619-3024/01 – Reaktorové inženýrství (RI)
| 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 | 2 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2019/2020 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Cílem předmětu je aplikace poznatků z chemické kinetiky, termodynamiky a hydrodynamiky, nauky o sdílení tepla a hmoty při navrhování a simulaci chemických reaktorů.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Projekt
Anotace
Předmět Reaktorové inženýrství se zabírá problematikou kinetiky chemických reakcí v homogenních soustavách (kapalných a plynných), metodikou získávání a vyhodnocování kinetických údajů, základními modelovými představami izotermních a neizotermních chemických reaktorů, jejich návrhem a simulací, heterogenními reaktory a základními představami o neidealitách toku a jejich detekci.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
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 - max. 30 bodů - min. 15 bodů
- teoretická část zkoušky - max. 40 bodů - min. 20 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
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Termodynamika chemických reakcí. Tepelný efekt chemické reakce. Gibbsova
energie a termodynamická schůdnost. Rovnováha při chemické reakci. Reakční
izoterma a izobara. Rovnovážný stupeň přeměny.
2. Kinetika homogenních reakcí. Reakce elementární, jednoduché a složené.
Definice reakční rychlosti, rychlosti vzniku složky. Definice stupně přeměny.
Arrheniova rovnice. Selektivita. Výtěžek.
3. Obecná látková a energetická bilance chemického reaktoru. Stechiometrie.
Reakční soustavy beze změny a se změnou počtu molů.
4. Vsádkový ideálně míchaný reaktor. Popis, příklady použití. Látková a
entalpická bilance. Reaktor s proměnným objemem a tlakem. Konstrukční
řešení a řízení reaktoru.
5. Ideálně míchaný průtočný reaktor. Popis, příklady použití. Látková a
entalpická bilance. Prostorový čas, prostorová rychlost. Konstrukční řešení
a řízení reaktoru. Stabilita režimu míchaného průtočného reaktoru.
Vícenásobné ustálené stavy. Nájezd reaktoru. Kaskáda míchaných průtočných
reaktorů.
6. Reaktor s pístovým tokem. Popis, příklady použití. Látková a entalpická
bilance. Konstrukční řešení a řízení reaktoru. Porovnání objemu míchaného
průtočného a trubkového reaktoru.
7. Izotermní, neizotermní a adiabatické reaktory. Optimální pracovní teplota.
Konstrukční řešení.
8. Výzkum kinetiky chemických reakcí. Makrokinetické a mikrokinetické
vlastnosti. Zásady návrhu laboratorního reaktoru. Princip přenosu dat.
Zvětšování měřítka.
9. Metody zpracování kinetických dat. Lineární regrese, nelineární regrese.
10. Reálný tok. Metody diagnostiky hydrodynamiky toku v reálných reaktorech.
Distribuce doby prodlení. Modely toku pro reálné reaktory, axiální
disperze, kaskáda ideálních mísičů, mrtvý prostor, zkrat, segregační
model.
11. Kinetika heterogenních reakcí. Příklady vícefázových reaktorů: reaktory
kapalina – plyn, reaktory plyn – kapalina – tuhá fáze.
12. Heterogenní katalytické reaktory. Katalyzátor a děje probíhající v částici
katalyzátoru. Kinetické rovnice pro katalytické reakce. Modely
heterogenních katalytických reaktorů. Thieleho modul. Efektivní faktor.
Tlaková ztráta v sypaném loži.
13. Exkurze do chemického podniku.
Teoretické cvičení:
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 používán k řešení soustav diferenciálních rovnic.
- Úvod - seznámení s časovým harmonogramem cvičení, podmínkami pro získání
zápočtu a doporučenou literaturou. Termodynamika a rovnováha chemických
reakcí. Výpočet reakční entalpie a Gibbsovy energie z tabelovaných dat,
závislost na teplotě a tlaku. Reakční izoterma. Výpočet rovnovážné konverze.
- Kinetika homogenních reakcí. Rychlostní konstanta a její závislost na teplotě,
výpočet aktivační energie. Určení stupně přeměny pro systémy s konstantním a
proměnným objemem. Návrh a ověření kinetického modelu neelementární reakce na
základě experimentálních dat.
- Vsádkový ideálně míchaný reaktor. Látková a entalpická bilance. Adiabatický a
izotermní provoz reaktoru. Určení objemu reaktoru, výpočet doby potřebné k
dosažení požadované konverze.
- Průtočný ideálně míchaný reaktor. Látková a entalpická bilance, určení objemu
reaktoru s proměnlivou hustotou reakční směsi. Určení ustálených násobných
stavů. Kaskáda ideálně míchaných průtočných reaktorů.
- Reaktor s pístovým tokem. Látková a entalpická bilance. Řešení neizotermního
reaktoru. Heterogenní katalytické reaktory pro soustavu plyn-tuhý katalyzátor.
Integrální a diferenciální uspořádání.
- Zpracování experimentálních dat. Určení řádu jednoduché reakce, určení
rychlostní rovnice integrální a diferenciální metodou z kinetických dat
získaných ve vsádkovém a průtočném systému.
- 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.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky