CILJ KOLEGIJA: Temeljni cilj se nalazi u jasnom razumijevanju osnova kemijskog reakcijskog inženjerstva, a studenti će se upoznati s temeljnim principima i potrebnom metodologijom za razvoj i izvedbu kemijskih reaktora i bioreaktora koji se koriste u zaštiti okoliša.
IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA:
1. Tjedan
Pojam procesnog prostora i kemijskog reaktora. Opće bilance množine tvari i energije. Primjeri na seminaru
2. Tjedan
Idealni tipovi reaktora i njihovi matematički modeli. Primjeri na seminaru
3. Tjedan
Kinetički modeli reakcija u homogenim i heterogenim sustavima. Primjeri na seminaru
Prva provjera znanja: Zavisnost brzine kemijske reakcije o temperaturi i teorijska pitanja sa dosadašnjim gradivom
4. Tjedan
Osnovne grupe reaktora za provedbu reakcija u homogenim i heterogenim sustavima. Primjeri na seminaru
5. Tjedan
Eksperimentalne metode u kinetičkim istraživanjima. Integralna, diferencijalna i izmijenjena diferencijalna metoda. Primjeri na seminaru
6. Tjedan
Druga provjera znanja-Integralna metoda procijene parametara i teorijska pitanja vezano uz drugi dio gradiva iz kemijskih reaktora
7. Tjedan
Pojam i značajke biološkog materijala
8. Tjedan
Biokatalizatori i biokataliza
9. Tjedan
Enzimska reakcijska kinetika. Primjeri na seminaru i u kompjuterskoj učionici.
10. Tjedan
Mikrobiološka kinetika. Primjeri na seminaru i kompjuterskoj učionici
Treća provjera znanja
11. Tjedan
Pregled osnovnih tipova bioreaktora. Primjeri na seminaru i kompjuterskoj učionici
12. Tjedan
Aeracija i miješanje u biološkim sustavima. Primjeri na seminaru i kompjuterskoj učionici.
13. Tjedan
Četvrta provjera znanja
RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA:
Po odslušanim predavanjima odnosno nakon polaganja ispita. student će biti u mogućnosti da primjeni stečeno znanje pri rješavanju jednostavnijih problema u području kemijskog reakcijskog inženjerstva i bioreakcijskog inženjerstva. Imat će sposobnost pri praćenju i vođenju osnovnih tipova reaktora i bioreaktora u industrijskim procesima i bioprocesima.
OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA:
studenti su obavezni nazočiti predavanjima i seminarima
studenti su obavezni pristupiti provjerama znanja i kolokvijima
domaće zadaće
UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA:
80% nazočnost na predavanjima i seminarima
završene vježbe u kompjuterskoj učionici
NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:
predavanja
seminari
numeričke vježbe u kompjuterskoj učionici
konzultacije prema potrebi
NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:
4 obvezne pismene provjere znanja tijekom semestra (po dvije provjere iz Reaktora i Bioreaktora, studentima je omogućeno stjecanje ocjene nakon provedenih provjera prema dogovorenom kriteriju)
Studenti koji nisu zadovoljni ocjenom ili nisu skupili dovoljan broj bodova na provjerama znanja tijekom semestra pristupaju redovitim ispitnim rokovima.
NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA:
Studentska anketa
METODIČKI PREDUVJETI:
Položeni ispiti iz kolegija Bilanca tvari i energije i Prijenos tvari i energije
ISHODI UČENJA KOLEGIJA:
1. definirati procesne veličine i parametre kemijskog reaktora bioreaktora
2. izvesti kinetičke modele na osnovi fizičke slike procesa ili provedenog kinetičkog eksperimenta
3. razlikovati kinetiku reakcija u homogenim odnosno heterogenim sustavima
4. razlikovati katalizatore i biokatalizatore prema strukturi, funkciji i uvjetima korištenja
5. razlikovati reaktore i bioreaktore prema izvedbi
6. postaviti matematičke modele procesa s kemijskim i biokemijskim reakcijama u različitim tipovima reaktora (kinetički i reaktorski model)
7. rješavati analitički i numerički (simulirati) matematičke modele kemijskih i biokemijskih reakcija u različitim tipovima reaktora
8. procijeniti vrijednosti kinetičkih parametara modela na temelju zadanih eksperimentalnih podataka pomoću računalnog programa SCIENTIST
ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA:
1. primijeniti kemijsko inženjersku metodologiju prilikom odabira reaktora za provedbu pojedinih tipova reakcija
2. primijeniti matematičke numeričke i/ili analitičke metode prilikom procjene parametara kinetičkih modela
3. primijeniti stečena znanja na modeliranje i projektiranje kemijskih reaktora bioreaktora
4. primjenjivati matematičke metode, modele i tehnike u rješavanju oglednih primjera
NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA
1. Pojam procesnog prostora i kemijskog reaktora
Ishodi učenja:
- definiranje kemijskog reaktora kao osnovne jedinice kemijskog procesa
- definirati procesni prostor, granice sustava, te ulaznih i izlaznih veličina procesa
- postavljati bilance tvari i energije oglednih primjera
- definirati osnovnu podjelu i sistematizaciju kemijskih reaktora
Kriteriji vrednovanja
- razlikovati osnovne tipove kemijskih reaktora
- primijeniti zakon o očuvanju mase i postaviti bilance tvari zadanog procesa
2. Idealni tipovi reaktora i njihovi matematički modeli
Ishodi učenja:
- definirati reaktorski model idealnog kotlastog reaktora
- definirati reaktorski model idealnog protočno kotlastog reaktor
- definirati reaktorski model idealno cijevni reaktor
Kriteriji vrednovanja
- primijeniti značajke idealnog kotlastog reaktora prilikom izvođenja bilance tvari i topline
- primijeniti značajke idealnog protočno kotlastog reaktora prilikom izvođenja bilance tvari i topline
- primijeniti značajke idealnog cijevnog reaktora prilikom izvođenja bilance tvari i topline
3. Kinetički modeli reakcija u homogenim i heterogenim sustavima
Ishodi učenja:
- definirati zavisnost brzine reakcije o temperaturi
- definirati značajke kinetike reakcija u homogenim sustavima
- definirati značajke kinetike reakcija u heterogenim sustavima
Kriteriji vrednovanja
- razlikovati osnovne značajke kemijskih reakcija u homogenim odnosno heterogenim sustavima
- primijeniti Arrheniusovu zavisnost prilikom određivanja energije aktivacije provedenih kinetičkih eksperimenta
4. Osnovne grupe reaktora za provedbu reakcija u homogenim i heterogenim sustavima
Ishodi učenja:
- opisati reaktore za provedbu nekatalitičkih reakcija fluid krutina
- opisati reaktore za provedbu reakcija plin kapljevina
- opisati reaktore za provedbu katalitičkih reakcija uz krute katalizatore
Kriteriji vrednovanja
- primijeniti model jezgre ili model kontinuirane reakcije prilikom definiranja kinetike nekatalitičkih reakcija fluid krutina
- primijeniti Whitmanovu teoriju graničnog sloja prilikom absorpcije reaktanta iz plinske u kapljevitu fazu
- primijeniti kinetički model Hougen Watsona pri provedbi katalitičkih heterogenih reakcija
5. Eksperimentalne metode u kinetičkim istraživanjima
Ishodi učenja:
- definirati integralnu metodu procjene parametara kinetičkog modela
- definirati diferencijalnu metodu procjene parametara kinetičkog modela
- definirati izmijenjenu diferencijalnu metodu procjene parametara kinetičkog modela
- definirati kriterij slaganja eksperimentalnih podataka i izračunatih vrijednosti.
Kriteriji vrednovanja
- primijeniti različite numeričke metode procijene parametara ovisno o složenosti reakcijskog sustava (kinetičkog modela i eksperimentalnog reaktora)
- kritički odabrati najbolji kinetički model koji na osnovu kriterija srednjeg kvadratnog odstupanja opisuje provedeni kinetički eksperiment
6. Pojam i značajke biološkog materijala
Ishodi učenja:
- definirati posebnosti biološkog materijala kao katalizatora u odnosu na klasični kemijski katalizator
- definirati razlike kemijskog i biokemijskog inženjerstva koje proizlaze na temelju razlika katalizatora i biokatalizatora
- definirati razlike između bioprocesa i kemijskog procesa, te reaktora i bioreaktora
Kriteriji vrednovanja
- razlikovati bioproces od kemijskog procesa
- razlikovati katalizatore i biokatalizatore
- razlikovati značajke reaktora i bioreaktora
7. Biokatalizatori i biokataliza
Ishodi učenja:
- definirati pojam biokatalizatora
- definirati strukturu biokatalizatora
- definirati prednosti i nedostatke biokatalizatora u odnosu na klasične katalizatore
- definirati izvore za dobivanje biokatalizatora
Kriteriji vrednovanja
- prepoznati prednosti i nedostatke upotrebe biokatalizatora
- prepoznati obnovljivost izvora iz kojih se dobivaju biokatalizatori
8. Enzimska reakcijska kinetika
Ishodi učenja:
- definirati kinetiku enzimski katalizirane reakcije: Michaelis Menteničina kinetika
- definirati metodu početnih brzina
Kriteriji vrednovanja
- izvesti kinetički model Michaelis Menteničine kinetike na temelju mehanizma enzimski katalizirane reakcije
- procijeniti brzinu reakcije na temelju zadanih eksperimentalnih podataka izmjerenih metodom početnih brzina
- riješiti ogledni primjer sa zadanim eksperimentalnim podacima koristeći diferencijalnu ili integralnu metodu procjene parametara
9. Mikrobiološka kinetika
Ishodi učenja:
- definirati bioproces
- definirati stanični metabolizam
- definirati iskorištenja reakcija u bioprocesu
- definirati brzinu rasta mikroorganizama i specifičnu brzinu rasta biomase: Monodova kinetika
Kriteriji vrednovanja
- prepoznati razlike u stehiometriji kemijske reakcije i bioprocesa
- u zadanom primjeru izračunati brzinu rasta mikroorganizama koristeći matematički model
10. Pregled osnovnih tipova bioreaktora
Ishodi učenja:
- postaviti bilance tvari u različitim tipovima bioreaktora
- definirati koji je od predloženih tipova reaktora najpogodniji za upotrebu kod pojava inhibicije supstratom ili produktom
Kriteriji vrednovanja
- nabrojati različite tipove reaktora koji se koriste u biokemijskom inženjerstvu te navesti njihove razlike
- znati prepoznati kada se upotrebljava koji tip reaktora, ovisno o kinetici enzimski katalizirane reakcije ili kinetici bioprocesa
11. Aeracija i miješanje u biološkim sustavima
Ishodi učenja:
- definirati posebnosti miješanja i aeracije u biološkim sustavima
- skicirati i opisati kako se odvija prijenos kisika u biološkom sustavu (u stanicu)
Kriteriji vrednovanja
- napisati matematičke izraze koji opisuju difuziju plina u kapljevinu
- navesti posebne zahtijeve miješanja u biološkim sustavima
|
- , Gomzi, Z. Kemijski reaktori, HINUS, Zagreb, 1998.
J.E.Bailey, D.F.Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill, 1986.
K.van't Riet, J.Tramper, Basic Bioreactor Design, M.Dekker, New York, 1991., , , .
- , H.W.Blanch, D.S.Clark,Biochemical Engineering, Marcel Dekker, New York, 1996.
H.S.Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1998., , , .
|
Pristupačnost
