Detail předmětu
Chemické inženýrství pro životní prostředí II
FCH-MC_CHI2_ZAk. rok: 2023/2024
Mechanismy sdílení tepla, bilance entalpie, výměníky tepla, odpařování. Základy difúzních procesů, extrakce, destilace a rektifikace, absorpce a adsorpce, sušení, krystalizace, chemické reaktory.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Matematika - základy vektorového, diferenciálního a integrálního počtu; používání programu EXCEL;
Fyzika - základy mechaniky, hydrodynamiky, termodynamiky a difuzních procesů;
Přístrojová technika - základy snímání, přenosu a zpracování dat fyzikálních veličin;
Chemické inženýrství I.
Fyzika - základy mechaniky, hydrodynamiky, termodynamiky a difuzních procesů;
Přístrojová technika - základy snímání, přenosu a zpracování dat fyzikálních veličin;
Chemické inženýrství I.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Pro udělení zápočtu je nutná aktivní
účast ve cvičení a vyřešení zadaných Zápočtových příkladů.
Zkouška sestává z písemné a ústní části, kde
má posluchač prokázat základní teoretické, početní
a praktické znalosti daného oboru.
U písemné části zkoušky lze používat literaturu určenou zkoušejícím.
Účast na Výpočtových cvičení, vypracování individuálních Zápočtových příkladů v předepsané kvalitě, úspěšná písemná část zkoušky je podmíněna získáním hodnocení minimálně 25 bodů z 50 možných.
účast ve cvičení a vyřešení zadaných Zápočtových příkladů.
Zkouška sestává z písemné a ústní části, kde
má posluchač prokázat základní teoretické, početní
a praktické znalosti daného oboru.
U písemné části zkoušky lze používat literaturu určenou zkoušejícím.
Účast na Výpočtových cvičení, vypracování individuálních Zápočtových příkladů v předepsané kvalitě, úspěšná písemná část zkoušky je podmíněna získáním hodnocení minimálně 25 bodů z 50 možných.
Učební cíle
Osvojení principů a matematických postupů charkterizacie chemicko-inženýrských dějů při transportu kapalin a pevné fáze. Seznámení s návrhy technologických zařízení používaných při realizaci těchto dějů v průmyslových procesech.
Studenti získají základní znalosti Jednotkových operací oblastí Tepelných procesů a Difuzních procesů transportu hmoty Chemického inženýrství, které se používají při návrzích a při posuzování jednotlivých procesních uzlů v praxi chemických i jiných výrob v laboratorním měřítku i v průmyslové praxi, které jsou velmi podstatné při posuzování zdrojů znečišťování životního prostředí.
Studenti získají základní znalosti Jednotkových operací oblastí Tepelných procesů a Difuzních procesů transportu hmoty Chemického inženýrství, které se používají při návrzích a při posuzování jednotlivých procesních uzlů v praxi chemických i jiných výrob v laboratorním měřítku i v průmyslové praxi, které jsou velmi podstatné při posuzování zdrojů znečišťování životního prostředí.
Základní literatura
Coulson J. M., Richardson J. F.: Chemical Engineering Butter worth Heinmann, Oxford 2002.
(EN)
Richter J., Stehlík P., Svěrák T.: Chemické inženýrství, VUT v Brně, 2004. (CS)
Robert H. Perry: Perry's Chemical Engineers' Platinum Edition, McGraw-Hill Professional, 1999. (EN)
Richter J., Stehlík P., Svěrák T.: Chemické inženýrství, VUT v Brně, 2004. (CS)
Robert H. Perry: Perry's Chemical Engineers' Platinum Edition, McGraw-Hill Professional, 1999. (EN)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1) Odparky; hmotnostní a entalpický výpočet odparek; ebulioskopické zvýšení teplot bodu varu; prostup tepla v odparkách; zvyšování tepelného odporu "vodním kamenem"; kaskádové uspořádání odparek a výpočet vícečlenných odparek; typy vsádkových a kontinuálních odparek; filmové odparky; vyvíječe páry; výhody a nevýhody zařazení odparek do procesů.
2) Fázové rovnováhy; fázové diagramy T-P; fázové diagramy vodní páry T- S, i - S, P - S; znázornění základních procesních pochodů - děje isotermické, adiabatické, isochorické, isoentalpické, isobarické; Carnotův cyklus; cykly levo a pravotočivé; tepelné cykly chladniček a tepelného čerpadla.
3) Směsi plynů s vodní parou; rovnovážná reakce plynů; parní reforming; výroba vodíku.
4) Destilace; rovnováha kapalina - pár; Raultův a Daltonův zákon; azeotropy; základy výpočtů rovnovážné destilace analytickou a grafickou metodou; výpočty entalpií směsí; parciální kondenzace.
5) Rektifikace; dělení směsi kapalin na patrech rektifikační kolony; reflux; pracovní přímka rektifikace obohacovací a ochuzovací části kolony; uspořádání pater;"sypané" kolony; ropné produkty rektifikace;
6) Rektifikace s teplotou nástřiku jinou než bod varu; "q" přímka; vakuová destilace a rektifikace; vliv refluxu na teoretický počet pater; destilace vodní parou; diferenciální destilace, Rayleighova rovnice, grafické řešení integrálu.
7) Extrakce; základní terminologie a použitelnost procesu extrakce; teoretické základy vývoje fází extrakt/rafinát (fugacita, aktivitní koeficient...); používání ternárních grafů, konodální křivky; jednostupňová extrakce; limitní režimy jednostupňové extrakce; vicestupňová opakovaná extrakce; protiproudá kontinuální extrakce; extrakce pevných látek; základní uspořádání M - S procesů.
8) Absorpce; Henryho zákon; závislost Henryho konstanty na teplotě; kesonová nemoc; rovnovážná křivka a pracovní přímka absorpce; hmotnostní bilance absorpce; kinetika procesu absorpce; základní bezrozměrné vztahy používané při absorpci; analogie výpočtu absorpce s procesy výměny tepla; absorpční zařízení; problematika scrubberů; desorpce absorbentů - stripování; aplikace procesů absorpce, specifika chemisorpce; Hantovo kriterium.
9) Úprava vzduchu a vzduchové chlazení; základní parametry vlhkého vzduchu; Mollierův diagram vlhkého vzduchu; entalpický výpočet vzduchového chladiče.
10) Sušení; základní výpočtové vztahy přestupu vlhkosti; entalpický výpočet, rovnovážný stav Y = f (X); sušicí křivky; zařízení procesů sušení; sušárny lískové, bubnové, Nauta, mikrovlnné, vakuové, flash-dryers; liofilizace.
11) Adsorpce; principy fyzikální adsorpce a chemisorpce; průmyslové adsorbenty; rovnováha při adsorpci; adsorpční isotermy; průnikové křivky; uspořádání adsorpčního procesu; regenerace sorbentů; adsorpce za střídavého tlaku (PSA); adsorpční sušení plynů.
12) Procesy velmi nízkých teplot; Carnotovy cykly pro dosažení nízkých teplot; Linde technologie zkapalňování vzduchu; Claudeho systém; rektifikace kapalného vzduchu; produkce vzácných plynů.
13) Membránové procesy; úvod do separace membránami; membrány pro ultrafiltraci; problematika nano-filtrací; dialýza; pervaporace; Robesonův diagram; princip vodíkového článku, problematika kontaktorů.
2) Fázové rovnováhy; fázové diagramy T-P; fázové diagramy vodní páry T- S, i - S, P - S; znázornění základních procesních pochodů - děje isotermické, adiabatické, isochorické, isoentalpické, isobarické; Carnotův cyklus; cykly levo a pravotočivé; tepelné cykly chladniček a tepelného čerpadla.
3) Směsi plynů s vodní parou; rovnovážná reakce plynů; parní reforming; výroba vodíku.
4) Destilace; rovnováha kapalina - pár; Raultův a Daltonův zákon; azeotropy; základy výpočtů rovnovážné destilace analytickou a grafickou metodou; výpočty entalpií směsí; parciální kondenzace.
5) Rektifikace; dělení směsi kapalin na patrech rektifikační kolony; reflux; pracovní přímka rektifikace obohacovací a ochuzovací části kolony; uspořádání pater;"sypané" kolony; ropné produkty rektifikace;
6) Rektifikace s teplotou nástřiku jinou než bod varu; "q" přímka; vakuová destilace a rektifikace; vliv refluxu na teoretický počet pater; destilace vodní parou; diferenciální destilace, Rayleighova rovnice, grafické řešení integrálu.
7) Extrakce; základní terminologie a použitelnost procesu extrakce; teoretické základy vývoje fází extrakt/rafinát (fugacita, aktivitní koeficient...); používání ternárních grafů, konodální křivky; jednostupňová extrakce; limitní režimy jednostupňové extrakce; vicestupňová opakovaná extrakce; protiproudá kontinuální extrakce; extrakce pevných látek; základní uspořádání M - S procesů.
8) Absorpce; Henryho zákon; závislost Henryho konstanty na teplotě; kesonová nemoc; rovnovážná křivka a pracovní přímka absorpce; hmotnostní bilance absorpce; kinetika procesu absorpce; základní bezrozměrné vztahy používané při absorpci; analogie výpočtu absorpce s procesy výměny tepla; absorpční zařízení; problematika scrubberů; desorpce absorbentů - stripování; aplikace procesů absorpce, specifika chemisorpce; Hantovo kriterium.
9) Úprava vzduchu a vzduchové chlazení; základní parametry vlhkého vzduchu; Mollierův diagram vlhkého vzduchu; entalpický výpočet vzduchového chladiče.
10) Sušení; základní výpočtové vztahy přestupu vlhkosti; entalpický výpočet, rovnovážný stav Y = f (X); sušicí křivky; zařízení procesů sušení; sušárny lískové, bubnové, Nauta, mikrovlnné, vakuové, flash-dryers; liofilizace.
11) Adsorpce; principy fyzikální adsorpce a chemisorpce; průmyslové adsorbenty; rovnováha při adsorpci; adsorpční isotermy; průnikové křivky; uspořádání adsorpčního procesu; regenerace sorbentů; adsorpce za střídavého tlaku (PSA); adsorpční sušení plynů.
12) Procesy velmi nízkých teplot; Carnotovy cykly pro dosažení nízkých teplot; Linde technologie zkapalňování vzduchu; Claudeho systém; rektifikace kapalného vzduchu; produkce vzácných plynů.
13) Membránové procesy; úvod do separace membránami; membrány pro ultrafiltraci; problematika nano-filtrací; dialýza; pervaporace; Robesonův diagram; princip vodíkového článku, problematika kontaktorů.