617-0807/01 – Reaktorové inženýrství (RI)

Garantující katedraKatedra chemieKredity7
Garant předmětuprof. Ing. Kamil Wichterle, DrSc.Garant verze předmětuprof. Ing. Kamil Wichterle, DrSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník2Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2004/2005Rok zrušení2013/2014
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
OBA79 prof. Ing. Lucie Obalová, Ph.D.
WIH15 prof. Ing. Kamil Wichterle, DrSc.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+3

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

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

Prezenční forma (platnost od: 2011/2012 zimní semestr, platnost do: 2013/2014 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 30 (30) 16
                Projekt Projekt 30  16
        Zkouška Zkouška 70 (70) 35
                Písemná zkouška Písemná zkouška 30  15
                Ústní zkouška Ústní zkouška 40  20
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2013/2014 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2010/2011 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2009/2010 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2008/2009 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2007/2008 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2006/2007 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2005/2006 (N3909) Procesní inženýrství (2807T004) Chemické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku
FMMI 2013/2014 prezenční čeština povinný 601 - Studijní oddělení stu. blok
FMMI 2012/2013 prezenční čeština povinný 601 - Studijní oddělení stu. blok
FMMI_ECTS 2011/2012 prezenční čeština povinný 600 - Děkanát FMT stu. blok