čeština

5

doc. Ing. David Jecha, Ph.D.

Ústav procesního inženýrství

Student před zápisem předmětu umí:

• sestavit a vyřešit materiálovou a entalpickou bilanci procesního zařízení i jednoduché technologické linky pro ustálený stav;
• používat vyjádření složení směsí (hmotnostní, molární a relativní zlomky) a převádět mezi nimi;
• vysvětlit stavové chování plynů a kapalin, pojem syté páry, parciálního tlaku a Raoultova a Daltonova zákona;
• určit termodynamické veličiny (entalpii, měrné teplo, skupenské teplo) z tabulek a diagramů;
• popsat základní principy přestupu a prostupu tepla a navrhnout jednoduchý výměník tepla;
• řešit soustavy lineárních rovnic a pracovat s derivací a integrálem funkce jedné proměnné;
• vyhodnotit data a sestrojit graf v tabulkovém procesoru.

Uvedené znalosti student získá zejména v předmětech KBP – Bilancování procesů a energetických systémů, KS1 – Inženýrská termodynamika, KTP-A – Tepelné pochody, KHL – Hydraulické pochody a KMP – Mechanické pochody.

Podmínky udělení zápočtu

Zápočet je podmíněn aktivní účastí na cvičeních a odevzdáním semestrální práce. Účast na cvičeních je povinná a je kontrolována; tolerují se nejvýše dvě neúčasti. Za zameškané cvičení student doplní písemný elaborát řešených příkladů a předloží jej vyučujícímu ke kontrole. Semestrální práce je zadána individuálně a odevzdává se prostřednictvím e-learningového kurzu v termínu stanoveném na začátku semestru. Účast na přednáškách je doporučená.

Zkouška

Zkouška je kombinovaná a skládá se z písemné a ústní části.

Písemná část trvá 90 minut a obsahuje tři výpočtové úlohy z oblasti materiálové a tepelné bilance, grafického určení počtu teoretických pater (McCabe–Thiele, trojúhelníkový diagram) a návrhových výpočtů aparátu. Student při ní používá pouze psací potřeby a kalkulačku. Potřebná tabelovaná data (molární hmotnosti, rovnovážná data) a prázdné rovnovážné a trojúhelníkové diagramy jsou součástí zadání. Podmínkou připuštění k ústní části je získání alespoň 50 % bodů z písemné části.

Ústní část sestává ze tří otázek pokrývajících teoretický základ výměny hmoty, fázové rovnováhy a jednotlivé separační operace, včetně otázek souvisejících s úlohami řešenými ve cvičení a se semestrální prací.

Výsledná klasifikace

Výsledné hodnocení se stanoví váženým průměrem: zápočet (semestrální práce a práce ve cvičeních) 10 %, písemná část zkoušky 30 % a ústní část zkoušky 60 % (tři otázky, každá 20 %).

Podmínkou úspěšného složení zkoušky je dosažení alespoň 50 bodů ze 100 v celkovém hodnocení. Výsledný počet bodů se převede na klasifikační stupeň dle klasifikační stupnice ECTS podle Studijního a zkušebního řádu VUT (A 100–90, B 89–80, C 79–70, D 69–60, E 59–50, F méně než 50).

Po úspěšném absolvování předmětu student umí:

Znalosti

• vysvětlit mechanismus molekulové a konvektivní difúze, popsat dvoufilmovou teorii přestupu hmoty a vysvětlit význam difuzního koeficientu a součinitelů přestupu hmoty;
• popsat fázové rovnováhy soustav kapalina–pára, kapalina–kapalina a sorpční rovnováhy a vysvětlit jejich zobrazení v rovnovážných, entalpických a trojúhelníkových diagramech;
• porovnat principy, oblasti použití a konstrukční uspořádání destilace, absorpce, extrakce, sušení, krystalizace, adsorpce, membránových separací a elektrolýzy a zdůvodnit volbu separační operace pro zadanou úlohu.

Dovednosti

• sestavit a vyřešit materiálovou a tepelnou bilanci rovnovážného stupně, aparátu i celé technologické linky pro zadané složení, průtoky a provozní podmínky;
• určit počet teoretických pater grafickými metodami (McCabe–Thiele, trojúhelníkový diagram) pro dvousložkovou destilaci, absorpci a extrakci, stanovit minimální množství rozpouštědla a minimální reflux a zkonstruovat nástřikovou přímku pro zadaný parametr nástřiku;
• navrhnout hlavní bilanční a konstrukční parametry aparátu na výměnu hmoty (počet skutečných pater, výšku a průměr náplňové kolony, volbu náplně, spotřebu energie), výsledek kriticky posoudit a zpracovat jej do písemné zprávy.

Studijní opory jsou k dispozici v e-learningu VUT (Moodle) v kurzu Difuzní pochody (KDP):

• Příručka kurzu s organizačními informacemi a podmínkami ukončení předmětu;
• podklady k přednáškám ke všem tématům kurzu;
• zadání cvičení a podklady k řešeným příkladům;
• prázdné rovnovážné, entalpické a trojúhelníkové diagramy pro grafická řešení;
• rozdělení zadání a šablona semestrální práce;
• doplňkové materiály (Gibbsova adsorpční izoterma, řešení tlaku v krystalizátoru).

Program N-PRI-P: Procesní inženýrství, magisterský navazující, povinný

26 hod., povinná

1. Opakování materiálové a entalpické bilance procesního zařízení.


2. Výpočet a odhad difuzních koeficientů v plynech a kapalinách.


3. Výpočty molekulové difúze a přestupu hmoty.


4. Konstrukce a čtení fázových diagramů, výpočty rovnováhy kapalina–pára.


5. Materiálová a tepelná bilance dvousložkové destilace.


6. Určení počtu teoretických pater metodou McCabe–Thiele, nástřiková přímka, reflux.


7. Absorpce I – materiálová bilance, přepočet absolutních a relativních koncentrací, pracovní čára.


8. Absorpce II – minimální množství rozpouštědla, počet teoretických pater, výška náplňové kolony.


9. Sušení – bilance teoretické sušárny, práce s Mollierovým diagramem.


10. Extrakce I – jednostupňová extrakce, řešení v trojúhelníkovém diagramu.


11. Extrakce II – vícestupňová protiproudá extrakce, regenerace rozpouštědla.


12. Krystalizace a adsorpce – materiálová a tepelná bilance krystalizátoru a výtěžek; určení počtu teoretických stupňů při adsorpci.


13. Membránové procesy a elektrolýza – bilance membránového modulu, výpočet retence a permeátového toku; bilance elektrolyzéru.

Průběžně je zadávána a konzultována semestrální práce s individuálním zadáním separační úlohy; k ověření výsledků lze doplňkově využít procesní simulátor.