617-0807/01 – Reaktorové inženýrství (RI)
| Garantující katedra | Katedra chemie | Kredity | 7 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Kamil Wichterle, DrSc. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Kamil Wichterle, DrSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 2 | Semestr | zimní |
| | 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 aplikuje poznatky z chemické stechiometrie, chemické rovnováhy a reakční kinetiky na průmyslové procesy.
Student rozeznává typy chemických reaktorů a ovládá základní výpočty konverzí běžných typů reakcí v nich.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Jsou probrány chemické a fyzikálně chemické základy výpočtu chemických reakcí. Je studován průběh reakcí v základních typech reaktorů, vsádkových a průtočných a způsoby charakterizace těchto soustav. Stručně jsou probrány procesní a konstrukční problémy reaktorů a způsoby řízení procesů.
Povinná literatura:
Levenspiel O.: Teorie a výpočty chemických reaktorů. SNTL Praha 1967
Doporučená literatura:
Horák J., Pašek J.: Navrhování průmyslových chemických reaktorů z laboratorních dat. SNTL Praha 1986
Scott Fogler H.: Elements of Chemical Reaction Engineering. Prentice Hall NY 1999
[3] Scott Fogler H.: Elements of Chemical Reaction Engineering. Prentice Hall NY 1999
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
E-learning
Další požadavky na studenta
Nejsou žádné další požadavky na studenty.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Chemické reakce. Stechiometrie. Termodynamika. Chemické rovnováhy v
homogenním prostředí.
2. Kinetika jednoduchých a složitých elementárních reakcí. Homogenní katalýza.
Obecný model mocninové kinetiky a jeho problémy. Pojem konverze a jaho vztah k
bilancím.
3. Jednofázové reaktory. Vsádkový reaktor. Průtočné reaktory. Pístový a
dokonale míchaný reaktor.
4. Konverze ve vsádkovém a průtočném reaktoru. Prostorový čas.
5. Diagnostika hydrodynamiky reaktoru. Distribuce dob prodlení. Neideální
proudění. Mrtvé zóny, zkraty. Hydrodynamické modely.
6. Kaskáda míchaných reaktorů. Míchání. Turbulence, Disperzní model.
7. Získávání kinetických dat. Laboratorní reaktory. Sběr dat z průmyslových
reaktorů.
8. Vliv teploty, izotermní, adiabatické reaktory. Stabilní a nestabilní režimy.
Reaktory s výměnou tepla.
9. Možnosti modelování reaktorů programem Aspen.
10. Reakce u fázového rozhraní. Absorpce a desorpce s chemickou reakcí.
Reaktory plyn-kapalina. Objemový součinitel přestupu hmoty. Biologické reaktory.
11. Reakce na povrchu. Katalytické reaktory. Pórézní prostředí, adsorpce,
heterogenní katalýza.
12. Pece. Fluidní reaktory. Model hořící částice. Vysoká pec jako chemický
reaktor.
13. Reaktory s viskozní tekutinou. Polymerační reaktory. Elektrochemické
reaktory. Membrány. Palivové články.
14. Měření a regulace chemických reaktorů. Předcházení ztrát a havárií.
Výpočtová cvičení
1. Termodynamika a rovnováha chemických reakcí. Výpočet reakční entalpie a
Gibbsovy energie z tabelovaných dat, závislost na teplotě a tlaku. Reakční
izoterma. Výpočet rovnovážné konverze.
2. Kinetika homogenních reakcí. Rychlostní konstanta a její závislost na
teplotě, výpočet aktivační energie. Typy reakcí, rychlostní rovnice
elementárních reakcí. Určení stupně přeměny pro systémy s konstantním a
proměnným objemem. Návrh a ověření kinetického modelu neelementární reakce na
základě experimentálních dat.
3. Vsádkový ideálně míchaný reaktor. Látková a entalpická bilance. Adiabatický
a izotermní provoz reaktoru. Určení objemu reaktoru, výpočet doby potřebné k
dosažení požadované konverze.
4. Průtočný ideálně míchaný reaktor. Látková a entalpická bilance, určení
objemu reaktoru s proměnlivou hustotou reakční směsi střední doba zdržení
částic v reaktoru. Stabilita míchaného průtočného reaktoru. Kaskáda ideálně
míchaných průtočných reaktorů, grafická metoda výpočtu.
5. Reaktor s pístovým tokem. Látková a entalpická bilance. Řešení neizotermního
reaktoru. Heterogenní katalytické reaktory pro soustavu plyn-tuhý katalyzátor.
Integrální a diferenciální uspořádání.
6. Zpracování experimentálních dat. Určení řádu jednoduché reakce, určení
rychlostní rovnice integrální a diferenciální metodou z kinetických dat
získaných ve vsádkovém a průtočném systému. Řešení interaktivní úlohy
simulující návrh reaktoru z provozních dat1 .
7. Neideální tok v reaktorech. Odezva výstupního proudu na změnu vstupního
proudu, skoková změna, Diracův impuls, distribuce dob prodlení. Model míchaného
průtočného reaktoru se zkratem a mrtvým prostorem.
Výpočtová cvičení probíhají v počítačové učebně, každý student má k dispozici
svůj počítač. K řešení úloh je využíván program EXCEL, v rámci cvičení se
studenti naučí pracovat s programem POLYMATH, který je zde využíván k řešení
soustav diferenciálních rovnic. Ve výuce jsou také využívány interaktivní úlohy
z knihy Elements of Chemical Reaction Engineering1.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky