспомогательных материалов для полимеров»
52. Опишите комплексный механизм действия аминного антиоксиданта в полимере на примере N-изопропил-N'-фенилфенилендиамина-1,4. В каких условиях деструкции полимера становится эффективным механизм действия аминных антиоксидантов с участием нитрокисильного радикала? В чем причина синергизма аминных и фенольных стабилизаторов?
53. Опишите комплексный механизм действия фенольного антиоксиданта в полимере, включающий реакции с участием фенола и феноксильного радикала, на примере 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола. Почему 2,6-дитретбутил-4-метилфенол и 2,4,6-три-трет-бутилфенол обладают различной эффективностью?
54. Покажите механизм действия S-содержащих стабилизаторов на примере 2,2'-тиобис-(6-трет-бутил-4-метилфенола). Достоинства и недостатки S-содержащих стабилизаторов. Почему фенолы (амины) и S-содержащие стабилизаторы являются синергистами?
55. Покажите механизм действия фосфорсодержащих стабилизаторов на примере трифенилфосфита. В чем состоит различие стабилизирующего действия триалкил- и триарилфосфитов? Особенности фосфорсодержащих стабилизаторов.
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 151; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!