ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Озерский технологический институт
(филиал)
ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Московский инженерно - физический институт
(государственный университет)»
 |
УТВЕРЖДАЮ
Ректор ОТИ МИФИ
______________
« » 2005г.
Программа
государственного экзамена
по специальности
"Машины и аппараты химических производств"
Согласовано Рассмотрена на методическом
Проректор по учебной работе семинаре кафедры ТМ и МАХП
______________ « 25 » ноября 2005г.
«____» ______________2005 г. Утверждена
на ученом совете
« 22 » декабря 2005 г.
1.Введение
1.1.Программа государственного экзамена предназначена для студентов специальности “ Машины и аппараты химических производств ”.
1.2.Программа составлена в соответствии с требованиями к знаниям и умениям студентов, предусмотренными Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 655400 «Энерго – и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», в рамках которого реализуется образовательная программа по специальности «Машины и аппараты химических производств».
1.3.В программу включены материалы следующих общепрофессиональных и специальных дисциплин:
- материаловедение и технология конструкционных материалов;
- технология машиностроения;
- химическое сопротивление материалов и защита от коррозии;
- механика;
- детали машин;
- сопротивление материалов;
- метрология, стандартизация и сертификация;
- процессы и аппараты химической технологии;
- конструирование и расчет элементов оборудования отрасли;
- машины и аппараты химических производств.
1.4.Экзамен проводится по пяти разделам:
-материаловедение, технология конструкционных материалов, защита от коррозии и технология машиностроения;
- механика, детали машин, метрология, стандартизация и сертификация;
- сопротивление материалов, конструирование и расчет элементов оборудования отрасли;
- процессы и аппараты химической технологии;
- машины и аппараты химических производств;
2.СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
2.1. Материаловедение, технология конструкционных материалов, химическое сопротивление материалов и защита от коррозии, технология машиностроения
Конструкционные стали и сплавы. Химико-термическая обработка. Виды отжига, закалки, отпуска, цель их проведения и влияние на технологические и механические свойства сталей. Цементация, цианирование, азотирование, диффузионная металлизация. Маркировка и области применения углеродистых, легированных, конструкционных и специальных сталей.
Неметаллические материалы. Резиновые материалы общего и специального назначения, области применения. Пластмассы, их классификация и области применения. Основы металлургического производства. Производство чугуна, стали. Теория и практика формообразования заготовок. Литейное производство. Обработка металлов давлением.
Производство неразъемных соединений. Сварочное производство. Виды сварки. Пайка металлов. Получение неразъемных соединений склеиванием.
Механическая обработка деталей. Формообразование поверхностей деталей резанием. Основные понятия и определения.
Изготовление резиновых и пластмассовых деталей, изделий и деталей из композиционных материалов.
Механизм химической коррозии. Термодинамика высокотемпературной коррозии металлов. Защитные свойства пленок. Высокотемпературная газовая коррозия железа, сталей, чугунов. Внутренние и внешние факторы газовой коррозии. Специальные виды газовой коррозии. Защита от газовой коррозии.
Электрохимическая коррозия. Процессы, протекающие на границе металл-раствор электролита. Понятие об электродном потенциале и механизм его возникновения. Окислительно-восстановительные потенциалы. Неравновесный потенциал и влияние различных факторов на его величину. Электрохимическая гетерогенность корродирующей поверхности и основные факторы, ее вызывающие. Основные закономерности коррозии пассивирующихся металлов. Влияние внутренних и внешних факторов на коррозию. Методы защиты металлов от электрохимической коррозии.
Единая система технологической документации (ЕСТД). Структура, назначение, функции, основные технологические документы. Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП). Состав стандартов. Показатели и оценка технико-экономического уровня технологической подготовки производства (ТПП). Виды технологичности конструкции изделий. Технологичность конструкций сборочных единиц, соединений, деталей.
Производственный и технологический процессы. Структура технологического процесса: операция, установ, позиция, переход, рабочий ход, вспомогательный ход. Значение технологической операции для планирования производства. Размер производственной программы, ее влияние на характер технологических процессов. Типы машиностроительных производств, их классификация в соответствии с ЕСТД и ЕСТПП. Характеристика производств по типу технологических процессов, оборудованию, оснастке, контрольно-измерительным инструментам. Комплектность технологических процессов по признаку размещения объекта изготовления. Системы обеспечения качества продукции. Управление технологическими процессами, контроль и испытание продукции. Метрологическое обеспечение производства. Контроль за соблюдением технологической дисциплины. Базирование деталей машин при обработке. Конструкторские, технологические и сборочные базы. Точность координирования. Погрешности базирования. Особенности базирования при обработке способами автоматического и индивидуального получения размеров. Жесткость технологической системы СПИД. Расчет жесткости, податливости и отжатия технологической системы. Геометрические погрешности станка. Погрешности настройки станка на размер обрабатываемого изделия. Размерный износ инструмента. Характер протекания износа инструмента в зависимости от параметров режима резания при использовании различных инструментальных материалов. Нормы износа режущего инструмента. Температурные деформации элементов технологической системы СПИД. Погрешности формы, размеров, и взаимного расположения поверхностей. Методы исследования и определения погрешностей. Погрешности систематические постоянные и закономерно изменяющиеся, случайные. Нормативы точности. Экономическая точность обработки. Расчет размерных цепей применительно к изготовлению и сборке. Выбор метода достижения точности замыкающего звена.
Основы проектирования технологических процессов. Методика и последовательность проектирования. Основные принципы технологической классификации деталей. Система классификации и кодирования. Проектирование технологических процессов обработки заготовок. Технология комплексного проектирования конструкции и технологии с применением международной системы. Разработка технологических процессов сборки машин и их сборочных единиц.
Типовые технологические процессы производства изделий отрасли. Технические требования, предъявляемые к ее конструированию и изготовлению. Детали аппаратов. Унификация, нормализация и классификация деталей. Разметка. Инструмент для разметки. Раскрой. Способы раскроя листового материала. Экономичность раскроя. Резка листов. Методы резки. Применяемое оборудование. Изготовление обечаек, резервуаров и котлов. Заготовки обечаек, предварительная обработка кромок и их подгибка. Вальцовка обечаек. Сварка обечаек и конструкция сварных швов. Правка обечаек. Изготовление клепаных конструкций. Сварка и клепка резервуаров из отдельных обечаек. Особенности сварки тонкостенных обечаек. Изготовление шаровых резервуаров. Технология контроля. Изготовление днищ аппаратов химической промышленности. Конструктивные формы днищ аппаратов. Определение размеров и изготовление заготовок для днищ. Формообразование жестких днищ вытяжкой на гидропрессах и взрывом. Штамповка днищ. Многослойные днища. Технический контроль. Изготовление фланцев и трубных решеток. Материалы и заготовки для их изготовления. Разметка и сверление отверстий. Требования, предъявляемые к отверстиям. Типовые процессы изготовления фланцев и трубных решеток. Технический контроль. Технология сборки машин и аппаратов химической промышленности. Оборудование и приспособления, применяемые при сборке изделий. Сборка трубчатой теплообменной аппаратуры. Сборка труб с трубными решетками. Способы закрепления труб. Контроль качества сборки.
Основная литература
1. , Леонтьева .-М.: Машиностроение, 1
2. Технология конструкционных материалов./ Под ред. .-М.: Машиностроение, 1
3. , Чернова коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы.-М.: Металлургия, 1986.
4. , Дементьев, Дмитриев магиностроения.-М.:Высшая школа, 1976.
5. , Балашов химического и нефтяного аппаратостроения.-М.: Машиностроение, 1976.
6. Гуляев .-М.:Металлургия, 1978.
7. Хренов , резка и пайка металлов.-М.: Машиностроение, 1973.
8. и др. Коррозия и защита металлов.-М.: Металлургия, 1981.
9. Корсаков технологии машиностроения.-М.: 1977.
2.2. Механика, детали машин, метрология, стандартизация и сертификация
Статика. Сила. Система сил. Эквивалентные системы сил. Равнодействующая система сил. Уравновешенная система сил. Несвободное твердое тело. Связи и реакции связей. Реальные связи. Трение. Условия и уравнения равновесия системы сил (задача статики). Задачи статически определимые и статически неопределимые. Центр тяжести твердого тела и его координаты. Кинематика точки. Траектория точки и законы задания её движения по траектории. Понятие об абсолютно твердом теле. Простейшее движение твердого тела. Поступательное движение твердого тела. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Угловая скорость и угловое ускорение тела. Скорости и ускорение точек твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Плоскопараллельное движение твердого тела. Скорость и ускорение точки плоской фигуры. Теорема о проекциях скоростей точек плоской фигуры на прямую, соединяющую эти точки. Мгновенный центр скоростей и мгновенный центр вращения. Планы скоростей и планы ускорений. Сложное движение точки. Относительное, переносное и абсолютное.
Расчеты на прочность при растяжении и сжатии. Закон Гука. Коэффициент Пуассона. Определение деформации при растяжении. Основные механические характеристики материалов. Понятие о срезе и сдвиге. Закон Гука при сдвиге. Расчеты на прочность при срезе. Кручение стержня круглого сечения. Расчеты на прочность и жесткость при кручении. Виды изгиба. Расчеты на прочность при изгибе. Дифференциальное уравнение изогнутого бруса. Определение деформаций при изгибе.
Соединения. Резьбовые соединения. Типы резьбы, конструкция деталей резьбовых соединений. Расчет резьбы. Расчет групп болтов. Штифтовые, шпоночные, зубчатые (шлицевые) и профильные соединения. Сварные соединения.
Передачи. Классификация передач, фрикционные передачи и вариаторы. Ременные передачи. Виды ременных передач, области применения. Зубчатые передачи, их классификация. Основные определения в зацеплении. Расчет зубчатых передач на выносливость, материалы и термообработка зубчатых колес. Косозубые, шевронные и конические передачи, особенности геометрии и расчета. Передачи с зацеплением Новикова. Дифференциальные и планетарные передачи. Волновые передачи. Червячные передачи, их геометрия, кинематика и расчет на прочность, тепловой расчет. Глобоидные передачи. Зубчатые и червячные редукторы. Передача винт-гайка. Цепные передачи.
Валы и оси. Назначение, конструкции и материалы валов и осей. Расчет валов на выносливость, жесткость и критическое число оборотов.
Подшипники. Подшипники скольжения. Типы и области применения. Материалы. Подшипники качения. Классификация и конструкции. Подбор подшипников качения по ГОСТу.
Муфты. Классификация муфт, основные типы муфт. Подбор стандартных муфт. Проверочные расчеты некоторых муфт.
Упругие элементы. Пружины и рессоры. Классификация пружин.
Основные принципы и методика конструирования узлов и деталей. Конструктивные основные решения при проектировании опор скольжения и качения. Уплотнения для различного вида соединений.
Виды средств измерений. Эталоны, их классификация и виды. Организационные основы государственной метрологической службы. Государственный метрологический надзор (ГМН). Калибровка и проверка средств измерений. Стандартные справочные данные. Сертификация средств измерений.
Стандартизация. Цели и задачи стандартизации. Категории и виды стандартов. Типизация технологических процессов, машин и оборудования. Прогрессивная, комплексная и опережающая стандартизация. Отраслевая система стандартизации и стандарты предприятия. Системы межотраслевых стандартов: ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП.
Номинальные и предельные размеры. Допуски, зазоры, натяги. Единая система допусков и посадок (ЕСДП). Основные понятия и терминология. Методика построения посадок в ЕСДП. Размерные цепи. Расчет линейных размерных цепей методом полной взаимозаменяемости. Расчет линейных размерных цепей с использованием теории вероятностей. Методы регулирования, группировки и пригонки звеньев размерной цепи. Классификация отклонений геометрических параметров деталей.
Шероховатость поверхности. Отклонения формы и расположения поверхностей. Стандартные резьбы общего назначения и их обозначения. Допуски и посадки резьбовых соединений. Нормирование точности зубчатых и червячных передач. Эксплуатационные и точностные требования. Система допусков для цилиндрических передач.
Допуски и посадки шлицевых, призматических шпоночных соединений. Подшипники качения. Типы и назначения. Посадки наружного и внутреннего колец.
Основная литература
Теоретическая механика
1. Тарг курс теоретической механики М.: Наука, 1966.
2. , Никифорова теоретической механики. Часть I и II.-М.: высш. Шк., 1966.
Теория машин и механизмов
1. , Левитский теории механизмов и машин.-М.: 1985.
2. , , и др. Теория механизмов и машин.-М.: 1987.
Сопротивление материалов
1. Феодосьев материалов.-М.:, 1990-73.
2. Степин материалов.-М.: Высшая школа. 1990.
Метрология, стандартизация и нормирование точности
1. и др. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения.-М.: Машиностроение, 1987.
2. Допуски и посадки: Справочник. В 2-х ч./ , и др. Л.:Машиностроение, 1982.
Детали машин
1. Решетов машин.-М.: Высшая школа, 1991.
2. Иванов машин.-М.: Высшая школа, 1984.
2.3. Сопротивление материалов, конструирование и расчет элементов оборудования отрасли
Основы теории напряженного состояния. Линейное напряженное состояние. Плоское напряженное состояние. Аналитические зависимости для определения напряжений на произвольных площадках. Круг напряжений Мора. Объемное напряженное состояние. Деформированное состояние. Обобщенный закон Гука. Объемная деформация.
Сложное нагружение. Критерии пластичности и разрушения. Расчеты на прочность при совместном действии изгиба и кручения. Статически неопределимые системы. Раскрытие статической неопределимости. Выбор основной системы. Канонические уравнения метода сил. Определение коэффициентов при неизвестных и свободных членах системы канонических уравнений. Определение перемещений в статически неопределимых системах. Расчеты на устойчивость сжатых стержней. Энергетический способ определения критической нагрузки. Расчет на прочность при действии сил инерции. Использование принципа Даламбера. Динамический коэффициент. Удар. Способ расчета по балансу энергий. Расчет на прочность при ударе. Прочность при напряжениях, переменных во времени. Характеристика напряжений. Предел выносливости. Основные факторы, влияющие на величину предела выносливости (концентрация напряжений, масштабный фектор, состояние поверхности). Коэффициент запаса прочности по усталостному разрушению.
Основы проектирования элементов оборудования. Критерии надежности изделия. Требования, предъявляемые к оборудованию химической промышленности.
Расчет и конструирование тонкостенных сосудов. Основные положения безмоментной и моментной теорий расчета тонкостенных оболочек. Применение моментной и безмоментной теории к расчету элементов аппаратов.
Понятие об устойчивости оболочек. Расчет и конструирование аппаратов, нагруженных наружным давлением. Расчет и конструирование плотнопрочных разъемных соединений. Разъемные соединения трубопроводов и химической аппаратуры. Прокладочные и беспрокладочные фланцевые соединения. Расчет фланцевых соединений на прочность и герметичность.
Укрепление отверстий в оболочках. Конструкции штуцеров. Расчет укрепления отверстий. Конструкции опор и их расчет для химических аппаратов.
Толстостенные аппараты. Расчет и конструирование аппаратов высокого давления. Методы изготовления толстостенных аппаратов. Расчет элементов аппаратов. Несущая способность и пути ее увеличения. Уплотнения и затворы аппаратов высокого давления.
Расчет и конструирование аппаратов с перемешивающими устройствами. Перемешивающие устройства в химической промышленности. Выбор мешалок.
Расчет и конструирование тепловой аппаратуры. Основные конструктивные требования, предъявляемые к теплообменным устройствам. Температурные напряжения. Основы расчета элементов теплообменников. Расчет линзовых компенсаторов.
Основы расчета быстровращающихся деталей. Расчет быстровращающегося цилиндрического сплошного сосуда, наполненного жидкостью. Определение напряжений и схема расчета на прочность стенки и днища сосуда. Расчет быстровращающихся валов, дисков. Сущность явления упругих колебаний и необходимость расчета на виброустойчивость. Основы расчета элементов центрифуг.
Основная литература
Сопротивление материалов
1. Феодосьев материалов.-М.:, 1990-73.
2.Степин материалов.-М.: Высшая школа. 1990.
Детали машин
1. Решетов машин.-М.: Высшая школа, 1991.
2. Иванов машин.-М.: Высшая школа, 1984.
Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли
1. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Под ред. – М.: Машиностроение, 1984.
2.4. Процессы и аппараты химической технологии
Классификация процессов химической технологии. Применение основных физических законов к изучению процессов химической технологии. Кинетические уравнения процессов химической технологии.
Гидростатика. Гидростатическое давление. Основное уравнение гидростатики.
Гидродинамика. Уравнение неразрывности потока. Дифференциальное уравнение движения Эйлера, Навье - Стокса.
Энергетический баланс потока идеальной и вязкой жидкостей. Уравнение Бернулли. Режимы движения жидкостей. Гидравлические сопротивления трубопроводов: потеря напора на трение и на местные сопротивления. Понятие о моделировании процессов. Гидродинамическое подобие (критерии Эйлера, Рейнольдса, Фруда, Архимеда, Галилея, критерии гомохронности). Обобщенное уравнение гидродинамики.
Перемещение жидкостей. Классификация насосов, применяемых в химической технологии. Основные параметры насосов (производительность, напор, потребляемая мощность, КПД). Высота всасывания, высота нагнетания. Поршневые насосы, центробежные насосы. Характеристики насосов. Работа насосов на сеть.
Гидромеханические процессы. Осаждения частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести. Скорости осаждения частиц в гравитационном и центробежном полях. Отстойники. Методика расчета основных технологических параметров. Циклоны. Технологический расчет циклона. Классификация зернистых и порошкообразных материалов. Методика расчетов классификаторов. Фильтрование. Движущая сила процесса фильтрования. Закон Дарси для определения констант фильтрования. Режимы фильтрования. Методы очистки газовзвесей. Понятие степени очистки газовзвесей от дисперсной фазы. Центрифугирование. Факторы разделения. Технологический расчет центрифуг.
Теплопередача. Способы передачи тепла. Определение коэффициентов теплоотдачи, теплопередачи. Закон Фурье. Уравнение теплопроводности плоской, цилиндрической стенок. Уравнение теплопередачи через разделяющую перегородку. Критерий Нуссельта. Определение коэффициента теплоотдачи через критериальное уравнение. Определение температурного напора. Виды взаимного движения теплоносителей.
Выпаривание. Способы выпаривания, их характеристики. Определение материального и теплового балансов однокорпусной и многокорпусной выпарных установок. Виды и определение температурных потерь при выпаривании. Распределение по корпусам общей полезной разности температур при многокорпусном выпаривании. Определение поверхности нагрева греющей камеры.
Массообменные процессы. Способы выражения состава фаз. Фазовое равновесие в системе жидкость-пар. Количественная и качественная оценки состояния системы Уравнение равновесной линии. Материальный баланс массообменных процессов. Уравнение рабочей линии. Общее уравнение массопередачи. Определение средней движущей силы массообмена по жидкой и паровой фазам. Определение числа единиц переноса. Высота единиц переноса. Расчет основных параметров массообменных аппаратов.
Абсорбция. Аппаратурная схема абсорбционной установки. Равновесие при абсорбции. Материальный баланс процесса абсорбции. Уравнение рабочей линии. Расчет расхода абсорбента. Ректификация. Равновесие в системе пар-жидкость. Аппаратурная схема ректификационной установки. Материальный баланс. Уравнения рабочих линий для укрепляющей и исчерпывающей частей колонны. Построение рабочих линий на диаграмме Y-X. Расчет флегмовых чисел. Адсорбция. Схемы адсорбционной установки. Массопередача при адсорбции. Методы десорбции. Расчет адсорберов. Сушка. Сушильные агенты. Параметры влажного воздуха. Диаграмма Рамзина I-х влажного воздуха. Материальный и тепловой баланс сушки. Экстракция. Аппаратурная схема экстракционной установки. Равновесие в системе жидкость-жидкость. Равновесная линия. Технологический расчет экстракторов.
Основная литература
1. Дытнерский и аппараты химической технологии, ч.1,2. - М.: Химия, 2002.
2. Гальперин процессы и аппараты химической технологии. –М.: Химия, 1981.
3. Касаткин процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1973.
4. Процессы и аппараты химической технологии. т.1,2 /Под ред. . –М.: Логос, 2000.
5. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию./ Под ред. –М.: Химия, 1983.
2.5. Машины и аппараты химических производств
Машины для механических процессов. Дробильно-размольное оборудование. Щековые и конусные дробилки. Основные конструкции. Принцип работы. Барабанные мельницы. Конструкции мельниц и основных деталей и узлов. Классификаторы измельченных материалов: механические, радиометрические, воздушные и гидравлические.
Аппараты для химических и гидропневмомеханических процессов. Химические реакторы периодического и непрерывного действия. Пневматические: барботеры, аэро-газ-лифты, пульсирующие. Механические перемешивающие устройства. Основные типы мешалок. Трубопроводы. Расчет трубопроводов. Соединения, монтаж и эксплуатация трубопроводов. Насосы для транспортирования жидких сред. Специальные насосы: вихревые, мембранные, пульсационные. Установка и эксплуатация.
Теплообменная аппаратура. Теплообменная аппаратура общего пользования. Выпарная аппаратура.
Особенности эксплуатации и основные требования к конструкциям аппаратов в радиохимических производствах. Оборудование для радиохимической технологии: растворители, аппараты ядерно-безопасной геометрии, фильтры, экстракторы, осадители, печи, контейнеры.
Основная литература
1. Машины и аппараты химических производств. / Под ред. .-Л.: Машиностроение, 1982.
2. Ядерная технология. / Под ред. .-М.: Атомиздат, 1979.
3. Экономика атомной энергетики. /Под ред. , - М.: Энергоатомиздат, 1984.
4. и др. Подготовка облученного ядерного топлива к химической переработке. - М.: Энергоатомиздат, 1984.
