Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Projektowanie Reaktorów Chemicznych
Koordynator przedmiotu:
prof. nzw. dr hab. inż. Wioletta Podgórska
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Inzynieria Chemiczna i Procesowa
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
IC.MIP101
Semestr nominalny:
1 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
6
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1. Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim wynikające z planu studiów 90 2. Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim w ramach konsultacji 4 3. Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim w ramach zaliczeń i egzaminów 8 4. Przygotowanie do zajęć (studiowanie literatury, odrabianie prac domowych itp.) 10 5. Zbieranie informacji, opracowanie wyników 20 6. Przygotowanie sprawozdania, prezentacji, raportu, dyskusji 20 7. Nauka samodzielna – przygotowanie do zaliczenia/kolokwium/egzaminu 25 Sumaryczne obciążenie studenta pracą 177 godz.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
3,4 ECTS
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
2,6 ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium0h
  • Projekt60h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
brak
Limit liczby studentów:
brak
Cel przedmiotu:
1 Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z zaawansowanymi metodami opisu procesów zachodzących w reaktorach chemicznych. 2 Przygotowanie studentów do formułowania modeli matematycznych i ich rozwiązywania.
Treści kształcenia:
Wykład 1. Mieszanie w czasie i przestrzeni w reaktorach chemicznych. Definicja punktu fenomenologicznego. Problem makro- i mikromieszania. Opis mieszania w ujęciu Eulera i Lagrange’a. Skale segregacji. Stopień segregacji. 2. Płyny lepkie. Makro- i mikromieszanie cieczy lepkich. Deformacja elementów płynu i dyspersja zanieczyszczeń. Moment stężenia. Model lamellarny. Określanie grubości prążków i powierzchni kontaktu. Efektywność mieszania. Dyfuzja przyśpieszana deformacją. 3. Problem chaosu deterministycznego i przepływy chaotyczne. Układy dynamiczne dyssypatywne i zachowawcze. Model Lorenza. Definicja dziwnego atraktora. Wymiar fraktalny. Bifurkacja Hopfa. Punkty stałe i periodyczne. Lokalna stabilność odwzorowań dwuwymiarowych. Globalna dynamika odwzorowań 2-D. 4. Modelowanie mieszania burzliwego w układach z przepływem burzliwym. Definicja i cechy burzliwości. Hipoteza Reynoldsa. Koncepcja lepkości burzliwej. Metody zamknięcia (modele jednorównaniowe; dwurównaniowe: k-f oraz k-ε). 5. Modelowanie mieszania burzliwego z reakcją chemiczną. Koncepcja dyfuzyjności burzliwej. Równania bilansowe reagentów. Metody zamknięcia: 1. Metody momentów (hipoteza niezmienniczości Toora); 2. Metody funkcji gęstości (obcięty rozkład normalny z intermitencją, model interdyfuzji Pattersona, model najbardziej typowych wirów, model “zęby piły” z intermitencją strumieni zasilających, funkcja beta). 6. Zastosowanie bilansu populacji do opisu rozproszonych układów wielofazowych. Powiązanie bilansu populacji z metodami CFD, metody zamknięcia. 7. Dyspersja w układach zamkniętych i otwartych. Funkcja odpowiedzi i rozkład czasu przebywania. Model dyspersji osiowej. Warunki brzegowe Danckwertsa. Metoda impulsów wlotowych. 8. Mikromieszanie w ujęciu Lagrange’a. Makro-, mezo- i mikromieszanie. Reaktory zasilane strumieniami reagentów doskonale wymieszanych na skalę molekularną i reaktory zasilane reagentami segregowanymi. Wiek płynu w punkcie i oczekiwany czas życia. Definicja stopnia segregacji w oparciu o wiek płynu w punkcie. Modele ekstremalnych stanów wymieszania. Modele wielootoczeniowe. 9. Mikromieszanie w świetle teorii burzliwości. Korelacja przestrzenna fluktuacji stężenia. Mikroskala fluktuacji stężenia. Całkowa skala fluktuacji stężenia. Trójwymiarowa funkcja gęstości widmowej. Pełny model mikromieszania. Wpływ wirowości na mikromieszanie. 10. Reakcje płyn-ciało stałe. Katalizatory stałe. Określenie powierzchni właściwej. Określenie porowatości. Przedstawienie metody badania rozkładu wielkości porów. 11. Transport masy w kapilarach. Dyfuzja knudsenowska. Przepływ laminarny. Dyfuzja molekularna. Dyfuzja powierzchniowa. Dyfuzja aktywowana. Transport masy w obszarze przejściowym. Modele transportu masy w ciałach porowatych: model porów rozłożonych – układ równoległy, model porów rozłożonych – układ szeregowy. 12. Struktura agregatów. Agregaty jako obiekty fraktalne. Masowy wymiar fraktalny. Modele agregacji: model dyfuzyjny, model balistyczny, model agregacji ograniczonej przez reakcję. Teoria DLVO. 13. Reakcje w porach. Reakcje izotermiczne i nieizotermiczne. Efektywność katalizatora. Adsorpcja. Teoria Langmuira Hinshelwooda. Dezaktywacja katalizatora. 14. Projektowanie reaktorów kontaktowych. Modele pseudohomogeniczne (model jednowymiarowy – bez mieszania, izotermiczny; model jednowymiarowy bez mieszania – przypadek nieizotermiczny; model jednowymiarowy bez mieszania, uwzględniający spadek ciśnienia; model dwuwymiarowy bez mieszania). Modele heterogeniczne (model jednowymiarowy z gradientem międzyfazowym; model jednowymiarowy z gradientem międzyfazowym i międzycząstkowym; model dwuwymiarowy). Zajęcia projektowe 1. Określenie stopnia przemiany reagenta w układzie jednofazowym w oparciu o metody zamknięcia: momentów Toora i funkcji gęstości. 2. Modelowanie ewolucji układu wielofazowego z fazą rozproszoną. 3. Modelowanie reaktora rurowego z nieruchomym złożem katalizatora.
Metody oceny:
Egzamin składa się z obowiązkowej części pisemnej (warunkiem przystąpienia do egzaminu pisemnego jest zaliczenie projektów). Dodatkowo można przystąpić do egzaminu ustnego w celu podwyższenia oceny. Studenci wykonują trzy projekty. Obrona projektu polega na rozwiązaniu problemu związanego tematycznie z projektem oraz odpowiedzi na pytania dotyczące sposobu wykonania projektu i pytania sprawdzające znajomość teorii.
Egzamin:
tak
Literatura:
1. Bałdyga, J., Bourne, J.R., Turbulent Mixing and Chemical Reactions”, Wiley & Sons, New York, 1999 2. Tabiś, B., “Zasady inżynierii reaktorów chemicznych”, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2000 3. Burghardt, A., Bartelmus, G., „Inżynieria reaktorów chemicznych. Tom 2. Reaktory dla układów heterogenicznych”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2001 4. Elsner, J.W., „Turbulencja Przepływów”, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 1987 5. Ott, E., „Chaos w układach dynamicznych”, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Warszawa, 1997 6. Szarawara J., Skrzypek J., Podstawy inżynierii reaktorów chemicznych, WNT, Warszawa, 1980. 7. Marchisio D.L., Fox R.O., Computational Models for Polydisperse Particulate and Multiphase Systems, Cambridge University Press, Cambridge 2013
Witryna www przedmiotu:
brak
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt W1
Ma wiedzę niezbędną do sporządzania bilansów masy, składnika i energii z uwzględnieniem zjawisk przenoszenia pędu, masy i energii (ma wiedzę niezbędną do bilansowania i modelowania reaktorów chemicznych).
Weryfikacja: Zaliczanie projektów, egzamin pisemny i ustny
Powiązane efekty kierunkowe: K_W07
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt U1
Potrafi posługiwać się podstawowymi programami komputerowymi komercyjnymi oraz potrafi przygotować własne proste programy, wspomagające realizację zadań typowych dla inżynierii chemicznej i procesowej.
Weryfikacja: Zaliczanie projektów, egzamin pisemny i ustny
Powiązane efekty kierunkowe: K_U04
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U07
Efekt U2
Potrafi modelować przebieg procesów chemicznych w reaktorach (potrafi ocenić wpływ makro-, mezo- i mikromieszania na przebieg reakcji chemicznych, formułować hipotezy zamknięcia, wykorzystać bilans populacji w celu określenia zmian własności rozproszonych układów wielofazowych oraz bilansować reaktory heterogeniczne typu płyn-ciało stałe, tj. reaktory kontaktowe).
Weryfikacja: Zaliczanie projektów, egzamin pisemny i ustny
Powiązane efekty kierunkowe: K_U07
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U09

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt KS1
Potrafi myśleć i działać samodzielnie
Weryfikacja: Zaliczanie projektów, egzamin pisemny i ustny
Powiązane efekty kierunkowe: K_K04
Powiązane efekty obszarowe: T2A_K06