Šifra: 37874
ECTS: 6.0
Nositelji: prof. dr. sc. Aleksandra Sander
izv. prof. dr. sc. Krunoslav Žižek
Prijava ispita: Studomat
Opterećenje:

1. komponenta

Vrsta nastaveUkupno
Predavanja 30
Seminar 15
Laboratorijske vježbe 30
* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)
Opis predmeta:
CILJ KOLEGIJA:

Upoznati studente s metodama karakterizacije grubodisperznih sustava, pretvorbama koje nastaju uslijed mehaničkog djelovanja, te njihovim utjecajem na odziv pojedinih procesa separacije ili procese promjene stanja izmiješanosti.
Pružiti studentima znanje koje im omogućava procjenu i odabir optimalnog toplinskog separacijskog procesa te osnove dimenzioniranja opreme, uz osvrt na uštedu energije i ekološki aspekt.

IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA:

1. tjedan

Uvod u jedinične operacije. Mehanički i toplinski separacijski procesi.

2. tjedan

Osnove mehaničkih makroprocesa. Karakterizacija disperznih sustava.
Seminar - zadaci: karakterizacija grubodisperznih sustava

3. tjedan

Osnove mehaničke separacije. Sedimentacija u polju gravitacijske sile. Izbor opreme.
Seminar - zadaci: sedimentacija

4. tjedan

Sedimentacija u polju centrifugalne sile. Izbor opreme za sedimentaciju.
Seminar - zadaci: sedimentacija

5. tjedan

Laboratorij: Vježba 1: Granulometrija
Kolokvij I: Karakterizacija disperznih sustava, sedimentacija

6. tjedan

Filtracija i centrifugalna filtracija. Izbor opreme za filtraciju.
Seminar - zadaci: filtracija

7. tjedan

Miješanje kapljevina i suspenzija. Dizajniranje sustava za miješanje.
Osnove miješanja prašaka.
Seminar - zadaci: miješanje

8. tjedan
Laboratorij: Vježba 2: Miješanje suspenzija
Kolokvij II: Filtracija, miješanje

9. tjedan
Pregled i osnove toplinskih separacijskih procesa.Izmjenjivači topline.
Seminar - zadaci: izmjenjivači topline

10. tjedan
Isparavanje. Metode uštede energije kod isparavanja. Pregled uređaja.
Seminar - zadaci: isparivači

11. tjedan

Kristalizacija. Kinetika (mehanizmi nukleacije i rasta). Pregled uređaja.
Seminar - zadaci: kristalizacija
Laboratorij: Vježba 3: Kristalizacija

12. tjedan

Sušenje. Kinetika (matematički opis procesa). Metode uštede energije. Pregled uređaja.
Seminar- zadaci: sušenje
Laboratorij: Vježba 3: Kristalizacija

13. tjedan

Kolokvij III: Izmjenjivači topline, Ispravanje, Kristalizacija, Sušenje
Destilacija. Načini provedbe. Dizajn kolona (visina, promjer, broj jedinica prijenosa).
Seminar - zadaci: destilacija
Laboratorij: Vježba 4. Sušenje

14. tjedan

Apsorpcija. Kolonska apsorpcija. Pregled uređaja.
Seminar - zadaci: apsorpcija

15. tjedan

Ekstrakcija. Načini provedbe procesa. Pregled uređaja.
Seminar - zadaci: ekstrakcija

Kolokvij IV: Destilacija, Apsorpcija, Ekstrakcija

RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA:

Stjecanje znanja potrebnih za analize koje omogućavaju raščlanjivanje složenih procesa na jednostavnije jedinice (operacije mehaničkog i toplinskog procesnog inženjerstva).

OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA:

Redovito pohađanje nastave (predavanja, seminari i vježbe), pisanje referata i domaće zadaće.

UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA:

- uredno pohađanje nastave (predavanja i seminari), 80%
- uspješno završene laboratorijske vježbe (usmeni ulazni kolokvij, izrađena, predana i ispravljena izviješća)
- u pismenom obliku predane domaće zadaće

NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:

Predavanja,
Seminari - zadaci
Laboratorijske vježbe
Konzultacije prema potrebi

NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:

- Ulazni kolokvij iz laboratorijskih vježbi
- 4 pismene provjere znanja (1 ili 2 numerička zadatka i 3 teoretska pitanja; za prolaz potrebno 50 % iz svakog dijela; pozitivna ocjena donosi oslobađanje od usmenog ispita)
- Pismeni ispit (2 numerička zadatka I 3 teoretska pitanja; za prolaz potrebno 50 % iz svakog dijela)
- Usmeni ispit

NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA:

Studentska anketa

METODIČKI PREDUVJETI:

Položeni ispiti iz kolegija: Prijenos tvari i energije. Bilanca tvari i energije.

ISHODI UČENJA KOLEGIJA:

1. definirati svojstva grubodisperzne faze i načine prikazivanja i aproksimiranja raspodjele veličina čestica
2. analizirati mehaničke separacijske procese, miješanje homogenih i heterogenih sustava
3. analizirati energetski i kinetički aspekt procesa usitnjavanja
4. prepoznati i opisati klasične toplinske separacijske procese
5. objasniti kada je potrebno korištenje energije (topline) i/ili pomoćne komponente za odvijanje pojedinog separacijskog procesa
6. definirati mehanizme prijenosa tvari i topline koji se odvijaju u pojedinom separacijskom procesu, te odgovarajuće pojedinačne i ukupne otpore prijenosu
7. provesti eksperimente u laboratorijskom mjerilu kako bi se procijenili parametri potrebni za dizajn procesa

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA:

1. stjecanje vještina za rad u laboratoriju
2. razumjeti tehnike i metode primijenjene u proizvodnom procesu i kontroli kvalitete
3. primijeniti metodologiju teorijskog tumačenja eksperimentalnih rezultata
4. primijeniti temeljna znanja osnovnih inženjerskih predmeta

NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA

1. Karakterizacija grubodisperzne faze

Ishodi učenja:

- analizirati svojstva grubodisperznih sustava
- definirati način prikazivanja i aproksimiranja raspodjele veličina čestica

Kriteriji vrednovanja:

- razlikovati disperzni sustav, disperznu fazu i disperzno sredstvo
- definirati stanje izmiješanosti i stanje disperznosti
- objasniti što je oblik čestice i ekvivalentni promjeri
- skicirati načine prikazivanja raspodjele veličina čestica
- primijeniti teoretska znanja o karakterizaciji na praktičnim primjerima

2. Mehanički separacijski procesi

Ishodi učenja:

- definirati djelotvornost separatora
- opisati separaciju sedimentacijom i filtracijom
- identificirati ulazne i izlazne veličine

Kriteriji vrednovanja:

- razlikovati ukupnu i frakcijsku djelotvornost
- objasniti veličine kojima se definira djelotvornost separatora
- objasniti osnove gravitacijske i centrifugalne sedimentacije
- objasniti osnove filtracije kroz kolač i centrifugalne filtracije

3. Miješanje kapljevina, suspenzija i prašaka

Ishodi učenja:

- definirati stupanj izmiješanosti u homogenim i heterogenim sustavima
- definirati primarne varijable koje određuju uvjete miješanja
- analizirati dinamički odziv procesa

Kriteriji vrednovanja:

- razlikovati hidrodinamičke uvjete pri miješanju kapljevina i suspenzija
- objasniti granična stanja suspenzija i režime suspendiranja
- definirati vrste prašaka, mješavina i kvalitetu mješavine
- objasniti pojam segregacije i mehanizme segregacije
- primijeniti teoretska znanja o suspendiranju na praktičnim primjerima

4. Usitnjavanje

Ishodi učenja:

- analizirati energetske i kinetičke odnose u procesu usitnjavanja

Kriteriji vrednovanja:

- objasniti procjenu utroška energije u procesu usitnjavanja
- opisati kinetiku promjene veličine čestica kod usitnjavanja

5. Izmjenjivači topline

Ishodi učenja:

- definirati kriterije podjele izmjenjivača topline
- analizirati rad izmjenjivača topline

Kriteriji vrednovanja:

- usporediti različite vrste izmjenjivača topline obzirom na primjenu i konstrukciju
- odrediti količinu prenesene topline i potrebnu površinu izmjene topline
- procijeniti efikasnost izmjenjivača topline

6. Isparavanje

Ishodi učenja:

- opisati uređaje koji se koriste za ugušćivanje otopina
- objasniti načine provedbe ugušćivanja otopina
- postaviti bilance tvari i topline, te kinetičku jednadžbu prijenosa topline
- opisati načine uštede energije

Kriteriji vrednovanja:

- shematski prikazati isparivač, te definirati ulazne i izlazne procesne tokove
- znati se služiti tablicama za vodenu paru i entalpija - koncentracija dijagramima
- na temelju bilance tvari i topline izračunati količinu topline koja se mora dovesti u isparivač
- razlikovati isparavanje s jednostrukim i višestrukim efektom

7. Separacija dodatkom ili nastajanjem nove faze

Ishodi učenja:

- opisati separaciju apsorpcijom, destilacijom i kapljevinskom ekstrakcijom
- objasniti fazne ravnoteže
- definirati bilancne (tvar, toplina) i kinetičke jednadžbe za navedene separacijske procese
- objasniti računske i grafičke metode potrebne za proračun i dizajn kolonskih separatora
- opisati uređaje i princip rada

Kriteriji vrednovanja:

- shematski prikazati separacijski proces uz definirane ulazne i izlazne procesne tokove te odgovarajuće bilancne jednadžbe
- na temelju fizikalno-kemijskih svojstava komponenata i ravnotežnih podataka odabrati pogodno otapalo za separaciju ekstrakcijom i apsorpcijom
- prikazati proces u odgovarajućim ravnotežnim dijagramima
- primjenjivati grafičke i računske metode potrebne za dimenzioniranje kolonskih separatora (NTU, HTU, H, D)
- razlikovati kolone s pliticama i punilima (nasipna ili strukturirana)

8. Separacijski procesi koji uključuju čvrstu fazu

Ishodi učenja:

- definirati metode provedbe pojedinih separacijskih procesa
- opisati separaciju izluživanjem, kristalizacijom i sušenjem
- definirati bilancne i kinetičke jednadžbe
- opisati uređaje i princip rada
- objasniti načine uštede energije kod sušenja

Kriteriji vrednovanja:

- objasniti načine provedbe kristalizacije (iz otopine, taline ili desublimacijom)
- na temelju dijagrama topljivosti odabrati metodu postizanja prezasićenosti
- na temelju bilance tvari topline izračunati količinu kristala koja nastaje, te količinu topline koja se mora izmijeniti u kristalizatoru
- objasniti razliku između kapljevinske ekstrakcije i izluživanja
- koristiti dijagrame vlažnosti prilikom rješavanja zadataka iz sušenja
- nacrtati i objasniti kinetičke krivulje sušenja
Literatura:
  1. G. Matijašić, (Mehanički separacijski procesi) Nastavni materijali na mrežnoj stranici FKIT-a

    A.Sander, (Toplinski separacijski procesi) Nastavni materijali na mrežnoj stranici FKIT-a

    A.Sander, Jedinične operacije u ekoinženjerstvu-Toplinski separacijski procesi, 2011.

    M. Hraste, Mehaničko procesno inženjerstvo, Hinus, Zagreb 2003.
  2. M. Rhodes, Introduction to Particle Technology, John Wiley & Sons, West Sussex, 2008.

    A. Rushton, A.S. Ward, R.G. Hodlich: Solid - Liquid Filtration and Separation Technology, VCH Weinheim 1996.

    K.Satler, H.J.Feindt, Thermal Separation Processes - Principles and Design, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim; 1995.

    J.D.Seader, E.J. Henley, Separation Process Principles, John Wiley & Sons, Inc., 2006.
Preduvjeti za:
Upis predmeta :
Položen : Anorganska kemija
Položen : Bilanca tvari i energije
Položen : Fizika II
Položen : Kemijska analiza materijala
Položen : Matematika II
Položen : Mehanika materijala
Položen : Opća kemija
Položen : Primjena i programiranje računala
Odslušan : Prijenos tvari i energije
5. semestar
Obavezni predmet - Redovni studij - Kemija i inženjerstvo materijala