617-2010/01 – Základy procesního inženýrství (ZPI)

Garantující katedraKatedra chemieKredity6
Garant předmětuprof. Ing. Kamil Wichterle, DrSc.Garant verze předmětuprof. Ing. Kamil Wichterle, DrSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník2Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2014/2015Rok zrušení
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
MIK76 Ing. Zuzana Jankovská, Ph.D.
VEC05 doc. Ing. Marek Večeř, 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

Cíle předmětu: - procvičovat látkové a energetické bilancování technologických procesů a aplikace přenosových jevů při inženýrských výpočtech , - ozřejmit principy základních tří hlavních tříd probíraných procesů, kterými jsou procesy hydrodynamické (čerpání, filtrace, sedimentace, fluidizace, míchání), přenos tepla (výměníky, tepelné ztráty, var, kondenzace) a sdílení hmoty (rovnovážné soustavy a dynamika krystalizace, absorpce, destilace, sušení, adsorpce), - poskytnout komentovaný úvod do problematiky difuzně separačních procesů. Získané znalosti: - schopnost rozpoznat technologický problém a navrhnout strategii jeho řešení, - provést energetickou a materiálovou bilanci, - schopnost popsat proces filtrace, sušení, odpařování a destilace, - navrhnout optimální výměník tepla. Získané dovednosti: - schopnost navrhnout konstrukční parametry zařízení, - schopnost provádět materiálové a energetické bilance přiměřeně složitých technologických celků, - schopnost navrhnout optimální podmínky pro provoz zařízení typu výměníku tepla, odparky, proudové sušárny, filtračních zařízeni a podobně, - schopnost získat informace pro provedení simulačních a optimalizačních výpočtů na stávajícím zařízení s ohledem na kolísavé parametry vstupních parametrů, - schopnost aplikovat získané teoretické poznatky na složitější technologické procesy, - schopnost identifikovat potřebné fyzikální veličiny k popisu procesu a jejich nalezení v chemickoinženýrských tabulkách a diagramech.

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)

Anotace

Předmět ukazuje, jak se dají procesy v průmyslu i v přírodě kvantitativně popsat a jak využít těchto poznatků při návrhu aparátů. Rozvíjejí se kvalitativní poznatky anorganické a organické technologie, proudění a sdílení tepla, bezpodmínečně nutné jsou dobré znalosti fyziky, fyzikální chemie a ovládání matematiky. Soustavně je procvičováno látkové a energetické bilancování technologických procesů a aplikace přenosových jevů při inženýrském modelování. Tři hlavní třídy probíraných procesů jsou procesy hydrodynamické (čerpání, filtrace, sedimentace, fluidizace, míchání), přenos tepla (výměníky, tepelné ztráty, var, kondenzace) a sdílení hmoty (rovnovážné soustavy a dynamika krystalizace, absorpce, destilace, sušení, adsorpce). Krátce je uvedena problematika chemických reaktorů.

Povinná literatura:

1. WICHTERLE K. VEČEŘ M., Základy procesního inženýrství. VŠB-TU Ostrava, 2012. 2. ŠNITA, D., Chemické inženýrství I a II. VŠCHT Praha, 2005. 3. MÍKA V., NEUŽIL L., VLČEK J. a kol., Příklady a úlohy z chemického inženýrství I. a II. díl, VŠCHT Praha 1997. 4. HOLEČEK O. a kol., Chemicko-inženýrské tabulky, VŠCHT Praha 2001.

Doporučená literatura:

1. DOJČANSKÝ, J., LONGAUER, J. Chemické inženierstvo I, II. Malé centrum Bratislava, 2000. 2. MÍKA, V. Základy chemického inženýrství. SNTL Praha, 1981.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

E-learning

Další požadavky na studenta

Čtyři semestrální výpočtové programy zaměřené na bilance, dopravu kapalin a základní jednotkové operace (filtrace, výměníky tepla, odpařování, sušení, nebo destilaci). Dva písemné kontrolní testy.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: 1. Předmět procesního inženýrství. Bilance, rovnováha, kinetika. Zákony zachování. Bilancovatelné veličiny, bilanční systém, bilanční období. Vstupy, výstupy, akumulace, přeměna. 2. Bilance hmoty. Vyjádření pomocí kusů, souprav, látkového množství, objemu. Extenzivní a intenzivní veličiny. Hustota, koncentrace, plynové zákony. 3. Bilance soustav s chemickou reakcí. Fiktivní proudy, stechiometrie. Bilance energie. Typy energie a přeměny. Mechanická energie v tekutém prostředí. Kinetická, potenciální a tlaková energie. Bernouliho rovnice. Tlaková ztráta. Proudění v potrubí. Součinitel tření, odporový součinitel. Laminární a turbulentní proudění, Reynoldsovo číslo. Drsnost. Skládání odporů proudění. 4. Dodávání mechanické energie. Čerpadla. Objemová čerpadla, principy, konstrukční a provozní zvláštnosti. Hydrodynamická čerpadla, principy, konstrukční a provozní zvláštnosti odstředivých čerpadel. Dělení směsí pevné částice – kapalina. Filtrace. Princip koláčové filtrace a veličiny, na nichž závisí rychlost filtrace. 5. Filtrační zkoušky. Filtrace s konstantní rychlostí, tlakovým spádem, charakteristikou čerpadla. Průmyslové filtry, nuč, kalolis. Sedimentace. Průběh sedimentace, bilance, suspenze, usazenina. Pádová rychlost částice. Pád koule – vliv setrvačných sil, viskozity. Rozměrová analýza, Reynoldsovo číslo, odporový součinitel. Stokesův zákon. Konstantní odpor. 6. Odstředivá síla. Sedimentační odstředivka, proudový odlučovač. Filtrační odstředivka. Zádrž kapaliny ve filtračním koláči a v usazenině. Rušené usazování. Zhutňování usazeniny. Dorrův usazovák. Třídění částic na základě různé usazovací rychlosti. 7. Míchadla rychloběžná a pomaloběžná. Příkon míchadel. Suspendace. Fluidizace. Prahová rychlost, úletová rychlost. 8. Bilance energie. Teplo jako forma energie. Teplo a teplota. Zákony zachování, definice entalpie. Významné členy v termodynamických úvahách. Tepelná kapacita, entalpie fázových a chemických změn. Inženýrské vyjádření na jednotku hmotnosti. Zdroje tepla. Sdílení tepla. Teplo, tepelný tok, hustota tepelného toku. Součinitel přestupu a průchodu tepla. Vedení, sálání, konvekce. Tepelná vodivost, Fourierův zákon. Kompozitní materiál. Kirchhoffovy zákony. Měření teploty. 9. Tepelná konvekce nucená, volná. Rozměrová analýza, filmová teorie. Nusseltovo číslo. Prandtlovo číslo. Grashoffovo číslo. Kriteriální rovnice. Kdy se projevuje sálání. Zákonitosti přenosu tepla sáláním. Pece. Zanedbatelnost některých tepelných odporů. Zadaná teplota, zadaný tepelný tok. 10. Stupňová zařízení. Převodová jednotka pro sdílení tepla. Řazení převodových jednotek. Souproud, protiproud. Tepelný výměník. Tepelná bilance – hnací síla. Převodová jednotka pro sdílení hmoty. 11. Tenze par. Izobarické odpařování do vzduchu. Výparné teplo. Var a kondenzace. Bublinový a blánový var. Kapková a blánová kondenzace. Ohřev parou. Vícestupňová odparka. Var při sníženém tlaku. Tepelné čerpadlo. Lindeho kolona. 12. Přehled difúzně separačních procesů (destilace, absorpce, stripování, extrakce, adsorpce, membránové separace, loužení, chromatografie, atd.), popis zařízení a základní principy probíhajících dějů. 13. Rovnováha kapalina pára. Raoultův zákon. Rozdělení destilačních procesů. Rovnovážná destilace. Opakovaná destilace. Princip kontinuální rektifikační kolony. Nástřik, destilát, zbytek. Zpětný tok. Teoretické patro. Kontaktování plynu s kapalinou. Patrové a výplňové kolony. 14. Vlhký vzduch. Nasycený vzduch. Absolutní vlhkost. Relativní vlhkost. Teplota vlhkého teploměru. Měření vlhkosti. Entalpie vlhkého vzduchu. Diagram vlhkého vzduchu. Vlhkost pevných a porézních materiálů. Rovnovážná vlhkost. Hnací síla sušení. Bilance sušení. Rychlost sušení. Sušárny. Vlhčení vzduchu. Chlazení vody vzduchem. Chladící věže. Hnací síly a principy koloběhu vody v přírodě. Výpočtová cvičení: 1. Hmotnostní a látkové bilance. 2. Hmotnostní a látkové bilance s chemickou reakcí. 3. Doprava tekutin, rovnice kontinuity, Bernouliho rovnice, disipační energie, tlaková ztráta. 4. Čerpadla a kompresory. 5. Filtrace a usazování. 6. Kontrolní test I. 7. Sdílení tepla a energetické bilance. 8. Kontrolní a návrhový výpočet výměníku tepla. 9. Odparky. 10. Sušení. 11. Destilace. 12. Konzultace semestrálních programů. 13. Kontrolní test II.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2016/2017 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 45 (45) 25
                Semestrální projekt Semestrální projekt 15  9
                Písemná zkouška Písemka 30  16
        Zkouška Zkouška 55  26
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (B3909) Procesní inženýrství (3909R014) Procesní inženýrství a metody kontroly kvality P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2018/2019 (B3909) Procesní inženýrství (3909R014) Procesní inženýrství a metody kontroly kvality P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2017/2018 (B3909) Procesní inženýrství (3909R014) Procesní inženýrství a metody kontroly kvality P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2016/2017 (B3909) Procesní inženýrství (3909R014) Procesní inženýrství a metody kontroly kvality P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2015/2016 (B3909) Procesní inženýrství (3909R014) Procesní inženýrství a metody kontroly kvality P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (B3909) Procesní inženýrství (3909R014) Procesní inženýrství a metody kontroly kvality P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2014/2015 (B3909) Procesní inženýrství (2805R002) Chemie a technologie ochrany životního prostředí P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku
FMMI 2017/2018 prezenční angličtina povinný 601 - Studijní oddělení stu. blok
FMMI 2016/2017 prezenční angličtina povinný 601 - Studijní oddělení stu. blok
FMMI 2015/2016 prezenční angličtina povinný 601 - Studijní oddělení stu. blok
FMMI_N 2014/2015 prezenční čeština povinný 601 - Studijní oddělení stu. blok