617-2029/02 – Základy procesního inženýrství (ZPI)

Garantující katedraKatedra chemieKredity6
Garant předmětudoc. Ing. Marek Večeř, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Marek Večeř, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduální
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2019/2020Rok zrušení
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
VEC05 doc. Ing. Marek Večeř, Ph.D.
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

Povinná literatura:

WICHTERLE Kamil, VEČEŘ Marek. Základy procesního inženýrství. VŠB-TU Ostrava, 2012. ŠNITA, Dalimil. Chemické inženýrství I. Praha: Vydavatelství VŠCHT, 2005. ISBN 80-7080-589-7. NEUŽIL, Lubomír a Vladimír MÍKA. Chemické inženýrství II. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická [Praha], 1993. ISBN 80-7080-170-0. ŠNITA, Dalimil. Příklady a úlohy z chemického inženýrství I. Vyd. 2., přeprac. Praha: VŠCHT, 2002. ISBN 80-7080-489-0. ŠNITA, Dalimil. Příklady a úlohy z chemického inženýrství II. Vyd. 2., přeprac. Praha: VŠCHT, 2002. ISBN 80-7080-492-0. MÍKA, Vladimír, Lubomír NEUŽIL a Jiří VLČEK. Příklady a úlohy z chemického inženýrství. I. díl. Praha: Vydavatelství VŠCHT, 1997. ISBN 80-7080-305-3. MÍKA, Vladimír, Lubomír NEUŽIL a Jiří VLČEK. Příklady a úlohy z chemického inženýrství. II. díl. Praha: Vydavatelství VŠCHT, 1997. ISBN 80-7080-305-3. HOLEČEK, Oldřich. Chemicko-inženýrské tabulky. Vyd. 2. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická [Praha], 2001. ISBN 80-7080-444-0.

Doporučená literatura:

BAFRNEC, Milan. Chemické inžinierstvo I. Bratislava: Malé centrum [Bratislava], 1999. ISBN 80-967064-3-8. DOJČANSKÝ, Ján a Jaroslav LONGAUER. Chemické inžinierstvo II. Bratislava: Malé centrum [Bratislava], 2000. ISBN 80-967064-8-9. MÍKA, Vladimír. Základy chemického inženýrství. 2., nezměn. vyd. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1981.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Písemná a ústní zkouška.

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

Kód předmětuZkratkaNázevPovinnost
617-2001 CH I. Chemie I. Povinná
617-2002 CH II. Chemie II. Povinná
619-2001 FCH Fyzikální chemie Povinná

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: 2019/2020 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40  30
        Zkouška Zkouška 60  11
Rozsah povinné účasti: Povinná cvičení, absolvování dvou písemných testů (nad 50%), vypracování 4 výpočetních programů.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku