Opis predmeta:
CILJ KOLEGIJA:
Cilj kolegija je stjecanje temeljnih znanja iz katalitičkog reakcijskog inženjerstva koje ima velik utjecaj na smanjenje i sprječavanje emisija štetnih tvari u okoliš.
IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA:
1. tjedan: Uvod u katalizu - što je kataliza i čime se bavi, važnost katalize za nacionalnu ekonomiju. Podjela katalitičkih reakcija. Značajke katalizatora: aktivnost, selektivnost i stabilnost
2. tjedan: Heterogena kataliza - fenomeni adsorpcije: kriteriji pomoću kojih se razlikuju fizička adsorpcija i kemisorpcija. Toplina adsorpcije. Adsorpcijske izoterme. Teorija heterogene katalize.
seminari-zadaci
3. tjedan: Kinetika i mehanizam heterogeno-katalitičkih reakcija. Pretpostavljanje reakcijskog mehanizma i izbor kinetičkog modela. Utjecaj temperature na brzinu reakcije u heterogenom sustavu: prividna i stvarna energija aktivacije.
seminari-zadaci
4. tjedan: Ukupna brzina heterogeno-katalitičkih reakcija - reakcijska područja, pojam najsporijeg procesa. Međufazni i unutarfazni prijenos tvari. Vrste difuzije.
seminari-zadaci
5. tjedan: Provjera znanja
6. tjedan: Unutarfazna značajka djelotvornosti - eksperimentalno određivanje i teoretsko izračunavanje. Toplinski učinci tijekom procesa: temperaturni gradijent kroz film fluida oko zrna, temperaturni gradijent unutar zrna katalizatora. Otpor površinskoj reakciji.
seminari-zadaci
7. tjedan: Aktivnost, selektivnost i deaktivacija katalizatora. Eksperimentalne metode određivanja katalitičkih značajki katalizatora. Eksperimentalni reaktori. Kriteriji za procjenu utjecaja prijenosa tvari i topline na ukupnu brzinu reakcije: međufazni, unutarfazni i reaktorski gradijenti.
laboratorijske vježbe
8. tjedan: Sastav i izvedba katalizatora - kemijski sastav: nosač, promotor, katalitički aktivna tvar. Uloga i značaj aktivne komponente katalizatora. Pristup problemu dizajniranja katalizatora, izbor komponenata katalizatora, suvremene metode razvoja novih katalitičkih sustava
laboratorijske vježbe
9. Reaktori s nepokretnim slojem katalizatora (osnovne značajke, podjela, prednosti i nedostaci, primjeri procesa) Prijenos tvari i topline u reaktorima s nepokretnim slojem u izotermnim i neizotermnim uvjetima (teorijski i eksperimentalni pristup)
laboratorijske vježbe
10. tjedan: Provjera znanja
11. tjedan: Adijabatski reaktori (uvjeti za adijabatski rad, izvedbe adijabatskih reaktora, primjena), NINA reaktori
laboratorijske vježbe
12. tjedan: Ostale izvedbe reaktora s nepokretnim slojem (prokapni reaktor, reaktor s uronjenim slojem); posebnosti pri projektiranju reaktora s nepokretnim slojem
laboratorijske vježbe
13. tjedan: Reaktori s pokretnim slojem katalizatora (značajke, podjela, prednosi i nedostaci, primjeri procesa)
laboratorijske vježbe
14. tjedan: Reaktori s vrtložnim slojem i suspenzijski reaktori. Procesi prijenosa u suspenzijskim reaktorima
laboratorijske vježbe
15. tjedan: Provjera znanja
RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA:
Poticanje studenata na samostalno učenje te razvijanje kritičkog mišljenja. Specifične kompetencije će uključivat primjenu stečenih znanja te sposobnost samostalnog planiranja istraživanja vezanih uz kemijsko reakcijsko inženjerstvo i katalizu.
OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA:
Prisutnost i aktivno sudjelovanje na predavanjima, seminarima i vježbama te usmeno i pismeno ispunjenje seminarskih i laboratorijskih obaveza.
UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA:
Uredno pohađanje svih oblika nastave predviđenih programom kolegija.
NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:
U obliku predavanja, seminara, laboratorijskih vježbi i konzultacija prema potrebi.
NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:
3 obvezne pismene provjere znanja tijekom semestra putem kolokvija, seminari ili samostalno rješavanje problema i prema potrebi pismeni i usmeni ispit.
NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA:
Kvaliteta i uspješnost pratit će se pomoću studentskih anketa, razgovora sa studentima tijekom izvođenja nastave, te njihovog uspjeha na provjerama znanja.
METODIČKI PREDUVJETI:
Fizikalna kemija, Bilanca tvari i energije, Prijenos tvari i energije
ISHODI UČENJA KOLEGIJA:
- definirati procesne veličine i parametre kemijskog reaktora
- analizirati eksperimentalne podatke s ciljem određivanja kinetičkog modela
- razlikovati kinetiku reakcija u homogenim odnosno heterogenim sustavima
- identificirati ključne varijable potrebne za izvedbu katalizatora
- razlikovati katalizatore prema strukturi, funkciji i uvjetima korištenja
- odabrati odgovarajući laboratorijski reaktor za određivanje kinetike nekatalitičkih i katalitičkih reakcija
- rješavati analitički i numerički (simulirati) matematičke modele kemijskih i biokemijskih reakcija u različitim tipovima reaktora
- procijeniti vrijednosti kinetičkih parametara modela na temelju zadanih eksperimentalnih podataka pomoću računalnih alata (Excel, MATLAB)
- poznavati značajke i područje primjene osnovnih tipova katalitičkih reaktora
- zabrati odgovarajući tip reaktora s obzirom na značajke reakcijskog sustava, značajke procesa, brzinu reakcije i radne uvjete
- grupirati katalitičke reaktore s obzirom na zadane parametre (broj prisutnih faza, kretanje katalizatora u reaktoru, raspodjela temperature u reaktoru, izmjena topline s okolinom)
ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA:
- primjeniti temeljna znanja kemijskog inženjerstva u identificiranju i opisivanju problema u inženjerstvu zaštite okoliša
- razumijeti važnost uloge kemijskog inženjera u proaktivnom pristupu zaštiti okoliša
- primjenjivati matematičke metode, modele i tehnike u rješavanju oglednih primjera
- steći vještine potrebne za rad u kemijskom i fizikalnom laboratoriju, korištenje laboratorijske opreme i uređaja
- prezentirati rezultate istraživanja vezanih uz sadržaj studija
Nastavne jedinice s pripadajućim ishodima učenja i kriterijima vrednovanja
Nastavna jedinica:Kataliza
Ishodi učenja:
- procjeniti važnost katalitičkih procesa za nacionalnu ekonomiju
- razlikovati homogenu od heterogene katalize
- razlikovati osnovne značajke katalizatora
- identificirati ključne varijable potrebne za izvedbu aktivnijih, selektivnijih i stabilnijih katalizatora
- razumijeti vezu između strukturnih i kemijskih značajki katalizatora i njihovih katalitičkih značajki
- odrediti fizičke, kemijske, mehaničke i katalitičke značajke katalizatora
- identificirati ključne varijable potrebne za izvedbu aktivnijih, selektivnijih i stabilnijih katalizatora
- razlikovati kinetičke modele reakcija u homogenim i heterogenim sustavima
- razlikovati makrokinetiku od mikrokinetike
- odabrati odgovarajući laboratorijski reaktor za određivanje kinetike katalitičkih reakcija
Kriteriji vrednovanja:
- objasniti kako i zašto katalizator utječe na brzinu reakcije
- razumijeti temeljne principe homogene i heterogene katalize
- opisati i objasniti različite katalitičke procese
- analizirati i objasniti utjecaj sastava katalizatora na aktivnost, selektivnost i stabilnost
- primijeniti različite analitičke metode podesne za karakterizaciju katalizatora
- razviti kinetičke modele za heterogenokatalitičke reakcije na osnovi analize mehanizma reakcije
- objasniti razliku između prave i prividne brzine reakcije
- ispitati utjecaj međufazne i unutarfazazne difuzije na brzinu reakcije
- izračunati međufaznu/ unutarfaznu značajku djelotvornosti i objasniti razliku
- primijeniti odgovarajući eksperimentalni /teorijski kriterij za procjenu međufaznog /unutarfaznog otpora
Nastavna jedinica: Podjela katalitičkih reaktora
Ishodi učenja:
- opisati integralni pristup razvoju katalizatora i reaktora
- objasniti podjelu katalitičkih reaktora s obzirom na zadane parametre (broj prisutnih faza, kretanje katalizatora u reaktoru, raspodjelu temperature u reaktoru, izmjenu topline s okolinom)
- dentificirati čimbenike koji utječu na izbor i izvedbu katalitičkog reaktora
- analizirati i usporediti izvedbe reaktora za provednu homogeno-katalitičkih i heterogeno-katalitičkih procesa
- objasniti metode separacije katalizatora i produkata reakcije na primjeru homogeno-katalitičkih reakcija
Kriteriji vrednovanja:
- navesti čimbenike koji utječu na izvedbu rekatora u sustavima s dvije faze
- dati primjere različitih izvedbi reaktora koji se primjenjuju u sustavu plin-kapljevina-krutina
- usporediti opće značajke procesa koji se provode u kapljevitoj i plinskoj fazi
- dati primjere industrijskih katalitičkih procesa koji se provode u višefaznim reaktorima
Nastavna jedinica: Posebnosti izvedbe reaktora s nepokretnim slojem katalizatora
Ishodi učenja:
- analizirati izvedbu katalitičkih reaktora s nepokretnim slojem katalizatora
- objasniti prednosti i nedostatke reaktora s nepokretim slojem u odnosu na ostale tipove reaktora
- analizirati princip rada adijabatskih reaktora
- definirati uvjete za adijabatski rad reaktora
- objasniti probleme pri projektiranju reaktora s nepokretnim slojem katalizatora
- analizirati strujanje kroz reaktor s nepokretnim slojem
- objasniti čimbenike koji dovode do odstupanja od idealnog strujanja u reaktoru
- definirati pojmove aksijalne i radijalne disperzije
- rezimirati opće značajke komercijalnih reaktora s nepokretnim slojem katalizatora
Kriteriji vrednovanja:
- navesti primjere reaktora s nepokretnim slojem katalizatora
- obasniti podjelu reaktora s nepokretnim slojem s obzirom na raspodjelu temperature u reaktoru
- definirati parametre kojima se može iskazati temperaturna osjetljivost reakcije
- dati primjere procesa koji se provode u adijabatskim reaktorima
- navesti različite izvedbe adijabatskih reaktora
- opisati uzročnike koji dovode do loše raspodjele reaktanata po poprečnom presjeku reaktora
- navesti kriterije koji određuju maksimalno dozvoljen pada tlaka u reaktoru
- odrediti pad tlaka kroz katalitički sloj primjenom odgovarajućih empirijskih korelacija
- usporediti prednosti i nedostatke komercijalnih reaktora s nepokretnim slojem katalizatora
Nastavna jedinica: Reaktori s pokretnim slojem katalizatora
Ishodi učenja:
- klasificirati reaktore s pokretnim slojem katalizatora
- analizirati princip rada reaktora s pokretnim slojem katalizatora
- opisati prednosti i nedostatke reaktora s pokretnim slojem
- objasniti način rada reaktora s uzvitlanim (vrtložnim ili fluidiziranim) slojem
- analizirati procese prijenosa u suspenzijskim reaktorima
- primijeniti eksperimentalne metode i korelacije za izračunavanje koeficijenata prijenosa tvari u suspenzijskom kotlastom reaktoru
Kriteriji vrednovanja:
- dati primjere različitih izvedbi reaktora s pokretnim slojem i navesti područja njihove primjene
- izdvojiti prednosti reaktora s pokretnim slojem katalizatora u odnosu na ostale tipove reaktora
- usporediti reaktore s nepokretnim i reaktore s pokretnim slojem s obzirom na pad tlaka u reaktoru
- nabrojiti različite specijalne izvedbe reaktora s uzvitlanim (vrtložnim) slojem
- objasniti eksperimentalni način određivanja točke fluidizacije
- nabrojati različite izvedbe suspenzijskih reaktora i opisati način njihovog rada
- usporediti prokapne i suspenzijske reaktore
