619-3023/01 – Procesní inženýrství I (PI I)
| Garantující katedra | Katedra fyzikální chemie a teorie technologických procesů | Kredity | 7 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Lucie Obalová, Ph.D. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Lucie Obalová, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2019/2020 | Rok zrušení | 2021/2022 |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
- vysvětlit základní principy difúzně separačních procesů (Destilace
Absorpce, Extrakce, Adsorpce, Membránové separace).
- aplikovat základní znalosti fyzikální chemie a procesního inženýrství při
návrhových a simulačních výpočtech dělících aparátů.
Vyučovací metody
Přednášky
Semináře
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Projekt
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:
Doporučená literatura:
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
PREZENČNÍ STUDIUM
Podmínky pro získání zápočtu:
- vypracování a odevzdání 3 semestrálních výpočtových programů (celkové bodové ohodnocení programu zahrnuje jak obhajobu vypracovaného programu, tak zhodnocení obsahové a formální stránky odevzdaného programu)
Bodové hodnocení zápočtu:
- zápočet min. bodů 16
- zápočet max. bodů 30
V celkovém zisku bodového ohodnocení zápočtu musí být obsaženo nenulové hodnocení všech semestrálních výpočtových programů.
Bodové hodnocení zkoušky: zkouška kombinovaná
- písemná část zkoušky - min. 15 bodů - max. 30 bodů
- ústní část zkoušky - min. 20 bodů - max. 40 bodů
V celkovém zisku bodového ohodnocení zkoušky musí být obsaženo jak nenulové hodnocení výpočtové zkouškové písemky, tak nenulové hodnocení vlastní ústní zkoušky, tzn. student musí absolvovat obě části zkoušky. Bodové hodnocení předmětu se získá součtem bodů za cvičení a za absolvování zkoušky, výsledná klasifikace je dána podmínkami ve Studijním a zkušebním řádu VŠB-TUO.
E-learning
Další požadavky na studenta
Další požadavky nejsou definovány.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné 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. Rovnovážné patro. Destilace mžiková. Destilace
rovnovážná. Látková a energetická bilance. Tepelná bilance nástřiku.
2. Rektifikace. Nástřik, destilát, zbytek. Bilance kolony, bilance patra.
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.
Vícesložková destilace.
4. Kolonová zařízení. Patrové kolony. Rychlost par, volba průměru. Zahlcení,
přestřik, volba výšky patra. Konstrukce pater, princip kloboučkového patra,
sítová patra, záklopková patra. Účinnost.
5. 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.
6. Absorpce. Henryho zákon. Závislost na teplotě. Pracovní čára. Převodová
jednotka a její vztah k reálné jednotce (patru). Absorpce několika složek.
7. Výplňové kolony. Rychlost par, volba průměru. Typy výplní. Volba velikosti
výplně. Výška převodové jednotky
8. Kapalinová extrakce v systémech s nemísitelnými rozpouštědly. Vyjádření
fázové rovnováhy, představa rovnovážného stupně, účinnost nerovnovážného
extrakčního stupně.
9. Grafické a numerické řešení jednostupňové a opakované extrakce. Typy
extraktorů. Systémy s omezeně mísitelnými rozpouštědly, vyjádření fázové
rovnováhy.
10. Difuze v plynech, kapalinách, pevných a porézních látkách.
11. Adsorpce. Adsorpční izoterma. Postup adsorpční vlny. Kinetika adsorpce.
Desorpce. Dělení metodou PSA, TSA. Chromatografie. Difuzivita.
12. Membránová separace. Typy membránových procesů; ultrafiltrace, dialýza,
elektrodialýza, reverzní osmóza, pervaporace.
13. Shrnutí učiva a opakování.
Výpočtová cvičení:
1. Rovnovážná destilace. Diferenciální destilace, Bilanční schéma, celková látková a entalpická bilance
Rektifikace. Bilanční schéma kontinuální rektifikace, celková látková a entalpická bilance rektifikační kolony.
2. Teoretické a skutečné patro, účinnost patra, celková účinnost kolony.
3. Minimální reflux. Návrhový výpočet v rozdělovacím diagramu x-y a numerické řešení pro různé formy nástřiku.
4. Absorpce. Vyjádření rovnovážných údajů. Bilanční schéma a materiálová bilance absorbéru.
5. Určení minimální spotřeby rozpouštědla.
6. Návrh základních rozměrů patrových a výplňových zařízení, grafické a numerické řešení.
7. Počet převodových jednotek absorbéru, výška převodové jednotky, absorpční faktor.
8. Extrakce. Výpočet jednostupňové a vícestupňové extrakce s dokonale nemísitelnými rozpouštědly, extrakce se spojitým stykem fází.
9. Určení minimální spotřeby extrakčního činidla.
10. Grafické řešení vícestupňové extrakce s omezeně mísitelnými rozpouštědly v trojúhelníkovém diagramu.
11. Adsorpce. Jednostupňová a vícestupňová adsorpce.
12. Membránové procesy.
13. Konzultace výpočtových programů, náhradní termín
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky