1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	30
Laboratorijske vježbe	30

* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)

CILJ KOLEGIJA:
Upoznavanje studenata s najvažnijim tipovima reaktora. Svrha kolegija je predočiti na jasan i sažet način osnove analize rada i izvedbe reaktora.

IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA:

1. Kinetika heterogeno katalitičkih reakcija
Uvod u problematiku, potrebna predznanja. Definicija osnovnih pojmova. Pojam katalize. Reakcijski put. Adsorpcija i kemisorpcija. Kinetički modeli. Deaktivacija katalizatora i brzine reakcije. Prijenos tvari i brzina katalitičke reakcije.

2. Izbor i izvedba reaktora, usporedba osnovnih tipova reaktora
Značajke reakcijskog sustava. Značajke procesa. Usporedba PKR i cijevnog reaktora. Sustavi više reaktora. Izbori reaktora i složene reakcije. Izbor reaktora i toplinski učinci. Izvedba i dimenzioniranje reaktora.

3. Kotlasti reaktori: značajke, reaktorski modeli
Osnovne značajke. Primjena. Uvod u reaktorske modele.

4. Primjeri reaktorskih modela za kotlasti reaktor u izotermnom radu.
Kotlasti reaktor u izotermnom radu. Kotlasti reaktor u adijabatskom radu.Optimiranje rada kotlastog reaktora.

5. Protočni kotlasti reaktori, PKR
Osnovne značajke. Primjena. Uvod u reaktorske modele. Bilanca topline za medij koji prenosi toplinu.

6. Primjeri reaktorskih modela za PKR
Izotermni rad PKR reaktora. Adijabatski rad PKR reaktora. Prijenos topline u reaktoru s miješanjem.

7. PKR reaktori u nestacionarnom radu, PKRn i stabilnost rada PKR reaktora
Uzroci koji dovode do nestacionarnosti rada. Opći model PKRn reaktora. Početak rada PKR reaktora. Prekid rada PKR reaktora. Promjena ulazne koncentracije. Primjeri. Stabilnost PKR reaktora i uvjet stabilnosti.

8. Cijevni reaktori, CR: osnovne značajke i podjela reaktorskih modela
Osnovne značajke. Primjena. Modeli cijevnih reaktora i podjela modela.

9. 1D i 2D modeli za homogene sustave
Uvjeti primjene. Bilance množine tvari. Model uz pretpostavku idealnog strujanja. Model aksijalne disperzije. Model cijevnog reaktora uz laminarno strujanje. Bilance topline. Primjeri modela.

Laboratorij 1 Očvršćivanje poliesterskih smola u modelnom kalupu
Laboratorij 2 Dehidratacija etanola u cijevnom reaktoru
Laboratorij 3 Adijabatski kotlasti reaktor
Laboratorij 4 Raspodjela vremena zadržavanja

10. 1D i 2D modeli za heterogene sustave
Pretpostavke na kojima se zasnivaju 1D heterogeni modeli. Bilance množine tvari i topline. Primjeri modela. 2 D modeli i jednadžbe modela. Modeli i praktična primjena. Primjeri modela.

Laboratorij 1 Očvršćivanje poliesterskih smola u modelnom kalupu
Laboratorij 2 Dehidratacija etanola u cijevnom reaktoru
Laboratorij 3 Adijabatski kotlasti reaktor
Laboratorij 4 Raspodjela vremena zadržavanja


11. Primjeri modela i numeričke metode rješavanja.
Pregled numeričkih metoda: neposredna metoda, implicitna metoda, metoda linija, metoda kolokacija. Primjeri.

Laboratorij 1 Očvršćivanje poliesterskih smola u modelnom kalupu
Laboratorij 2 Dehidratacija etanola u cijevnom reaktoru
Laboratorij 3 Adijabatski kotlasti reaktor
Laboratorij 4 Raspodjela vremena zadržavanja


12. Koeficijenti prijenosa i eksperimentalne metode
Prijenos tvari i topline kroz zrno katalizatora. Međufazni koeficijenti prijenosa. Prijenos tvari i topline u sloju katalizatora. Prosječna difuzija. Koeficijenti prijenosa topline kroz stijenku reaktora.

Laboratorij 1 Očvršćivanje poliesterskih smola u modelnom kalupu
Laboratorij 2 Dehidratacija etanola u cijevnom reaktoru
Laboratorij 3 Adijabatski kotlasti reaktor
Laboratorij 4 Raspodjela vremena zadržavanja


13. Višefazni reaktori: podjela i osnovne značajke
Osnovna podjela. Reaktori za provedbu reakcija plin-kapljevina. PKR reaktori s miješanjem obje faze. Reaktorski modeli. Kolonski reaktori. Dvofazni kolonski reaktori s punilima.Trofazni reaktori.

14. Prokapni i suspenzijski reaktori: usporedba, prednosti i nedostaci
Podjela suspenzijskih reaktora. Reakcijski put. Primjer modela. Osnovna izvedba prokapnog reaktora. Primjer modela. Usporedba glavnih predstavnika višefaznih reaktora.

RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA:
Primjena temeljne metodologije kemijskog inženjerstva neophodne za izbor odgovarajućeg tipa kemijskog reaktora, razumijevanje načina njihovog rada, definiranje procesnih veličina i parametara, te izvođenje matematičkih modela procesa u različitim tipovima kemijskih reaktora.

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:
Upisani i odslušani kolegiji: Fizikalna kemija, Bilanca tvari i energije, Prijenos tvari i energije

ISHODI UČENJA KOLEGIJA:
1. definirati procesne veličine i parametre kemijskog reaktora
2. izvesti matematičke modele procesa u različitim tipovima kemijskih reaktora
3. razlikovati različite pristupe modeliranju reaktora s obzirom na način njihovog rada
4. izabrati odgovarajući tip reaktora s obzirom na značajke reakcijskog sustava, značajke procesa, brzinu reakcije i radne uvjete
5. opisati način strujanja u reaktoru
6. objasniti različite izvedbe višefaznih reaktora
7. primijeniti odgovarajuće numeričke i/ili analitičke metode pri procjeni parametara kinetičkih modela i modela reaktora.

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA:
1. primijeniti temeljnu metodologiju kemijskog inženjerstva u razvoju novih proizvoda i procesa,
2. dimenzionirati jednu ili više procesnih jedinica ili uređaja,
3. identificirati ključne procesne parametre,
4. odrediti optimalne uvjete provedbe procesa,
5. primijeniti odgovarajuće matematičke/numeričke metode pri rješavanju jednadžbi modela
6. steći vještine potrebne za rad u kemijskoj procesnoj industriji
7. razumjeti važnost primjene najviših etičkih standarda u profesionalnom radu

NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA:
Nastavna jedinica:
1. Kinetika heterogeno katalitičkih reakcija

Ishodi učenja:
1. analizirati povezanost fenomena adsorpcije i kemijske reakcije na površini katalizatora
2. rezimirati bitna obilježja kojima se pridaje posebna važnost pri postavljanju kinetičkog modela
3. istaknuti razliku između uobičajenog slijeda reakcija u heterogenom sustavu i katalitičke reakcije uz krute katalizatore
4. definirati pojam reakcijskog puta
5. iskazati osnovne značajke kinetičkih modela Hougen Watsona
6. predložiti kinetički model deaktivacije za različite mehanizme deaktivacije
7. definirati ukupnu značajku djelotvornosti procesa, te značajke djelotvornosti s obzirom na međufaznu odnosno unutarfaznu difuziju
8. izdvojiti metode eksperimentalnih istraživanja pri izučavanju kinetike katalitičkih reakcija

Kriteriji vrednovanja:
1. nabrojiti i objasniti bitne čimbenike pri postavljanju mehanističkog kinetičkog modela
2. napisati opći mehanizam reakcije za primjer bimolekularne reakcije na različitim aktivnim centrima
3. nabrojiti stupnjeve u općem reakcijskom putu za heterogeno katalitičku reakciju
4. opisati razliku između fizikalne adsorpcije i kemisorpcije
5. napisati izraze za ukupnu značajku djelotvornosti katalizatora te značajke djelotvornosti s obzirom na međufaznu odnosno unutarfaznu difuziju
6. demonstrirati eksperimentalne metode za procjenu utjecaja međufazne i unutarfazne difuzije na brzinu reakcije

Nastavna jedinica:
2. Izbor i izvedba reaktora, usporedba osnovnih tipova reaktora

Ishodi učenja:
1. definirati čimbenike koji utječu na izbor reaktora
2. razmotriti osnovne tipove reaktora s obzirom na njihov volumen
3. usporediti različite izvedbe reaktora za provođenje složenih reakcija
4. grupirati reakcijske sustave s obzirom na toplinske učinke reakcija
5. objasniti način izražavanja temperaturne osjetljivosti reakcija
6. navesti osnovne parametre i varijable o kojima je potrebno voditi računa pri dimenzioniranju reaktora

Kriteriji vrednovanja:
1. predložiti izvedbu reaktora na zadanom primjeru složene usporedne reakcije
2. dati primjere mogućih izvedbi reaktora za provođenje egzotermnih reakcija
3. nabrojiti pokazatelje pomoću kojih se može opisati temperaturna osjetljivost reakcija
4. izvesti izraz za izračunavanje značajke temperaturne osjetljivosti

Nastavna jedinica:
3. Kotlasti reaktori

Ishodi učenja:
1. definirati reaktorski model kotlastog reaktora
2. definirati ukupni koeficijent prijenosa topline uz pretpostavku da se toplina izmjenjuje kroz stjenku reaktora
3. objasniti optimiranje rada kotlastih reaktora

Kriteriji vrednovanja:
1. napisati bilancu topline za kotlasti reaktor kada postoji izmjena topline medijem u plaštu ili zmijači
2. napisati bilancu topline za reaktor u izotermnom radu
3. napisati bilancu topline za reaktor u adijabatskom radu
4. rezimirati postupke koji se primjenjuju pri optimiranju rada kotlastih reaktora

Nastavna jedinica:
4. Protočni kotlasti reaktori, PKR

Ishodi učenja:
1. objasniti razliku između protočnih kotlastih reaktora u stacionarnom i nestacionarnom radu,PKR vs. PKRn
2. izvesti reaktorski model PKR-a
3. objasniti način rada PKR reaktora u nestacionarnom stanju, PKRn
4. analizirati stabilnost rada PKR reaktora
5. objasniti inženjerski pristup za postizanje dobrog miješanja u PKR i kotlastim reaktorima

Kriteriji vrednovanja:
1. napisati osnovne bilance množine tvari i topline za PKR u stacionarom odnosno nestacionarnom radu
2. pojednostaviti osnovne bilance množine tvari i topline uz korištenje ekvivalentnih jedinica ili uz pretpostavke koje odgovaraju posebnim uvjetima reakcije
3. napisati bilancu topline za PKR kada postoji izmjena topline kroz plašt reaktora, zmijaču unutar reaktora, odnosno kroz vanjski izmjenjivač topline
4. usporediti različite vrste miješala

Nastavna jedinica:
5. Cijevni reaktori, CR

Ishodi učenja:
1. rezimirati osnovne značajke CR
2. objasniti čimbenike koji utječu na složenost matematičkih modela CR
3. analizirati matematičke modele CR
4. objasniti modele strujanja u CR
5. izdvojiti bitne značajke 1D i 2D modela za homogene i heterogene sustave
6. opisati eksperimentalni i teorijski način određivanja odgovarajućih koeficijenata prijenosa

Kriteriji vrednovanja:
1. identificirati čimbenike koji utječu na složenost matematičkih modela CR
2. rezimirati model aksijalne disperzije
3. napisati model cijevnog reaktora uz laminarno strujanje
4. izvesti disperzijski pseudohomogeni model cijevnog katalitičkog reaktora
5. nabrojiti metode za rješavanje jednadžbi modela
6. primijeniti odgovarajuće numeričke metode za rješavanje jednadžbi modela

Nastavna jedinica:
6. Višefazni reaktori

Ishodi učenja:
1. rezimirati osnovne značajke višefaznih reaktora
2. analizirati izvedbu reaktora za provedbu reakcija plin-kapljevina
3. opisati izvedbu trofaznih reaktora uz katalizator kao krutu fazu
4. objasniti podjelu višefaznih reaktora uz katalizator kao krutu fazu
5. opisati osnovne značajke i reakcijski put u katalitičkom višefaznom reaktoru

Kriteriji vrednovanja:
1. dati primjere značajnijih izvedbi višefaznih reaktora
2. nabrojiti primjere reakcija u dvofaznim i trofaznim sustavima
3. rezimirati opće značajke višefaznih reaktora

1. definirati procesne veličine i parametre kemijskog reaktora
2. izvesti matematičke modele procesa u različitim tipovima kemijskih reaktora
3. razlikovati različite pristupe modeliranju reaktora s obzirom na način njihovog rada
4. usporediti odgovarajući tip reaktora s obzirom na značajke reakcijskog sustava, značajke procesa, brzinu reakcije i radne uvjete
5. opisati način strujanja u reaktoru
6. usporediti različite izvedbe višefaznih reaktora
7. primijeniti odgovarajuće numeričke i/ili analitičke metode pri procjeni parametara kinetičkih modela i modela reaktora

1. Z. Gomzi, Kemijski reaktori, HINUS, Zagreb, 1998.; 2009.
   V. Tomašić, Nastavni tekstovi na mrežnim stranicama FKIT-a,
2. C. G. Hill, Chemical Engineering and Reactor Design, J. Wiley, N. Y. 1977.
   H. S. Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1986.
   G. F. Froment and K. B. Bischoff, Chemical Reactor Analysis and Design, J. Wiley, N. Y. 1988.
   H. F. Rase, Chemical reactor design for process plants, J. Wiley, N. Y. 1977.
   M. O. Tarhan, Catalytic Reactor Design, McGraw-Hill, New York,1983.
   J. J. Carrbery, Chemical and Catalytic Reactor Engineering, McGreaw-Hill, New York, 1978.
   V.V. Ranade, R.V. Chaudhari, P.R. Gunjal, Trickle Bed Reactors, Reaction Engineering & Applications, Elsevier, Amsterdam, 2011.,

Obavezni predmet - Redovni modul - Kemijske tehnologije i proizvodi
Obavezni predmet - Redovni modul - Kemijsko inženjerstvo u zaštiti okoliša
Obavezni predmet - Redovni modul - Kemijsko-procesno inženjerstvo