Course detail
Chemical Engineering I
FCH-BC_CHIN1Acad. year: 2025/2026
Chemical and biochemical processes and apparatus fundamentals. Lectures are complemented by the computational and laboratory exercises. Mass balance, fluid flow, pumping, filtration, fluidization, mixing and particulate solids processing (characterisation of particulate systems, grain size measurment, comminution, separation, conveying systems, mechanics of particulate solids, storage systems).
Language of instruction
Number of ECTS credits
Mode of study
Guarantor
Department
Entry knowledge
Physics - basis of mass point, hydrodynamics, thermodynamics and diffusion basis;
Instumentaions - physics quantities measurement, transmission and processing;
Chemical engineering I.
Rules for evaluation and completion of the course
Partcipation on the prescribed Calculation exs, reports of all Calc. exs in the desiderative quality, the written part of Exam on the 32 points level min. of the 50poits sum-
Aims
Students will obtain the basic knowledge about the mathematical aparatus of the Fluids and Particle Solids Unit operations of Chemical Engineering which take place in the design and pass judgments of the separate processes of the chemical and other production technologies in the laboratory and production plant size as well.
Study aids
Prerequisites and corequisites
Basic literature
Richter J., Stehlík P., Svěrák T.: Chemické inženýrství, VUT v Brně, 2004. (CS)
Recommended reading
Novák, V., Rieger, F., Vavro, K.: Hydraulické pochody v chemickém a potravinářském průmyslu, SNTL Praha 1995 (CS)
Classification of course in study plans
- Programme BPCP_CHTN Bachelor's 3 year of study, winter semester, compulsory
- Programme BPCP_CHMA Bachelor's 3 year of study, winter semester, compulsory
- Programme BKCP_CHTM Bachelor's 3 year of study, winter semester, compulsory
- Programme BKCP_CHTP Bachelor's
specialization CHPL , 3 year of study, winter semester, compulsory
specialization PCH , 3 year of study, winter semester, compulsory
specialization BT , 3 year of study, winter semester, compulsory - Programme BKCP_CHTPO Bachelor's
specialization PCH , 3 year of study, winter semester, compulsory
specialization BT , 3 year of study, winter semester, compulsory
specialization CHPL , 3 year of study, winter semester, compulsory - Programme BPCP_CHTM Bachelor's 3 year of study, winter semester, compulsory
- Programme BPCP_CHTP Bachelor's
specialization CHPL , 3 year of study, winter semester, compulsory
specialization PCH , 3 year of study, winter semester, compulsory
specialization BT , 3 year of study, winter semester, compulsory - Programme BPCP_CHTPO Bachelor's
specialization CHPL , 3 year of study, winter semester, compulsory
specialization PCH , 3 year of study, winter semester, compulsory
specialization BT , 3 year of study, winter semester, compulsory - Programme BPCP_CHCHTE Bachelor's 3 year of study, winter semester, compulsory
- Programme BKCP_CHCHTE Bachelor's 3 year of study, winter semester, compulsory
Type of course unit
Lecture
Teacher / Lecturer
Syllabus
2. Energy flow balance; Bernoulli's equation; continuity equation; Reynolds criterion and its application in processes; branched systems.
3. Presure losses in piping systems; the expression of losses in equivalent lengths; Navier-Stockes equation; Darcy's equation; Moody's diagram; basics of aerodynamics.
4. Pumping of liquids; working height of the pump; pipeline characteristics; placing the pump in the pumping process; head height; cavitation; power and efficiency of the pump; methods of controlling the flow of liquids by the pump; types of hydrodynamic and volumetric pumps.
5. Sedimentation processes; Stokes' relationship; Archimed Criterion; the procedure for calculating the sedimentation speed; nomograms of sedimentation rate calculation and minimum particle size of the sedimentation particle; correction of sedimentation velocity for non-particle particles; settling of the particles in the suspension; continuous sedimentation equipment in practice.
6. Mixing; perfectly segregated, mixed and random mix; issues of sampling and homogeneity assessment; mixing devices; the criteria used to calculate the homogeneity, mixer power, heat and mass transfer rate; splitting types of mechanical agitators by purpose and mixing modes; dissipation of mechanical energy; laboratory mixers; trends of sparkling mixers; static mixer zones; kinetics of homogenization;
7. Particulate matter; parameters specifying a particular system; granulometry and an overview of granulometric methods used; conveyors and particle dispensers; disintegration of the solid phase; jet milling; media mills; calculations of grinding energy; grinding bodies; nanomaterials and applications of nanomaterials; basics of mechanochemistry; basics of grinding ingredients.
8. Flow through a porous partition; the equivalent diameter of the canvases; definition of specific surfaces; Ergun formula for coefficient of hydrodynamic resistance; two-phase flow columns; structured and bulk layers; Ramm diagram; application of porous layers in filtration, chromatography and TWC automotive catalysts; logic of asymmetric porous layers;
9. Fluidization; fluidization columns and fluidization modes; fluid combustion; pressure drop in the fluidized bed; ripple; dependence of the pressure and expansion of the fluid bed; mixed fluid layers.
10. Pressure filtration, general filtration equation; a partial solution for constant pressure filtration and a constant flow rate; graphical solutions of filter constants; types of filtration according to the size of the separated particles.
11. Heat sharing; basic concepts of heat sharing; Heat Transfer by Radiation, Stefan - Boltzmann's Law; absolutely black and white bodies; emissivity; heat sharing on scaling; general heat conduction equation; coefficients of thermal and thermal conductivity; steady heat conduction for planar and circular surfaces; steady heat conduction with a composite sandwich surface; thermal insulation of pipes; the problem of heat resistance of windows.
12. Convection heat sharing; Basic criteria for calculating heat transfer; convection natural and forced; the placement of physical constants into critical relationships.
13. Heat transfer; heat sharing during phase change; condensation processes and their calculations, Nusselt's relationship; var kapaliny; the heat flow / heat transfer coefficient of combustion at the boiler temperature gradient; exchanging and regenerative heat exchangers and their calculations; types of exchangers in practice.
Exercise
Teacher / Lecturer
Syllabus
2. Energetická bilance proudění; Bernoulliho rovnice; rovnice kontinuity; Reynoldsovo kriterium a jeho aplikace v procesech; rozvětvené soustavy.
3. Ztráty v potrubních systémech; vyjadřování ztrát v ekvivalentních délkách; Navier-Stockesova rovnice; Darcyho rovnice; Moodyho diagram; základy aerodynamiky.
4. Čerpání kapalin; pracovní výška čerpadla; charakteristika potrubí; umístění čerpadla v procesu čerpání; nátoková výška; kavitace; výkon a účinnost čerpadla; způsoby regulace průtoku tekutin čerpadlem; typy hydrodynamických a objemových čerpadel.
5. Procesy sedimentace; Stokesův vztah; Archimedovo kriterium; postup výpočtu sedimentační rychlosti; nomogramy výpočtu sedimentační rychlosti a minimálního rozměru sedimentující částice; korekce sedimentační rychlosti pro nekulové částice; usazování částic v suspenzi; kontinuální sedimentační zařízení v praxi.
6. Míchání; dokonale segregovaná, smíchaná a nahodilá směs; problematika vzorkování a posuzování homogenity; míchací zařízení; kriteria používaná při výpočtu homogenity, příkonu míchadel, přenosu tepla a hmoty; dělení typů mechanických míchadel podle účelu a režimů míchání; disipace mechanické energie; laboratorní míchačky; trendy bezvřetenových mixerů; statické zóny mixerů; kinetika homogenizace;
7. Partikulární látky; parametry specifikující partikulární systém; granulometrie a přehled používaných granulometrických metod; dopravníky a dávkovače partikulárních látek; dezintegrace pevné fáze; tryskové mletí; media mills; výpočty mlecí energie; materiály mlecích těles; nanomletí a aplikace nanomateriálů; základy mechanochemie; základy funkce mlecích přísad.
8. Tok porézní přepážkou; ekvivalentní průměr kanálků průlinčité vrstvy; definice specifických povrchů; Ergunovy vzorce pro koeficient hydrodynamického odporu; kolony dvoufázového toku; strukturované a sypané vrstvy; Rammův diagram; aplikace porézních vrstev ve filtraci, chromatografii a u TWC katalyzátorů automobilů; logika asymetrických porézních vrstev;
9. Fluidizace; fluidizační kolony a režimy fluidizace; fluidní spalování; pokles tlaku ve fluidní vrstvě; čeření; závislost průběhu tlaku a expanze fluidní vrstvy; promíchávané fluidní vrstvy.
10.Tlaková filtrace, obecná rovnice filtrace; parciální řešení pro filtraci za konstantního tlaku a za konstantní rychlosti průtoku; grafická řešení filtračních konstant; typy filtrací podle rozměru separovaných částic.
11. Sdílení tepla; základní pojmy sdílení tepla; přestup tepla sáláním, Stefan - Boltzmannův zákon; absolutně černá a bílá tělesa; emisivita; sdílení tepla při změně měřítka; obecná rovnice vedení tepla; součinitelé teplotní a tepelné vodivosti; ustálené vedení tepla pro rovinnou a kruhovou plochu; ustálené vedení tepla složenou sendvičovou plochou; tepelná isolace trubek; problematika tepelné odolnosti oken.
12. Sdílení tepla konvekcí; základní kriteriální vztahy při výpočtu přestupu tepla; konvekce přirozená a nucená; dosazování fyzikálních konstant do kriteriálních vztahů.
13. Prostup tepla; sdílení tepla při změně fází; procesy kondenzace a jejich výpočty, Nusseltův vztah; var kapalin; závislosti tepelného toku/koeficientu přestupu tepla při varu na gradientu teploty vařáku;
výměníky regerenační a rekuperační a jejich výpočty; typy výměníků v praxi.