1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	45
Laboratorijske vježbe	30
Seminar	15

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

CILJ KOLEGIJA:
U okviru ovog kolegija studenti stječu znanje koje im omogućava procjenu i odabir optimalnog toplinskog separacijskog procesa na temelju fizikalno kemijskih svojstava faza uz primjenu numeričkih i
grafičkih metoda. Uvodi ih se u osnove dimenzioniranja opreme, prenošenje rezultata iz laboratorijskog u industrijsko mjerilo uz osvrt na metode uštede energije.

IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA:

1. Tjedan

Definicija toplinskih separacijskih procesa; mehanizmi separacije; pregled toplinskih separacijskih procesa; načini dovođenja faza u kontakt; teoretski koncentracijski stupanj; načini provođenja toplinskih separacijskih procesa; bilance tvari i energije; pregled faznih ravnoteža; osnove prijenosa tvari i topline; pokretačka sila

2. Tjedan

Definicija i primjena izmjenjivača topline; klasifikacija izmjenjivača topline; mehanizmi prijenosa topline; opće karakteristike cijevnih izmjenjivača topline; izmjenjivači topline jednostavne i složene geometrije; pločasti izmjenjivači topline; spiralni izmjenjivači topline; odabir mjesta strujanja fluida; toplinska analiza izmjenjivača topline; kinetička jednadžba; otpori naslaga; pokretačka sila; efikasnost izmjenjivača topline; broj jedinica prijenosa;

Seminar - zadaci: cijevni izmjenjivači topline

3. Tjedan

Izmjenjivači topline s ekspandiranom površinom; osnove dimenzioniranja izmjenjivača topline; procjena koeficijenta prijelaza topline i pada tlaka.

Seminar - zadaci: procjena koeficijenta prijelaza topline I pada tlaka na strani cijevi i plašta
Laboratorij: Pločasti izmjenjivač topline

4.Tjedan

Definicija i svrha; režimi vrenja; otopine (svojstva; topljivost; entalpija; latentna toplina isparavanja); pokretačka sila; porast temperature vrelišta; pad tlaka u isparivaču; koeficijent prolaza topline; rad pod vakuumom; bilance tvari i topline; entalpija koncentracija dijagrami; kinetička jednadžba; jednostupnjevito i višestupnjevito isparavanje; vrste isparivača (pregled opreme i pricipa rada); metode povećanja djelotvornosti isparivača (ušteda energije).

Seminar - zadaci: jednostupnjeviti i višestupnjeviti isparivači
Laboratorij: Šaržni isparivač

5. Tjedan

Definicija, svrha i podjela procesa kristalizacije; otopine i svojstva značajna za kristalizaciju (fizikalna i toplinska svojstva otapala; koncentracija otopina; dijagrami topljivosti; zasićenost, prezasićenost i metastabilna zona; eksperimentalne metode određivanja topljivosti, širine metastabilne zone i prezasićenosti); kristali (definicija, kristalni sustavi; polimorfizam; oblik kristala; raspodjela veličina kristala); ravnoteža kapljevina - krutina; Kristalizacija (prezasićenost; nukleacija: definicija, podjela i kinetika; teorije rasta kristala; bilance tvari i topline)

Seminar - zadaci: kristalizacija

6. Tjedan

Pregled uređaja i osnove dimenzioniranja; kristalizacija taloženjem (osnove); kristalizacija iz taline: potpuno mješljive i eutektičke smjese; kristalizacija iz parne faze (osnove)

Seminar - zadaci: priprema za kolokvij: rješavanje složenih zadataka
Laboratorij: šaržna kristalizacija hlađenjem

7. Tjedan

Pismena provjera znanja: I kolokvij: Izmjenjivači topline, Isparavanje, Kristalizacija

8. Tjedan

Sušenje; značajke procesa; načini dovođenja topline (konvekcija, kondukcija, mikrovalno, radijacija); osnovni pojmovi; sorpcijske izoterme; dijagrami vlažnosti (Y-h i Y-T); psihrometrijska i gravimetrijska metoda praćenja procesa sušenja; bilancne jednadžbe, krivulje sušenja; periodi sušenja; određivanje brzine sušenja; mehanizmi prijenosa vlage; utjecaj vanjskih uvjeta na kinetiku procesa sušenja; matematički modeli; prikaz procesa u dijagramima vlažnosti; metode povećanja djelotvornosti procesa sušenja; vrste sušionika: pregled uređaja i osnove dimenzioniranja.

Seminar - zadaci: primjena psihrometrijske i gravimetrijske metode za proračun procesa sušenja
Laboratorij: Sušenje (prirodna i prisilna konvekcija; fluidizirani sloj)

9. Tjedan

Definicija i primjena; idealne i realne smjese; azeotropi; fazna ravnoteža; ekstrakcijska i azeotropna destilacija; destilacijske kolone; diskontinuirana jednostavna destilacija (Rayleigh-ijeva jednadžba - grafička metoda rješavanja; pricip rada; bilanca topline); kontinuirana jednostavna destilacija (balance tvari i topline; princip rada); flash destilacija (pricip rada; radni pravac); kontinuirana kolonska destilacija dvokomponentnih smjesa (princip rada; bilance tvari i topline; jednadžbe radnih pravaca; ušteda energije; McCabe Thileova i Ponchon Savaritova metoda odreiđvanja broja teoretskih jedinica prijenosa; q - linija i stanje pojne smjese; proračun promjera i visine kolone; definicija i značenje refluksnog omjera.

Seminar - zadaci: destilacija

10. Tjedan

Unutrašnjost kolona (plitice, nasipna i strukturirana punila), odabir, optimiranje i kontrola rektifikacijske kolone, faktori koji utječu na rad kolone); šaržna adijabatska destilacija (princip rada; bilance tvari i topline; radni pravac; rad uz R=const i xD=const)

Seminar - zadaci: Priprema za kolokvij: rješavanje složenih primjera
Laboratorij: Destilacija azeotropne smjese

11. Tjedan

Pismena provjera znanja: II kolokvij: Sušenje, Destilacija

12. Tjedan

Ekstrakcija; definicija, podjela i opis procesa; koeficijent raspodjele; ternarni dijagrami; jednostupnjevita ekstrakcija; višestupnjevita istostrujna i prostrujna ekstrakcija; kolonska ekstrakcija (bilancna i kinetička jednadžba; radni pravac; prikaz procesa u ravnotežnom i ternarnom dijagramu); određivanje broja koncentracijskih stupnjeva za sve metode provedbe procesa ekstrakcije; solvent odnos; pokretačka sila procesa ekstrakcije; ekstraktori; kolone s pliticama i punilima; kolone s agitacijom.

Seminar - zadaci: jednostupnjevita, višestupnjevita i kolonska ekstrakcija
Laboratorij: Šaržna ekstrakcija

13. Tjedan

Apsorpcija; definicija procesa apsorpcije i desorpcije; odabir pogodnog otapala; osnove procesa; brzina apsorpcije; ukupni koeficijent prijenosa tvari; provedba procesa (ravnoteža - topljivost plinova u kapljevini; kinetička i bilancna jednadžba); jednostupnjeviti i višestupnjeviti kontakt faza; protustrujna kolonska apsorpcija; granični slučajevi položaja radne linije; optimalni odnos protoka kapljevine i plina kod apsorpcije; apsorberi: kolonski apsorberi; načini na koje kapljevita i plinska faza dolaze u kontakt; ograničavajući protoci; kolone s pliticama i punilima; broj i visina jedinica prijenosa; promjer i visina kolone; pregled uređaja.

Seminar - zadaci: jednostupnjevita, višestupnjevita i kolonska apsorpcija

14. Tjedan

Odabir odgovarajućeg separacijskog procesa.
Seminar: Priprema za kolokvij

15. Tjedan

Pismena provjera znanja: III Kolokvij: Apsorpcija, Ekstrakcija

PREDUVJETI ZA UPIS PREDMETA:
Položeni predmeti: svi predmeti 1. nastavne godine, Bilanca tvari i energije, Prijenos tvari i energije
Odslušani predmeti: Kemijsko inženjerska termodinamika, Mehaničko procesno inženjerstvo

PREDUVJETI ZA POLAGANJE PREDMETA:
Odrađene laboratorijske vježbe, izvršene navedene Obveze studenata

RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA:
Opće kompetencije:

Nakon izvršenja obaveza studenti stječu znanja koja su im potrebna za odabir odgovarajućeg separacijskog procesa, na temelju poznavanja karakteristika i svojstava smjese koju je potrebno separirati i željenog produkta, te karakteristika pojedinog separacijskog procesa.

Specifične kompetencije:

- Grafičko i numeričko određivanje potrebnog broja koncentracijskih stupnjeva za višestupnjevite separacijske procese (destilacija, ekstrakcija, apsorpcija)
- Definiranje, formuliranje i rješavanje zadataka vezanih uz toplinske separacijske procese korištenjem bilancnih i kinetičkih jednadžbi
- Izračunavanje koeficijenata prijenosa tvari i topline za dani separacijski proces
- Odabir odgovarajućeg separacijskog procesa na temelju poznavanja fazne ravnoteže i fizikalnih svojstava sustava
- Odabir odgovarajućeg selektivnog otapala za ekstrakciju i apsorpciju

OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA:
Redovito pohađanje nastave - predavanja i seminari (minimalno 80%)
Studenti su obvezni izraditi 6 laboratorijskih vježbi
Studenti su obvezni izraditi 7 domaćih zadaća
Studenti su obvezni pristupiti pismenim i usmenim provjerama znanja

NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:
- Predavanja
- Seminari - zadaci
- Laboratorijske vježbe
- Konzultacije prema potrebi

NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:
- Ulazni kolokvij iz laboratorijskih vježbi
- 3 pismene provjere znanja (1 ili 2 numerička zadatka i 3 teoretska pitanja; za prolaz potrebno 50 % iz svakog dijela; pozitivna ocjena donosi oslobađanje od usmenog ispita)
- Pismeni ispit (2 numerička zadatka I 3 teoretska pitanja; za prolaz potrebno 50 % iz svakog dijela)
- Usmeni ispit
- Aktivnosti na e-kolegiju (igre, testovi, tematski forumi)

NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA:
Studentska anketa

ISHODI UČENJA KOLEGIJA
1. odabrati najpovoljniji separacijski proces na temelju fizikalno-kemijskih svojstava komponenata smjese
2. predvidjeti utjecaj različitih parametara na stupanj separacije i efikasnost različitih separacijskih procesa
3. postaviti bilance tvari i topline, te u kombinaciji s ravnotežnim dijagramima analizirati separacijski proces
4. razviti vještine potrebne za rješavanje inženjerskih problema vezanih uz dizajn i rad separacijskog procesa
5. razviti eksperimentalne vještine potrebne za rad i analizu separacijskog procesa

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA
1. opisati fenomene u području kemijskog inženjerstva rječnikom i instrumentarijem temeljnih znanosti - matematike, fizike i kemije
2. objasniti temeljna načela kemijskog inženjerstva u područjima modeliranja i simuliranja kemijskih reakcija, procesa prijenosa tvari i energije te separacijskih procesa
3. definirati kemijsko-inženjerske probleme, što uključuje njihovo raščlanjivanje i formuliranje radi rješavanja primjenom osnovnih načela
4. primijeniti znanstveni pristup u realnim kemijskoinženjerskim problemima
5. kritički se koristiti literaturom u tiskanom i internetskom obliku za prikupljanje potrebnih informacija za rješavanje kemijsko-inženjerskih problema
6. pokazati sposobnost samostalnog učenja te prepoznavanje potrebe za cjeloživotnim obrazovanjem

LITERATURA:
1. A.Sander, Nastavni materijali e-kolegija objavljeni na Merlinu
2. A.Sander, Zbirka zadataka iz Toplinskog procesnog inženjerstva, 2010.
3. K.Satler, H.J.Feindt, Thermal Separation Processes - Principles and Design, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim; 1995.
4. J.D.Seader, E.J. Henley, Separation Process Principles, John Wiley and Sons, Inc., 2006.
5. C.J.Geankoplis, Transport Processes and Unit Operations, Allyn and Bacon, Inc., Boston, 1978.
6. J.H.Lienhard, A Heat Transfer Textbook, Third Ed., Phlogiston Press, Cambridge, 2006.

1. Nastavni materijali e-kolegija objavljeni na Merlinu, , Aleksandra Sander, , .
2. Zbirka zadataka iz Toplinskog procesnog inženjerstva, , Aleksandra Sander, , 2010.
3. Thermal Separation Processes - Principles and Design, , K.Satler, H.J.Feindt, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1995.
4. Separation Process Principles, , J.D.Seader, E.J. Henley, John Wiley and Sons, Inc., 2006.
5. Transport Processes and Unit Operations, , C.J.Geankoplis, Allyn and Bacon, Inc., Boston, 1978.
6. A Heat Transfer Textbook, , J.H.Lienhard, Phlogiston Press, Cambridge, 2006.

Upis predmeta :
Odslušan : Kemijsko inženjerska termodinamika
Odslušan : Mehaničko procesno inženjerstvo

Obavezni predmet - Redovni studij - Kemijsko inženjerstvo