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
|
- , S. Zrnčević, KATALIZA I KATALIZATORI, HINUS, 2005.
Z.Gomzi, KEMIJSKI REAKTORI, HINUS, Zagreb, 1998., , , .
- , R.W. Missen, C.A.Mims, B.A.Saville, Chemical Reaction Engineering and Kinetics, J.Wiley, New York, 1999.
H.S. Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice-Hall, New Jersey, 1999.
C.H. Bartholomew, R.J.Faruto, Fundamentals of Industrial Catalytic Processes, J.Wiley, New York, 2006.
Handbook of Heterogeneous Catalysis, Vol. I.-V., Eds. G.Ertl, H.Knozinger, J. Weitkamp, VCH, 1997.
Catalysis: An Integrated Approach, Eds. R. A. van Santen, P. W. N. M. van Leeuwen, J. A. Moulijn, B. A. Averill, Elsevier, Amsterdam, 2000.
V.V. Ranade, R.V. Chaudhari, P.R. Gunjal, Trickle Bed Reactors, Reaction Engineering & Applications, Elsevier, Amsterdam, 2011., , , .
|
Pristupačnost
