CILJ KOLEGIJA: Naučiti studente identificirati ključne varijable potrebne za izvedbu aktivnijeg, selektivnijeg i stabilnijeg katalizatora koji će pridonijeti unapređenju postojećih ili razvoju novih kemijskih, petrokemijskih i srodnih procesa djelotvornih sa stanovišta uštede sirovina, energije i zaštite okoliša.
IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA:
1. tjedan: Uvod u katalizu - što je kataliza i čime se bavi, važnost katalize za nacionalnu ekonomiju, podjela katalitičkih reakcija, usporedba homogene i heterogene katalize,
Značajke katalizatora: aktivnost, selektivnost i stabilnost katalizatora i njihovo određivanje
Bit katalitičkog djelovanja, osnovne teorije o reakcijskom putu: teorija sudara, teorija prelaznog stanja.
2. tjedan: Homogena kataliza - kiselinsko-bazna kataliza: specifična i opća kataliza u nevodenom mediju, eakcije katalizirane kiselinama i bazama. Kataliza s ionima prijelaznih metala: aktivnost, selektivnost i deaktivacija katalizatora, reakcije katalizirane ionima prelaznih metala. Kinetika i mehanizam homogeno-katalitičkih reakcija.
3. tjedan: Heterogena kataliza - fenomeni adsorpcije: kriteriji pomoću kojih se razlikuju fizička adsorpcija i kemisorpcijaova, asocijacijska i disocijacijska kemisorpcija, toplina adsorpcije, adsorpcijske izoterme. Teorija heterogene katalize.
4. tjedan: Kinetika i mehanizam heterogeno-katalitičkih reakcija: brzina reakcije u heterogenom sustavu. Pretpostavljanje reakcijskog mehanizma i izbor kinetičkog modela. Empirijski i mehanistički kinetički modeli.Utjecaj temperature na brzinu reakcije u heterogenom sustavu: prividna i stvarna energija aktivacije.
5. tjedan: Provera znanja.
6. tjedan: Ukupna brzina heterogeno-katalitičkih reakcija - reakcijska područja, pojam najsporijeg procesa. Međufazni prijenos tvari - osnovni pojmovi, međufazni prijenos tvari i kemijska reakcija, međufazna značajka djelotvornosti. Unutarfazni prijenos tvari - vrste difuzije: molekularna, Knudsenova i površinska difuzija. Unutarfazni prijenos tvari i kemijska reakcija.
7. tjedan: Unutarazna 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.
8. tjedan: Aktivnost katalizatora - eksperimentalne metode određivanja brzine reakcije (aktivnosti katalizatora), eksperimentalni reaktori: integralni i diferencijalni reaktor, PKR i reaktor s recirkulacijom. Izračunavanje koeficijenta prijenosa tvari i topline. Kriteriji za procjenu utjecaja prijenosa tvari i topline na ukupnu brzinu reakcije: međufazni, unutarfazni i reaktorski gradijenti.Utjecaj difuzije na stabilnost katalitičkog procesa.
9. tjedan: Selektivnost katalizatora - tipovi selektivnosti, utjecaj kemijskih i fizičkih značajki katalizatora na selektivnost, tjecaj unutarfazne difuzije na selektivnost procesa
Deaktivacija katalizatora - tipovi deaktivacije, kinetika i mehanizam deaktivacije, način djelovanja otrova na površinu katalizatora, utjecaj difuzije na brzinu deaktivacije. Sprječavanje deaktivacije i reaktivacija katalizatora.
10. tjedan: Provjera znanja
11 tjedan: Sastav i izvedba katalizatora - kemijski sastav: nosači; promotori: strukturni, elektronski, promotori teksture i promotori koji spriječavaju trovanje katalizatora; katalitički aktivne tvari: metali i legure, poluvodiči i izolatori. Uloga i značaj aktivne komponente katalizatora. Interakcija aktivne faze i nosača katalizatora.
12. tjedan: Pristup problemu dizajniranja katalizatora, izbor komponenata katalizatora, suvremene metode razvoja novih katalitičkih sustava. Priprava katalizatora: precipitacija i koprecipitacija, impregnacija, legiranje. Obrada katalizatora nakon sinteze: filtriranje, pranje, sušenje, mljevenje i sijanje katalizatora Oblikovanje katalizatora: tabletiranje, ekstrudiranje(istiskivanje) i peletiranje. Kalciniranje i aktiviranje katalizatora.
13. tjedan: Određivanje fizičkih značajki katalizatora - eksperimentalne metode određivanja specifične površine katalizatora: BET metoda (statička volumetrijska metoda), statička gravimetrijska metoda, dinamična (plinsko kromatografska metoda). Određivanja aktivne površine katalizatora, volumena pora, raspodjele volumena pora i djelotvornog koeficijenta difuzije.
14. tjedan: Određivanje mehaničkih značajki katalizatora - eksperimentalne metode i uređaji
Statička i dinamička metoda ispitivanje mehaničke čvrstoće katalizatora. Ispitivanje mehaničke čvrstoće na abraziju katalizatora. Karakterizacija katalizatora spektroskopskim metodama.
15. tjedan: Provjera znanja
Paralelno s predavanjima studenti rade vježbe
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 katalitičko reakcijsko inženjerstvo.
OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA:
Prisutnost i aktivno sudjelovanje na predavanjima i vježbama te usmeno i pismeno ispunjenje laboratorijskih obaveza.
UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA:
Uredno pohađanje svih oblika nastave predviđenih programom kolegija.
NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:
U obliku predavanja, laboratorijskih vježbi i konzultacijama prema potrebi.
NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:
3 obvezne pismene provjere znanja tijekom semestra putem kolokvija 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:
Nakon uspješno savladanog kolegija student će biti u stanju:
- identificirati ključne varijable potrebne za izvedbu aktivnijih, selektivnijih i stabilnijih katalizatora
- razumijeti vezu između strukturnih i kemijskih značajki katalizatora i njihovih katalitičkih značajki
- razviti kinetičke modele za homogenokatalitičke i heterogenokatalitičke reakcije
- razlikovati makrokinetiku od mikrokinetike
- razlikovati međufazne od unutarfanih gradijenata
- primijeniti različite kriterije i eksperimentalne metode za određivanje najsporijeg stupnja reakcije
- razlikovati različite tipove deaktivacije katalizatora i njihov utjecaj na produktivnost
reaktora
- odabrati odgovarajući laboratorijski reaktor za određivanje katalitičkih značajki katalizatora
ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA:
- primjeniti temeljna znanja iz prirodnih znanosti pri identificiranju i opisivanju jednostavnih inženjerskih problema
- organizirati i planirati jednostavne eksperimente uporabom dostupne laboratorijske opreme i uređaja
- primjeniti znanstvene metode pri analizi i modeliranju procesa i dizajniranju produkata
- prikupiti informacije iz različitih izvora
- prezentirati rezultate istraživanja vezanih uz sadržaj studija
- izabrati i primjenitti odgovarajuće matematičke / analitičke/numeričke metode pri rješavanju problema
- primjeniti osnovne informacijske i komunikacijske tehnologije
NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA:
Nastavna jedinica: Uvod u katalizu
Ishodi učenja:
- studenti će znati procjeniti važnost katalitičkih procesa za nacionalnu ekonomiju,
- razlikovati homogenu od heterogene katalize,
- razlikovati osnovne značajke katalizatora
Kriteriji vrednovanja:
-studenti će znati objasniti kako i zašto katalizator utječe na brzinu reakcije,
- razumijeti temeljne principe homogene i heterogene katalize,
-opisati i objasniti različite katalitičke procese,
- primijeniti katalitička rješenja u industrijskim procesima
Nastavna jedinica: Izvedba katalizatora
Ishodi učenja:
- studenti će znati 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
- objasniti utjecaj deaktivacijskih procesa na produktivnost reaktora
Kriteriji vrednovanja:
- studenti će znati analizirati i objasniti utjecaj sastava katalizatora na aktivnost, selektivnost i stabilnost ,
- objasniti razliku između specifične i aktivne površine katalizatora,
-objasniti razliku između aktivatora i promotora,
- primijeniti različite analitičke metode podesne za karakterizaciju katalizatora,
- analizirati utjecaj pripreme katalizatora na vijek trajanja aktivnosti i stabilnost,
Nastavna jedinica: Kinetika i mehanizam heterogeno-katalitičkih reakcija
Ishodi učenja:
- studenti će znati razlikovati fizičku odsorpciju od kemsorpcije,
- razlikovati empirijske od mehanističkih kinetičkih modela,
- razviti kinetičke modele za heterogenokatalitičke reakcije na osnovi analize mehanizma reakcije,
- razlikovati makrokinetiku od mikrokinetike,
- procijeniti utjecaj međufaznih/ unutarfanih gradijenata na brzinu reakcije,
- izabrati i primijeniti različite kriterije i eksperimentalne metode za određivanje najsporijeg stupnja reakcije
Kriteriji vrednovanja:
- studenti će znati primijeniti Langmuirovu adsorpcijsku izotermu za razvoj mehanisitičkih kinetičkih modela,
- objasniti razliku između prave i prividne brzine reakcije,
- ispitati utjecaj međufazne i unutarfazazne difuzije na brzinu reakcije,
- izračunati djelotvorni koeficijent difuzije,
- izračunati međufaznu/ unutarfaznu značajku djelotvornosti i objasniti razliku,
- primijeniti odgovarajući eksperimentalni /teorijski kriterij za procjenu međufaznog /unutarfaznog otpora prijenosu tvari,
-odabrati odgovarajući eksperimentalni reaktor za određivanje brzine reakcije
Nastavna jedinica: Značajke katalizatora
Ishodi učenja:
- studenti će razumijeti kako fizičke i kemijske značajke utječu na ativnost, selektivnost i stabilnost katalizatora,
- objasniti utjecaj deaktivacijskih procesa na produktivnost reaktora,
- razlikovati reaktivaciju od regeneracije katalizatora,
Kriteriji vrednovanja:
- studenti će znati analizirati utjecaj pripreme katalizatora na vijek trajanja aktivnosti i stabilnost,
- objasniti utjecaj kemijskih fizičkih značajki katalizatora na selektivnost,
- izmjeriti i izračunati prividnu i stvarnu gustoću te poroznost katalizatora,
- razumijeti i objasniti razliku između selektivnosti katalitički aktivne tvari, zrna i reaktora,
|
- Kataliza i katalizatori, , S. Zrnčević, HINUS, Zagreb, 2005.
- Green Chemistry and Catalysis, , R.A.Sheldon, I.Arends, J.Wiley, New York, 2007.
- Handbook of Heterogeneous Catalysis, , Eds. G.Ertl, H.Knozinger, J. Weitkamp, VCH, 1997.
- Fundamentals of Industrial Catalytic processes, , C.H. Bartholomew, R.J.Faruto,, J.Wiley, New York, 2006.
- Catalysis: An Integrated Approach, , Eds. R. A. van Santen, P. W. N. M. van Leeuwen, J. A. Moulijn, B. A. Averill, Elsevier, Amsterdam, 2000.
|
Pristupačnost
