617-0802/01 – Procesní inženýrství (PI)
| Garantující katedra | Katedra chemie | Kredity | 6 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Kamil Wichterle, DrSc. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Kamil Wichterle, DrSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2004/2005 | Rok zrušení | 2013/2014 |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Student, který již zvládl jednoduché dílčí problémy procesního inženýrství, se naučí analyzovat jednotkové procesy procesních technologií komplexně z pohledu proudění, sdílení tepla a hmoty.
Využívá znalostí fyzikální chemie a umí hledat potřebná tabelární data.
Procvičí si tyto dovednosti výpočty a prax v chemickoinženýrské laboratoři.
Vyučovací metody
Přednášky
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Obsahem předmětu je detailnější analýza vybraných fyzikálních a fyzikálně
chemických procesů souvisejících s průmyslovou realizací chemické a
potravinářské výroby. Základem je aplikace látkových a energetických bilancí na soustavy se změnami fáze a složení proudů. Jsou uvedeny základní jednotkové operace a kvantitativní popis procesů v nich probíhajících.
Problémy procesního inženýrství jsou probírány v komplexnosti současného
sdílení hybnosti, hmoty, tepla, kinetické a vnitřní energie se znalostí fyzikální chemie a přenosových jevů. Na příkladech systémů kapalina – pára (rektifikace, absorpce, sušení) je probrána bilance, rovnováha a kinetika
příslušných dějů a odpovídající aparaturní vybavení pro průmyslovou realizaci
procesů. Na aplikaci moderního projekčního software se seznámí student s
požadavky na vstupní data a s možnostmi simulovat vlivy jednotlivých
proměnných. V závěru se proberou i základní procesy plyn – pevné částice.
Povinná literatura:
WICHTERLE K., Základy procesního inženýrství. http://homen.vsb.cz/~wih15/ProcIng/
ŠNITA, D., Chemické inženýrství I. VŠCHT Praha, 2005.
MÍKA V., NEUŽIL L., VLČEK J. a kol., Příklady a úlohy z chemického
inženýrství I. a II. díl, VŠCHT Praha 1997.
[HOLEČEK O. a kol., Chemicko-inženýrské tabulky,VŠCHT Praha 2001.
[LUDVÍK M.a kol., Laboratorní cvičení z chemického inženýrství, skriptum
VŠCHT, Praha 2000.
Doporučená literatura:
MÍKA, V. Základy chemického inženýrství. SNTL Praha, 1981.
DOJČANSKÝ, J., LONGAUER, J. Chemické inženierstvo I, II. Malé centrum
Bratislava, 2000.
SKŘIVÁNEK J. a kol.: Chemické inženýrství I, II., skripta VŠCHT Praha
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
E-learning
Další požadavky na studenta
Na studenta nejsou kladeny žádné doplňkové požadavky.
Prerekvizity
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Rovnováha kapalina – pára, tenze par, výparné teplo. Clausius-Clapeyronova
rovnice, Antoinova rovnice. Raoultův zákon. Reálné směsi. Rovnovážné diagramy P-
x,y, T-x,y, y-x. Destilace mžiková. Destilace rovnovážná. Látková a energetická
bilance. Tepelná bilance nástřiku.
2. Rektifikace. Nástřik, destilát, zbytek. Bilance kolony, bilance patra.
Rovnovážné patro. Tepelná bilance a její vztah k průtokům. Účel zpětného toku
(reflux). Nastavení zpětného toku. Princip výpočtu od patra k patru.
3. Volba podmínek rektifikace. Vařák, princip, konstrukce. Způsob ohřevu.
Použití plamene, páry. Kondenzátor, konstrukce. Odhad a významnost tepelných
ztrát. Nastavování, dělení zpětného toku. Měřené veličiny.
4. Kolonová zařízení. Patrové kolony. Rychlost par, volba průměru. Zahlcení,
přestřik, volba výšky patra. Konstrukce pater, princip kloboučkového patra,
sítová patra, záklopková patra. Účinnost. Výplňové kolony. Rychlost par, volba
průměru. Volba velikosti výplně. Výška převodové jednotky. Objemový součinitel
přestupu hmoty. Kolonová zařízení pro absorpci, chlazení, odpařování.
5. Vícesložková destilace. Absorpce. Henryho zákon. Závislost na teplotě.
Pracovní čára. Převodová jednotka a její vztah k reálné jednotce (patru).
Absorpce několika složek.
6. Hnací síla přenosu hmoty. Součinitel přestupu tepla v kapalině, plynu.
Celkový součinitel přechodu hmoty. Měření součinitele přestupu hmoty. Otázka
mezifázové plochy. Objemový součinitel přestupu hmoty. Izobarická rovnováha v
soustavě voda - vzduch. Rozpustnost vzduchu ve vodě. Rozpustnost plynů v krvi.
Vlhkost vzduchu. Absolutní vlhkost.
7. Tepelná kapacita vlhkého vzduchu. Výparné teplo. Konstrukce diagramu vlhkého
vzduchu. Rosný bod. Teplota adiabatického nasycení. Teplota vlhkého teploměru.
Měření vlhkosti. Rovnováha vlhkosti vzduchu a vlhkosti materiálů. Klimatizace.
Chladící věže.
8. Typy vlhkosti materiálů. Vázaná a krystalová voda. Botnavé, sypké a pórézní
materiály. Rychlé sušení. Řízené sušení. Rozprašovací sušárny. Sušení parami.
Destilace s vodní parou.
9. Energetická bilance tepelných zařízení. Tepelný výměník, důležité teplotní
údaje a jejich vztah k bilanci a k průchodu tepla. Soustavy teplosměnných
zařízení, metoda pinch technology.
10. Řešení výměníků. Praktické použití programů ASPEN.
11. Seznámení s dalšími možnostmi programů ASPEN.
12. Přeměna mechanické a tepelné energie. Tepelné čerpadlo. Hluboké chlazení.
Ohřev disipačním teplem. Využití elektrické energie, odporový, indukční,
obloukový, mikrovlnný ohřev.
13. Adsorpce. Adsorpční izoterma. Postup adsorpční vlny. Kinetika adsorpce.
Desorpce. Dělení metodou PSA. Chromatografie.
14. Sypké materiály. Distribuce velikosti zrna. Sítová analýza. Jiné způsoby
měření rozměrů částic. Problémy koloidních částic. Aerosoly. Mletí a drcení.
Výpočtová cvičení
Bilanční výpočty v simulačním programu ASPEN. Seznámení s programem, praktické
řešení bilanční úlohy.
Rektifikace. Bilanční schéma kontinuální rektifikace, celková látková a
entalpická bilance rektifikační kolony. Teoretické a skutečné patro, účinnost
patra, celková účinnost kolony. Minimální reflux. Návrhový výpočet v
rozdělovacím diagramu x-y a numerické řešení pro různé formy nástřiku.
Absorpce. Vyjádření rovnovážných údajů. Bilanční schéma a materiálová bilance
absorbéru. Určení minimální spotřeby rozpouštědla. Návrh základních rozměrů
patrových a výplňových zařízení, grafické a numerické řešení. Počet převodových
jednotek, výška převodové jednotky, absorpční faktor.
Extrakce. Výpočet jednostupňové a vícestupňové extrakce s dokonale
nemísitelnými rozpouštědly, extrakce se spojitým stykem fází. Určení minimální
spotřeby extrakčního činidla. Grafické řešení vícestupňové extrakce s omezeně
mísitelnými rozpouštědly v trojúhelníkovém diagramu.
Sušení. Látková bilance periodické sušárny, výpočet doby sušení. Kinetika
sušení. Kontinuální reálná sušárna.
Usazování. Výpočet usazovací rychlosti. Výkonnost gravitačního sazováku.
Fluidace. Tlaková ztráta fluidní vrstvy. Výpočet prahové rychlosti a expanze
fluidní vrstvy.
Písemný test
Laboratorní cvičení (VŠCHT Praha)
Ztráty tlaku při proudění tekutin v přímém potrubí a místních odporech
Ztráty tlaku v trubce s výplní
Charakteristika odstředivého čerpadla
Filtrace
Usazovací rychlost částice
Fluidace
Míchání
Distribuce dob prodlení v míchaném systému
Sdílení tepla v deskovém výměníku
Prostup tepla povrchem s žebry
Reverzní osmóza
Sušení
Mletí
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky