Šifra: 37867
ECTS: 7.0
Nositelji: prof. dr. sc. Aleksandra Sander
Prijava ispita: Studomat
Opterećenje:

1. komponenta

Vrsta nastaveUkupno
Predavanja 45
Seminar 15
Laboratorijske vježbe 30
* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)
Opis predmeta:
CILJ KOLEGIJA:
Pružiti studentima znanje koje im omogućava procjenu i odabir optimalnog separacijskog procesa te osnove dimenzioniranja opreme, uz osvrt na uštedu energije.

IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA:

1. Tjedan

Definicija toplinskih separacijskih procesa; mehanizmi separacije; pregled toplinskih separacijskih procesa; načini dovođenja faza u kontakt; teoretski koncentracijski stupanj; načini provođenja toplinskih separacijskih procesa; bilance tvari i energije; pregled faznih ravnoteža; osnove prijenosa tvari i topline; pokretačka sila

2. Tjedan

Definicija i primjena izmjenjivača topline; klasifikacija izmjenjivača topline; mehanizmi prijenosa topline; opće karakteristike cijevnih izmjenjivača topline; izmjenjivači topline jednostavne i složene geometrije; pločasti izmjenjivači topline; spiralni izmjenjivači topline; odabir mjesta strujanja fluida; toplinska analiza izmjenjivača topline; kinetička jednadžba; otpori naslaga; pokretačka sila; efikasnost izmjenjivača topline; broj jedinica prijenosa;

Seminar - zadaci: cijevni izmjenjivači topline

3. Tjedan

Izmjenjivači topline s ekspandiranom površinom; osnove dimenzioniranja izmjenjivača topline; procjena koeficijenta prijelaza topline i pada tlaka.

Seminar - zadaci: procjena koeficijenta prijelaza topline I pada tlaka na strani cijevi i plašta
Laboratorij: Izmjenjivač topline s plivajućom glavom

4.Tjedan

Definicija i svrha; režimi vrenja; otopine (svojstva; topljivost; entalpija; latentna toplina isparavanja); pokretačka sila; porast temperature vrelišta; pad tlaka u isparivaču; koeficijent prolaza topline; rad pod vakuumom; bilance tvari i topline; entalpija koncentracija dijagrami; kinetička jednadžba; jednostupnjevito i višestupnjevito isparavanje; vrste isparivača (pregled opreme i pricipa rada); metode povećanja djelotvornosti isparivača (ušteda energije).

Seminar - zadaci: jednostupnjeviti i višestupnjeviti isparivači
Laboratorij: Šaržni isparivač

5. Tjedan

Definicija, svrha i podjela procesa kristalizacije; otopine i svojstva značajna za kristalizaciju (fizikalna i toplinska svojstva otapala; koncentracija otopina; dijagrami topljivosti; zasićenost, prezasićenost i metastabilna zona; eksperimentalne metode određivanja topljivosti, širine metastabilne zone i prezasićenosti); kristali (definicija, kristalni sustavi; polimorfizam; oblik kristala; raspodjela veličina kristala); ravnoteža kapljevina - krutina; Kristalizacija (prezasićenost; nukleacija: definicija, podjela i kinetika; teorije rasta kristala; bilance tvari i topline)

Seminar - zadaci: kristalizacija

6. Tjedan

Pregled uređaja i osnove dimenzioniranja; kristalizacija taloženjem (osnove); kristalizacija iz taline: potpuno mješljive i eutektičke smjese; kristalizacija iz parne faze (osnove)

Seminar - zadaci: priprema za kolokvij: rješavanje složenih zadataka
Laboratorij: šaržna kristalizacija hlađenjem

7. Tjedan

Pismena provjera znanja: I kolokvij: Izmjenjivači topline, Isparavanje, Kristalizacija

8. Tjedan

Sušenje; značajke procesa; načini dovođenja topline (konvekcija, kondukcija, mikrovalno, radijacija); osnovni pojmovi; sorpcijske izoterme; dijagrami vlažnosti (Y-h i Y-T); psihrometrijska i gravimetrijska metoda praćenja procesa sušenja; bilancne jednadžbe, krivulje sušenja; periodi sušenja; određivanje brzine sušenja; mehanizmi prijenosa vlage; utjecaj vanjskih uvjeta na kinetiku procesa sušenja; matematički modeli; prikaz procesa u dijagramima vlažnosti; metode povećanja djelotvornosti procesa sušenja; vrste sušionika: pregled uređaja i osnove dimenzioniranja.

Seminar - zadaci: primjena psihrometrijske i gravimetrijske metode za proračun procesa sušenja
Laboratorij: Sušenje (prirodna i prisilna konvekcija; fluidizirani sloj)

9. Tjedan

Definicija i primjena; idealne i realne smjese; azeotropi; fazna ravnoteža; ekstrakcijska i azeotropna destilacija; destilacijske kolone; diskontinuirana jednostavna destilacija (Rayleigh-ijeva jednadžba - grafička metoda rješavanja; pricip rada; bilanca topline); kontinuirana jednostavna destilacija (balance tvari i topline; princip rada); flash destilacija (pricip rada; radni pravac); kontinuirana kolonska destilacija dvokomponentnih smjesa (princip rada; bilance tvari i topline; jednadžbe radnih pravaca; ušteda energije; McCabe Thileova i Ponchon Savaritova metoda odreiđvanja broja teoretskih jedinica prijenosa; q - linija i stanje pojne smjese; proračun promjera i visine kolone; definicija i značenje refluksnog omjera.

Seminar - zadaci: destilacija

10. Tjedan

Unutrašnjost kolona (plitice, nasipna i strukturirana punila), odabir, optimiranje i kontrola rektifikacijske kolone, faktori koji utječu na rad kolone); šaržna adijabatska destilacija (princip rada; bilance tvari i topline; radni pravac; rad uz R=const i xD=const)

Seminar - zadaci: Priprema za kolokvij: rješavanje složenih primjera
Laboratorij: Rektifikacija

11. Tjedan

Pismena provjera znanja: II kolokvij: Sušenje, Destilacija

12. Tjedan

Ekstrakcija; definicija, podjela i opis procesa; koeficijent raspodjele; ternarni dijagrami; jednostupnjevita ekstrakcija; višestupnjevita istostrujna i prostrujna ekstrakcija; kolonska ekstrakcija (bilancna i kinetička jednadžba; radni pravac; prikaz procesa u ravnotežnom i ternarnom dijagramu); određivanje broja koncentracijskih stupnjeva za sve metode provedbe procesa ekstrakcije; solvent odnos; pokretačka sila procesa ekstrakcije; ekstraktori; kolone s pliticama i punilima; kolone s agitacijom.

Seminar - zadaci: jednostupnjevita, višestupnjevita i kolonska ekstrakcija
Laboratorij: Šaržna ekstrakcija

13. Tjedan

Apsorpcija; definicija procesa apsorpcije i desorpcije; odabir pogodnog otapala; osnove procesa; brzina apsorpcije; ukupni koeficijent prijenosa tvari; provedba procesa (ravnoteža - topljivost plinova u kapljevini; kinetička i bilancna jednadžba); jednostupnjeviti i višestupnjeviti kontakt faza; protustrujna kolonska apsorpcija; granični slučajevi položaja radne linije; optimalni odnos protoka kapljevine i plina kod apsorpcije; apsorberi: kolonski apsorberi; načini na koje kapljevita i plinska faza dolaze u kontakt; ograničavajući protoci; kolone s pliticama i punilima; broj i visina jedinica prijenosa; promjer i visina kolone; pregled uređaja.

Seminar - zadaci: jednostupnjevita, višestupnjevita i kolonska apsorpcija

14. Tjedan

Odabir odgovarajućeg separacijskog procesa.
Seminar: Priprema za kolokvij

15. Tjedan

Pismena provjera znanja: III Kolokvij: Apsorpcija, Ekstrakcija

RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA:

Opće kompetencije:

Nakon izvršenja obaveza studenti stječu znanja koja su im potrebna za odabir odgovarajućeg separacijskog procesa, na temelju poznavanja karakteristika i svojstava smjese koju je potrebno separirati i željenog produkta, te karakteristika pojedinog separacijskog procesa.

Specifične kompetencije:

- Grafičko i numeričko određivanje potrebnog broja koncentracijskih stupnjeva za višestupnjevite separacijske procese (destilacija, ekstrakcija, apsorpcija)
- Definiranje, formuliranje i rješavanje zadataka vezanih uz toplinske separacijske procese korištenjem bilancnih i kinetičkih jednadžbi
- Izračunavanje koeficijenata prijenosa tvari i topline za dani separacijski proces
- Odabir odgovarajućeg separacijskog procesa na temelju poznavanja fazne ravnoteže i fizikalnih svojstava sustava
- Odabir odgovarajućeg selektivnog otapala za ekstrakciju i apsorpciju

OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA:

Redovito pohađanje nastave - predavanja i seminari
Studenti su obavezni izraditi 6 laboratorijskih vježbi
Studenti su obavezni izraditi 7 domaćih zadaća
Studenti su obavezni pristupiti pismenim i usmenim provjerama znanja

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
- 3 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:

Potpis iz kolegija: Prijenos tvari i energije, Bilanca tvari i energije; Kemijskoinženjerska termodinamika, Mehaničko procesno inženjerstvo

ISHODI UČENJA KOLEGIJA

Nakon odslušanog kolegija studenti će biti sposobni:
1. na temelju fizikalno-kemijskih svojstava komponenata smjese odabrati najpovoljniji separacijski proces
2. razumjeti kako različiti parametri utječu na stupanj separacije i efikasnost različitih separacijskih procesa
3. postaviti bilance tvari i topline, te u kombinaciji s ravnotežnim dijagramima analizirati separacijski proces
4. razviti vještine potrebne za rješavanje inženjerskih problema vezanih uz dizajn i rad separacijskog procesa
5. razviti eksperimentalne vještine potrebne za rad i analizu separacijskog procesa

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA

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

NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA

1. Izmjenjivači topline

Ishodi učenja

Nakon odslušane nastavne cjeline studenti će biti sposobni:
- navesti vrste izmjenjivača topline i objasniti njihove prednosti i nedostatke
- donijeti odluku o prostoru (cijev ili plašt) strujanja toplog i hladnog fluida
- provesti toplinsku analizu izmjenjivača topline
- procijeniti potrebnu površinu izmjene topline na temelju kinetičke jednadžbe
- definirati i izračunati pokretačku silu, efikasnost izmjenjivača topline i broj jedinica prijenosa
- procijeniti pojedinačne i ukupni koeficijent prijelaza topline te pad tlaka na strani cijevi i plašta

Kriterij vrednovanja

- studenti odgovaraju na pitanja vezana za izmjenjivače topline
- studenti rješavaju numeričke zadatke primjenom bilance topline i kinetičke jednadžbe za toplinski tok
- studenti se znaju služiti dijagramima za korekcijski faktor pokretačke sile, efikasnost izmjenjivača topline, faktor prijelaza topline i faktor trenja
- studenti grafički i numerički određuju koeficijente prijelaza topline i pad tlaka na strani cijevi i plašta
- studenti na temelju vlastitih eksperimentalnih rezultata ocjenjuju rad cijevnog izmjenjivača topline

2. Isparavanje

Ishodi učenja

Nakon odslušane nastavne cjeline studenti će biti sposobni:
- opisati uređaje koji se koriste za ugušćivanje otopina
- definirati uzroke povišenja vrelišta otopine
- postaviti bilance tvari i topline, te kinetičku jednadžbu prijenosa topline
- opisati načine uštede energije
- razlikovati isparavanje s jednostrukim i višestrukim efektom

Kriterij vrednovanja

- studenti odgovaraju na pitanja vezana za isparivače
- studenti shematski prikazuju isparivač, te definiraju ulazne i izlazne procesne tokove
- studenti primijenjuju pravilo linearnosti (Durhing) za određivanje povišenja vrelišta
- studenti se znaju se služiti tablicama za vodenu paru i entalpija - koncentracija dijagramima
- studenti rješavaju numeričke zadatke korištenjem bilance tvari i topline

3. Kristalizacija

Ishodi učenja

Nakon odslušane nastavne cjeline studenti će biti sposobni:
- definirati načine provedbe kristalizacije
- opisati metode postizanja prezasićenosti
- objasniti nukleaciju i rast kristala (mehanizmi i kinetika)
- objasniti kako pojedini uvjeti provedbe procesa utječu na kinetiku kristalizacije i granulometrijske karakteristike dobivenih kristala
- postaviti bilance tvari i topline
- procijeniti osnovne dimenzije kristalizatora i koeficijent prijelaza topline

Kriterij vrednovanja

- studenti odgovaraju na pitanja vezana uz kristalizaciju
- studenti na temelju dijagrama topljivosti odabiru metodu postizanja prezasićenosti
- studenti definiratju pokretačku silu (prezasićenost)
- studenti razlikuju različite mehanizme nukleacije
- studenti shematski prikazujui kristalizator, te definiraju ulazne i izlazne procesne tokove
- studenti rješavaju numeričke zadatke vezane za kristalizaciju iz otopine

4. Sušenje

Ishodi učenja

Nakon odslušane nastavne cjeline studenti će biti sposobni:
- definirati vrste vlage prisutne u materijalu
- definirati način sušenja obzirom na karakteristike vlažnog materijala
- opisati mehanizme zagrijavanja vlažnog materijala
- postaviti i riješiti bilancu tvari i topline, te kinetičke jednadžbe
- prikazati proces sušenja u dijagramima vlažnosti
- definirati periode sušenja, te utjecaje bitne za pojedini period
- definirati mehanizme prijenosa vlage u periodu padajuće brzine sušenja
- definirati načine uštede energije
- procijeniti osnovne dimenzije odabranih vrsta sušionika

Kriterij vrednovanja

- Studenti odgovaraju na pitanja iz sušenjas
- studenti se znaju služiti dijagramima vlažnosti
- studenti znaju nacrtati i objasniti kinetičke krivulje sušenja
- studenti definiraju da li je proces pod kontrolom vanjskih ili unutrašnjih uvjeta
- studenti razlikuju psihrometrisku i gravimetrijsku metodu praćenja kinetike sušenja
- studenti procjenjuju mehanizam prijenosa vlage u periodu padajuće brzine sušenja
- studenti procjenjuju osnovne dimenzije sušionika s fluidiziranim slojem i rotirajućeg sušionika

5. Destilacija

Ishodi učenja

Nakon odslušane nastavne cjeline studenti će biti sposobni:
- koristiti ravnotežne dijagrame
- definirati načine provedbe destilacije i princip rada pojedine metode
- definirati tokove faza u destilacijskoj koloni
- na temelju bilance tvari izvesti jednadžbe radnih pravaca
- grafički i računski odrediti broj potrebnih koncentracijskih stupnjeva
- analizirati utjecaj stanja pojenja, refluksnog omjera i broja koncentracijskih stupnjeva na sastav destilata
- definirati visinu koncentracijskog stupnja ovisno o unutrašnjoj arhitekturi kolone
- procijeniti osnovne dimenzije destilacijskih kolona

Kriterij vrednovanja

- studenti odgovaraju na pitanja iz destilacije
- studenti zaključuju da li se dvokomponentna smjesa može separirati destilacijom
- razlikovati azeotropne i zeotropne smjese
- studenti shematski prikazuju destilacijsku kolonu uz identifikaciju ulaznih i izlaznih tokova
- studenti na temelju bilance tvari i topline računaju toplinu koja se mora dovesti u isparivaču i odvesti u kondenzatoru
- studenti McCabe-Thieleovom i Ponchon savaritovom metodom određuju broj teoretskih koncentracijskih stupnjeva
- studenti donose odluku o odabiru između kolone s pliticama i kolone s nasipnim ili strukturiranim punilima

6. Ekstrakcija

Ishodi učenja

Nakon odslušane nastavne cjeline studenti će biti sposobni:
- objasniti kada je potrebno kapljevitu smjesu separirati ekstrakcijom
- definirati bitna svojstva selektivnog otapala i na temelju tih svojstava odabrati odgovarajuće otapalo
- rješavati numeričke zadatke koji uključuju bilancu tvari i kinetičku jednadžbu
- definirati načine provedbe ekstrakcije kapljevina-kapljevina
- opisati načine na koje se povećava međufazna površina
- objasniti princip rada različitih vrsta ekstraktora
- procijeniti koeficijent prijenosa tvari

Kriterij vrednovanja

- studenti odgovaraju na pitanja iz ekstrakcije
- studenti na temelju fizikalnih svojstava komponenti i fazne ravnoteže odabiru najpovoljnije otapalo, uzevši u obzir mogućnost regeneracije destilacijom
- studenti shematski prikazuju jednostupnjevitu, višestupnjevitu te kolonsku ekstrakciju uz definirane ulazne i izlazne procesne tokove
- studenti prikazuju proces u ravnotežnim dijagramima (ternarni, distribucijski)
- studenti definiraju i računaju pokretačku silu procesa
- studenti grafički i računski određuju broj potrebnih koncentracijskih stupnjeva za željenu separaciju
- studenti navode uređaje koji se koriste za ekstrakciju

7. Apsorpcija

Ishodi učenja

Nakon odslušane nastavne cjeline studenti će biti sposobni:
- definirati osnove procesa apsorpcije (ravnoteža, prijenos tvari)
- definirati bitna svojstva otapala
- primijeniti bilancne i kinetičke jednadžbe za proračun apsorbera
- objasniti načine provedbe apsorpcije
- objasniti NTU/HTU koncept
- definirati parametre značajne za dizajn apsorpcijske kolone

Kriterij vrednovanja

- studenti odgovaraju na pitanja iz apsorpcije
- studenti znaju odabrati odgovarajuće selektivno otapalo
- studenti se služe McCabe Thileovom metodom za procjenu broja teoreskih koncentracijskih stupnjeva
- studenti u ravnotežnom dijagramu prikazuju radni pravac za različite načine provedbe apsorpcije
- studenti provode jednostavnije proračune apsorpcijske kolone
- studenti određuju brzinu potapanja kolone
- studenti se koriste dijagramima za procjenu dimenzija kolone

8. Odabir separacijskog procesa i odgovarajuće opreme

Ishodi učenja:

Nakon odslušane nastavne cjeline studenti će biti sposobni:
- odabrati odgovarajući separacijski proces
- za dani separacijski proces odabrati odgovarajući uređaj služeći se vodičima za odabir

Kriteriji vrednovanja

- studenti odgovaraju na pitanja iz apsorpcije
- studenti na temelju fizikalnih svojstava i fazne ravnoteže donose odluku o izvedivosti odabranog separacijskog procesa
- studenti se znaju služiti vodičima za odabir opreme
Literatura:
  1. LITERATURA POTREBNA ZA POLAGANJE ISPITA:
    A. Sander, Nastavni materijali objavljeni na mrežnim stranicama Fakulteta
    A. Sander, Zbirka zadataka iz Toplonskog procesnog inženjerstva, 2010
  2. 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.
    C.J.Geankoplis, Transport Processes and Unit Operations, Allyn and Bacon, Inc., Boston, 1978.
    J.H.Lienhard, A Heat Transfer Textbook, Third Ed., Phlogiston Press, Cambridge, 2006.
Preduvjeti za:
Upis predmeta :
Odslušan : Kemijsko inženjerska termodinamika
Odslušan : Mehaničko procesno inženjerstvo
6. semestar
Obavezni predmet - Redovni studij - Kemijsko inženjerstvo