CILJ KOLEGIJA
U okviru ovog kolegija studenti ovladavaju primjenom osnovnih termodinamičkih zakona i naprednih matematičkih metoda pri rješavanju kemijsko inženjerskih zadataka: procjene termodinamičkih svojstava čistih tvari, smjesa i otopina, proračuna fazne ravnoteže, proračuna kemijske ravnoteže.
IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA
1. Uvod u termodinamiku realnih sustava - što je termodinamika i čime se bavi, podjela termodinamike, program kolegija, potrebna predznanja, osnovni pojmovi: termodinamički sustavi, veličine, parametri faze, stanja, procesi, zakoni termodinamike,
Volumetrijska svojstva realnih fluida - pT-dijagram, Gibbsovo pravilo faza, opća plinska jednadžba, odstupanja od idealnosti, koeficijent kompresibilnosti, Joule-Thomsonov koeficijent, ukapljivanje realnog plina
Seminar - upoznavanje s programom računskih seminara (Zagajski-Kučan)
2. Volumetrijska svojstva realnih fluida - međudjelovanja čestica plina, Lennard-Jonesov potencijal, virijalna jednadžba, Boyleova temperatura, BWR jednadžba
Volumetrijska svojstva realnih fluida - van der Waalsova jednadžba, parametri, rad ukapljivanja, ravnotežni tlak, načela korespondentnih stanja i termodinamičke sličnosti, kritični koeficijent kompresibilnosti, Pitzerov koeficijent acentričnosti, Lee-Keslerova korelacija
Seminar - zadaci: volumetrijska svojstva realnih fluida (Zagajski-Kučan)
3. Volumetrijska svojstva realnih fluida - jednadžbe stanja trećeg stupnja, Redlich-Kwong, Soave-Redlich-Kwong, Peng-Robinson, izračunavanje pvT-svojstava, usporedba jednadžbi, plinske smjese
Termodinamička svojstva realnih fluida - toplinske tablice i dijagrami, konstrukcija ph i sT-dijagrama, funkcije odstupanja, načela korespondendnih stanja i termodinamičke sličnosti, Yen-Alexanderova i Lee-Keslerova korelacija za entalpiju i entropiju
Seminar - zadaci: volumetrijska svojstva realnih fluida (Zagajski-Kučan)
4. Termodinamička svojstva realnih fluida - fugacitivnost i koeficijent fugacitivnosti, fugacitivnost kao funkcija odstupanja, izračunavanje Gibbsove energije iz fugacitivnosti, ovisnost fugacitivnosti o tlaku i temperaturi, fugacitivnost i načela korespondentnih stanja i termodinamičke sličnosti
Termodinamika realnih otopina - definicija idealne otopine, volumen, entalpija i entropija miješanja, uzroci neidealnosti realnih otopina
Seminar - pokazni seminar: jednadžbe stanja realnih plinova (Zagajski-Kučan)
5. Termodinamika realnih otopina - parcijalne molarne veličine u dvo- i višekomponentnim realnim sustavima, Gibbs-Duhemova jednadžba, parcijalna fugacitivnost i parcijalni koeficijent fugacitivnosti, veličine miješanja, eksces veličine
Termodinamika realnih otopina - aktivnost i koeficijent aktivnosti, standardna stanja čistog plina, kapljevine i krutine te komponenti plinskih i kapljevitih smjesa, Poyntingov faktor, Lewis-Randallovo pravilo, beskonačno razrijeđena otopina, Henryjev zakon za realne otopine
Seminar - zadaci: termodinamička svojstva realnih fluida (Zagajski-Kučan)
6. Termodinamika realnih otopina - određivanje parcijalnih molarnih veličina metodama presjeka, tangente, prividnih molarnih veličina, te primjenom Gibbs-Duhemove jednadžbe, veza Gibbsove energije, aktivnosti i koeficijenta aktivnosti
Modeli koeficijenta aktivnosti - modeli koeficijenta aktivnosti: Margules, red potencija, Van Laar, Wohl, regularne i atermalne otopine, Scatchard-Hildebrand; Flory-Hugginsov parametar međudjelovanja, parametar topljivosti, određivanje parametara modela
Seminar - zadaci: termodinamika realnih otopina (Zagajski-Kučan)
7. Modeli koeficijenta aktivnosti - modeli koeficijenta aktivnosti: Wilson, Tsuboka-Katayama, Hiranuma, NRTL, UNIQUAC; modeli strukturno-grupnih doprinosa: ASOG, UNIFAC
Rekapitulacija - termodinamika realnih otopina i modeli koeficijenta aktivnosti, priprema za provjeru znanja
Seminar - priprema za 1. provjeru znanja (Zagajski-Kučan)
8. 1. provjera znanja - volumetrijska svojstva realnih fluida, termodinamička svojstva realnih fluida, termodinamika realnih otopina, modeli koeficijenta aktivnosti
Termodinamička ravnoteža - uvjeti ravnoteže u izoliranim i zatvorenim sustavima, uvjeti stabilnosti sustava, reakcijski sustavi, termodinamička interpretacija Le Chatelierovog načela
Seminar - zadaci: termodinamika realnih otopina (Zagajski-Kučan)
9. Ravnoteža para-kapljevina - uvjet ravnoteže preko kemijskih potencijala i parcijalnih fugacitivnosti, opis neidealnosti faza pomoću jednadžbi stanja i modela koeficijenta aktivnosti, uvjet ravnoteže za idealnu paru, odnosno kapljevinu
Ravnoteža para-kapljevina - fazni dijagrami, Txy-dijagram, pxy-dijagram, xy-dijagram, sustavi pravilna ponašanja, azeotropni sustavi, izračunavanje vrelišta, kapljišta, jednokratnog isparavanja
Seminar - zadaci: termodinamika realnih otopina (Zagajski-Kučan)
10. Ravnoteža kapljevina-kapljevina - uvjet ravnoteže preko kemijskih potencijala, fazni dijagrami, ovisnost tlaka para o sastavu, ovisnost Gibbsove energije miješanja o sastavu, utjecaj temperature i tlaka na mješljivost, trokutni dijagrami, pravilo poluge
Ravnoteža kapljevina-krutina - uvjet ravnoteže preko kemijskih potencijala i parcijalnih fugacitivnosti, fazni dijagrami, eutektici, međumolekulni spojevi, peritektici, izračunavanje topljivosti krutina u kapljevini, Schroederove jednadžbe, ternarni eutektici, eutektički kanali
Seminar - zadaci: ravnoteža para-kapljevina (Zagajski-Kučan)
11. Ravnoteža plin-krutina - uvjet ravnoteže preko kemijskih potencijala i parcijalnih fugacitivnosti, superkritični fluidi kao otapala, izračunavanje topljivosti krutine u fluidu
Kemijska ravnoteža - uvjet kemijske ravnoteže: minimum Gibbsove energije, stehiometrijska suma kemijskih potencijala, homogene kemijske reakcije, standardna reakcijska Gibbsova energija, ovisnost standardne Gibbsove reakcijske energije o temperaturi
Seminar - zadaci: ravnoteža kapljevina-krutina (Zagajski-Kučan)
12. Kemijska ravnoteža - primjeri rješavanja problema homogene kemijske ravnoteže, homogena kemijska ravnoteža kod višereakcijskih sustava, određivanje minimalnog broja reakcija, Denbighova metoda, metoda matrične eliminacije
Kemijska ravnoteža - određivanje globalnog minimuma Gibbsove energije sustava, heterogena kemijska ravnoteža
Seminar - priprema za 2. provjeru znanja (Zagajski-Kučan)
13. 2. provjera znanja - termodinamička ravnoteža, ravnoteža para-kapljevina, ravnoteža kapljevina-kapljevina, ravnoteža kapljevina-krutina, kemijska ravnoteža
Rekapitulacija - rasprava o gradivu, predavanjima, seminarima, priprema pismenog i usmenog ispita
Seminar - zadaci: ponavljanje (Zagajski-Kučan)
RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA
Opće kompetencije:
primjena osnovnih zakona termodinamike i literaturnih ili vlastitih eksperimentalnih podataka pri rješavanju kemijsko inženjerskih problema: 1.procjene termodinamičkih svojstava plinova i kapljevina u ovisnosti o tlaku, temperaturi i sastavu, 2. karakterizacije ravnoteže para-kapljevina i kapljevina-kapljevina, 3. karakterizacije kemijske ravnoteže
Posebne kompetencije:
izračunavanje termodinamičkih svojstava realnih fluida pomoću jednadžbi stanja: virijalna, vdW, RK, SRK, PR, Lee-Kesler
izračunavanje termodinamičkih svojstava realnih otopina pomoću modela koeficijenta aktivnosti: Margules, Van Laar, Wilson, NRTL, UNIQUAC, UNIFAC, ASOG
izračunavanje parametara modela koeficijenta aktivnosti iz eksperimentalnih podataka
izračunavanje ravnotežnih sastava u reakcijskim smjesama u ovisnosti o tlaku i temperaturi: reakcija u plinskoj fazi, više reakcija u plinskoj fazi, reakcije u heterogenim sustavima
OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA
studenti su obavezni nazočiti predavanjima i seminarima
studenti su obavezni pristupiti provjerama znanja i kolokvijima
NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE
predavanja (ex cathedra)
seminari (ex cathedra)
konzultacije prema potrebi
NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA
2 obvezne pismene provjere znanja tijekom semestra (60% bodova na svakoj od provjera znanja donosi oslobađanje od usmenog ispita)
pismeni ispit (3 numerička zadatka, potrebno 50% bodova za prolaz, uz uvjet jednog potpuno ispravno riješenog zadatka)
usmeni ispit
NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA
Studentska anketa
ISHODI UČENJA KOLEGIJA
1. Protumačiti način proširenja i korigiranja osnovnih fizikalno kemijskih zakona za primjenu u realnim plinovima i otopina
2. Odabrati literaturne podatke i teorijske modele za opis ovisnosti termodinamičkih veličina realnih plinova i otopina o temperaturi i tlaku
3. Postaviti sustav jednadžbi za opis fazne ravnoteže para-kapljevina, odnosno kapljevina-kapljevina, te kemijske ravnoteže
4. Predložiti način rješavanja sustava jednadžbi za opis fazne ravnoteže para-kapljevina, odnosno kapljevina-kapljevina
ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA KOJIMA PREDMET PRIDONOSI
1. rješavati kvalitativne i kvantitativne probleme primjenom prikladnih kemijskih principa i teorija
2. interpretirati kemijske informacije i podatke
3. računalno analizirati kemijske podatke i informacije
4. pretraživati informacije dostupne na Internetu
OBVEZNA LITERATURA
M.Rogošić., Nastavni tekstovi na mrežnim stranicama FKIT-a, 2013.
S.I.Sandler, Chemical, Biochemical and Engineering Thermodynamics, 4th Ed., Wiley, New York, 2006.
DOPUNSKA LITERATURA:
J.M.Smith, H.C.Van Ness, M.M.Abbott, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 5th Ed., McGraw-Hill, New York, 1996.
J.M.Prausnitz, R.N.Lichtenthaler, E.G.de Azevedo, Molecular Thermodynamics of Fluid Phase Equilibria, 3rd Ed., Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1999.
B.E.Poling, J.M.Prausnitz, J.P.O'Connell, The Properties of Gases and Liquids, 5th Ed., McGraw-Hill, New York, 2000.
|
- , LITERATURA POTREBNA ZA POLAGANJE ISPITA:
M.Rogošić., Nastavni tekstovi na mrežnim stranicama FKIT-a, 2013.
S.I.Sandler, Chemical, Biochemical and Engineering Thermodynamics, 4th Ed., Wiley, New York, 2006.
DOPUNSKA LITERATURA:
J.M.Smith, H.C.Van Ness, M.M.Abbott, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 5th Ed., McGraw-Hill, New York, 1996.
J.M.Prausnitz, R.N.Lichtenthaler, E.G.de Azevedo, Molecular Thermodynamics of Fluid Phase Equilibria, 3rd Ed., Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1999.
B.E.Poling, J.M.Prausnitz, J.P.O'Connell, The Properties of Gases and Liquids, 5th Ed., McGraw-Hill, New York, 2000., , , .
|
Pristupačnost
