Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej - Ochrona środowiska (S2)
specjalność: Analityka w ochronie środowiska
Sylabus przedmiotu Projektowanie reaktorów:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Ochrona środowiska | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | drugiego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | magister inżynier | ||
| Obszary studiów | nauk technicznych, studiów inżynierskich | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Projektowanie reaktorów | ||
| Specjalność | Procesy i aparaty w ochronie środowiska | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Chemii Organicznej i Chemii Fizycznej | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Wiesław Parus <Wieslaw.Parus@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Janina Możejko <Janina.Mozejko@zut.edu.pl>, Magdalena Olszak-Humienik <Magdalena.Olszak-Humienik@zut.edu.pl>, Andrzej Wieczorek <Andrzej.Wieczorek@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 2,0 | ECTS (formy) | 2,0 |
| Forma zaliczenia | egzamin | Język | polski |
| Blok obieralny | 4 | Grupa obieralna | 2 |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Podstawowa wiedza z zakresu matematyki, fizyki, informatyki, inżynierii chemicznej, chemii nieorganicznej, chemii organicznej oraz chemii analitycznej |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Zapoznanie studentów z zasadami sporządzania bilansów stechiometrycznych, homogenicznych reakcji prostych i złożonych oraz reakcji heterogenicznych. Podanie ogólnych wiiadomości z zakresu termodynamiki, termochemii i równowag, z wykazaniem sposobów ich zastosowania do przewidywania kierunku przebiegu procesów i doboru warunków ich prowadzenia oraz do projektowania reaktorów. Umiejętność dokonywania przez studentów analizy kinetycznej procesu homogenicznego, heterogenicznego i kontaktowego. Omówienie podstawowych typów reaktorów i podanie ogólnych zależności inżynierii reaktorowej. Ukształtowanie umiejętności sporządzania bilansów masowych i cieplnych dla różnych typów reaktorów idealnych i różnych warunków prowadzenia procesu prostego, jednoreakcyjnego lub złożonego, wieloreakcyjnego (izotermicznie, adiabatycznie, nieizotermicznie ze stałą lub zmienną wymianą ciepła). Zrozumienie i interpretacja zjawisk obserwowanych w reaktorach rzeczywistych. Zapoznanie studentów z zasadami wyboru reaktora i optymalnych warunków prowadzenia procesu chemicznego oraz zasadami projektowania poszczególnych typów reaktorów. Projektowanie reaktorów pracujących w różnych warunkach temperaturowych dla realizacji wybranych procesów z zastosowaniem nowoczesnych metod obliczeniowych. |
| C-2 | Wykształcenie: właściwych zachowań, aktywnej postawy na zajęciach, punktualności, rzetelności w prowadzeniu obliczeń projektowych i odpowiedzialności za zaprojektowane rozwiązania, umiejętności współpracy w grupie, umiejętności kreatywnego myślenia i działania. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| projekty | ||
| T-P-1 | Obliczenia wstępne przy projektowaniu reaktorów chemicznych - wyznaczanie składu mieszaniny poreakcyjnej z wykorzystaniem równań bilansu stechiometrycznego, obliczanie funkcji termodynamicznych dla reakcji chemicznej, obliczanie stałych równowagi reakcji chemicznych i składu równowagowego mieszaniny reakcyjnej, wyznaczanie parametrów równania kinetycznego, ogólne zasady projektowania wymienników ciepła. | 7 |
| T-P-2 | Przybliżone metody projektowania reaktorów chemicznych. | 3 |
| T-P-3 | Projektowanie reaktora okresowego pracujacego w warunkach izotermicznych, adiabatycznych lub ze stałą wymianą ciepła, dla wybranego procesu chemicznego. | 5 |
| T-P-4 | Projektowanie izotermicznego reaktora przepływowego zbiornikowego i izotermicznej kaskady reaktorów zbiornikowych, dla wybranego procesu chemicznego. | 5 |
| T-P-5 | Projektowanie reaktora półprzepływowego dla wybranego procesu ( warunki izotermiczne, adiabatyczne lub ze stałą wymianą ciepła ). | 5 |
| T-P-6 | Projektowanie autotermicznego, przepływowego reaktora rurowego, kontaktowego dla procesu spalania wybranego zanieczyszczenia powietrza. | 5 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Pojęcia podstawowe i bilanse stechiometryczne. | 1 |
| T-W-2 | Elamenty termochemii i statyki chemicznej. | 3 |
| T-W-3 | Kinetyka reakcji w układach homogenicznych. | 3 |
| T-W-4 | Proces chemiczny w ziarnie katalizatora. | 3 |
| T-W-5 | Klkasyfikacja reaktorów chemicznych - kryteria podziału reaktorów, organizacja procesu w czasie, warunki temperaturowe. | 2 |
| T-W-6 | Zastosowanie poszczególnych typów reaktorów w technologii chemicznej i w technologiach ochrony środowiska. | 2 |
| T-W-7 | Projektowanie reaktorów dla procesów homogenicznych ( reaktor okresowy, reaktor przepływowy zbiornikowy, reaktor przepływowy zbiornikowy, reaktor przepływowy rurowy, reaktor półprzepływowy ). | 3 |
| T-W-8 | Reaktor przepływowy rurowy dla procesów kontaktowych ( kryterium pseudohomogeniczności procesu kontaktowego, reaktor kontaktowe o modelach pseudohomogenicznych ). | 2 |
| T-W-9 | Reaktory kontaktowe o modelach heterogenicznych i zasady ich projektowania dla układów gaz - ciało stałe. | 3 |
| T-W-10 | Reaktor fluidyzacyjne i cyrkulacyje - zasady projektowania takich reaktorów. | 2 |
| T-W-11 | Bioreaktory - zasady obliczeń i doboru. | 2 |
| T-W-12 | Stabilność i autermiczność procesu przepływowego. | 2 |
| T-W-13 | Zagadnienia wyboru reaktora i warunków prowadzenia procesu chemicznego. | 2 |
| 30 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| projekty | ||
| A-P-1 | Uczestnictwo w zajęciach. | 30 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| 30 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | wykład informacyjny |
| M-2 | pokaz schematów i ilustracji |
| M-3 | objaśnianie i wyjaśnianie |
| M-4 | projekt |
| M-5 | anegdota |
| M-6 | gry dydaktyczne ( symulacyjne, decyzyjne, psychologiczne ) |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena formująca: Ocena formująca z zaliczenia projektu wykonanego przez każdego studenta, dokonywana w trakcie trwania zajęć, mająca wpływ na ocenę końcową |
| S-2 | Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca osiągnięte efekty uczenia się, pod koniec semestru. |
| S-3 | Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca osiagnięte założone efekty kształcenia kompetencji społecznych. |
Zamierzone efekty kształcenia - wiedza
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| KOS_2A_C01-04b_W08 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien być w stanie: zdefiniować: ciśnienie, temperaturę, indywiduum chemiczne, molową: entalpię, energię wewnętrzną, energię swobodną, entalpię swobodną i entropię tworzenia związków chemicznych, stężenia molowe, molarne, ułamek molowy, prężność cząskową, rodzaje dyfuzji w gazach, rodzaje dyfuzji w materiałach porowatych, współczynniki dyfuzji, współczynniki wnikania i przenikania ciepła, adsorpcję chemiczną i fizyczną, standardowe funkcje termodynamiczne reakcji chemicznych, ciepło reakcji, równowagę chemiczną, substraty, produkty, termodynamiczne i klasyczne stałe równowagi reakcji, stopień przemiany, liczba postępu reakcji, równowagowy stopień przemiany, szybkość reakcji w układach okresowych, szybkość reakcji w układach przepływowych, zastępczy czas przebywania, szybkość reakcji prostych i złożonych w układach homogenicznych i heterogenicznych, szybkość procesu kontaktowego w obszarze kinetycznym, z udziałem dyfuzji zewnętrznej, z udziałem dyfuzji wewnetrznej, z udziałem obu rodzajów dyfuzjii, selektywność procesu, wydajność procesu, rzędowość reakcji, cząsteczkowość reakcji, energię aktywacji, współczynnik przedwykładniczy w równaniu Arrheniusa, katalizator, ogólne równanie bilansu masowego i cieplnego w układach reakcyjnych, reaktor okresowy, reaktor zbiornikowy, reaktor przepływowy rurowy, reaktor półprzepływowy, bioreaktor, rektor kontaktowy, stabilność procesu przepływowego, autotermiczność procesu przepływowego formułować: teorie: adsorpcji chemicznej Langmuira, kompleksu aktywnego, zderzeń, mechanizm Langmuira - Hinskelwooda, mechanizm Yanga - Hougena- Watsona, model Yanga - Hougena reguły: przekory, zasady termodynamiki prawa: Hessa, Kirchoffa, Gibbsa-Helmholtza nazywać: rodzaj procesu reaktorowego, funkcje termodynamiczne reagentów i reakcji chemicznych, procesy jednostkowe stosowane w inżynierii, objaśniać: wpływ poszczególnych parametrów na kierunek przemian i procesów chemicznych, mechanizm reakcji prostych, złożonych i kontaktowych, konstrukcje i zasadę działania poszczególnych rodzajów reaktorów, zasadę działania aparatów wykorzystywanych w laboratorium wybrać: schemat kinetyczny realizowanego procesu, reaktor do realizacji założonego procesu i dane termodynamiczne i fizyczne niezbędne do zaprojektowania tego reaktora zaproponować: równania bilansu masowego i cieplnego reaktora, sposób wymiany ciepła w reaktorze, odtwarzać: własności fizykochemiczne materii na podstawie równań je opisujących opisać: układ reakcyjny, zjawiska zachodzące w analizowanym układzie, mechanizm reakcji homogenicznych prostych i złożonych, heterogenicznych i kontaktowych podsumować: reakcje zachodzące w reaktorze, entalpie, entropie, pojemności cieplne reagentów rozróżniać: parametry prowadzenia procesu, funkcje termodynamiczne, reakcje chemiczne, równania kinetyczne reakcji, efekty cieplne reakcji, typy reaktorów scharakteryzować: układy reakcyjne, kinetykę reakcji, procesy jednostkowe tłumaczyć: samorzutność procesów, kierunki przemian wskazać: rząd reakcji zidentyfikować: rodzaj przemiany, rzędowość reakcji, parametry kinetyczne reakcji | KOS_2A_W08 | T2A_W05 | — | C-1 | T-W-2, T-W-3, T-W-6, T-W-8, T-W-10, T-W-4, T-W-9, T-W-7, T-W-11, T-W-12, T-W-1, T-W-5, T-W-13 | M-1, M-2, M-4, M-3 | S-1, S-2 |
Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| KOS_2A_C01-04b_U19 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien umieć: analizować: równania kinetyczne, schematy kinetyczne procesów, zmiany funkcji termodynamicznych, zależności pomiędzy parametrami dobierać: typ reaktora dla realizacji założonego procesu, wymiennik ciepła reaktora korzystać: z literatury fachowej, poradników fizykochemicznych sporządzać: bilanse masowe i cieplne reaktorów i wymienników ciepła obliczać: funkcje termodynamiczne reakcji chemicznych, stałe równowagi reakcji, równowagowy stopień przemiany, współczynniki dyfuzji, współczynniki przewodzenia i wnikania ciepła wyszukiwać: w literaturze własności fizykochemiczne substancji, wartości standardowych funkcji termodynamicznych związków zaprojektować: reaktor do prowadzenia wybranego procesu chemicznego zaprezentować: wyniki obliczeń projektowych zinterpretować: uzyskane wyniki obliczeń | KOS_2A_U19, KOS_2A_U22 | T2A_U16, T2A_U19 | InzA2_U08 | C-1 | T-P-2, T-P-5, T-P-6, T-P-1, T-P-3, T-P-4 | M-4, M-3 | S-1 |
Zamierzone efekty kształcenia - inne kompetencje społeczne i personalne
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| KOS_2A_C01-04b_K01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student nabędzie następujące postawy: aktywna postawa na zajęciach, otwartości na postępy w chemii, kreatywność w poszukiwaniu nowych rozwiązań, postępowanie zgodne zasadmi etyki, postrzeganie relacji przełożony podwładny, potrafi współdziałac i pracować w grupie, terminowej realizacji zadań, punktualnego przychodzenia na zajęcia, ma świadomość konieczności precyzyjnego wykonywania obliczeń projektowych i ustawicznego kształcenia, wrażliwość na sprawiedliwą ocenę, wyrażania ocen o prowadzącym zajęcia, potrafi mysleć i działać w sposób kreatywny | KOS_2A_K04 | T2A_K03 | InzA2_K02 | C-2 | T-W-8, T-W-10, T-W-9, T-W-11, T-W-12, T-W-13, T-P-2, T-P-5, T-P-6, T-P-1, T-P-3, T-P-4 | M-3, M-5, M-6 | S-3 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| KOS_2A_C01-04b_W08 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien być w stanie: zdefiniować: ciśnienie, temperaturę, indywiduum chemiczne, molową: entalpię, energię wewnętrzną, energię swobodną, entalpię swobodną i entropię tworzenia związków chemicznych, stężenia molowe, molarne, ułamek molowy, prężność cząskową, rodzaje dyfuzji w gazach, rodzaje dyfuzji w materiałach porowatych, współczynniki dyfuzji, współczynniki wnikania i przenikania ciepła, adsorpcję chemiczną i fizyczną, standardowe funkcje termodynamiczne reakcji chemicznych, ciepło reakcji, równowagę chemiczną, substraty, produkty, termodynamiczne i klasyczne stałe równowagi reakcji, stopień przemiany, liczba postępu reakcji, równowagowy stopień przemiany, szybkość reakcji w układach okresowych, szybkość reakcji w układach przepływowych, zastępczy czas przebywania, szybkość reakcji prostych i złożonych w układach homogenicznych i heterogenicznych, szybkość procesu kontaktowego w obszarze kinetycznym, z udziałem dyfuzji zewnętrznej, z udziałem dyfuzji wewnetrznej, z udziałem obu rodzajów dyfuzjii, selektywność procesu, wydajność procesu, rzędowość reakcji, cząsteczkowość reakcji, energię aktywacji, współczynnik przedwykładniczy w równaniu Arrheniusa, katalizator, ogólne równanie bilansu masowego i cieplnego w układach reakcyjnych, reaktor okresowy, reaktor zbiornikowy, reaktor przepływowy rurowy, reaktor półprzepływowy, bioreaktor, rektor kontaktowy, stabilność procesu przepływowego, autotermiczność procesu przepływowego formułować: teorie: adsorpcji chemicznej Langmuira, kompleksu aktywnego, zderzeń, mechanizm Langmuira - Hinskelwooda, mechanizm Yanga - Hougena- Watsona, model Yanga - Hougena reguły: przekory, zasady termodynamiki prawa: Hessa, Kirchoffa, Gibbsa-Helmholtza nazywać: rodzaj procesu reaktorowego, funkcje termodynamiczne reagentów i reakcji chemicznych, procesy jednostkowe stosowane w inżynierii, objaśniać: wpływ poszczególnych parametrów na kierunek przemian i procesów chemicznych, mechanizm reakcji prostych, złożonych i kontaktowych, konstrukcje i zasadę działania poszczególnych rodzajów reaktorów, zasadę działania aparatów wykorzystywanych w laboratorium wybrać: schemat kinetyczny realizowanego procesu, reaktor do realizacji założonego procesu i dane termodynamiczne i fizyczne niezbędne do zaprojektowania tego reaktora zaproponować: równania bilansu masowego i cieplnego reaktora, sposób wymiany ciepła w reaktorze, odtwarzać: własności fizykochemiczne materii na podstawie równań je opisujących opisać: układ reakcyjny, zjawiska zachodzące w analizowanym układzie, mechanizm reakcji homogenicznych prostych i złożonych, heterogenicznych i kontaktowych podsumować: reakcje zachodzące w reaktorze, entalpie, entropie, pojemności cieplne reagentów rozróżniać: parametry prowadzenia procesu, funkcje termodynamiczne, reakcje chemiczne, równania kinetyczne reakcji, efekty cieplne reakcji, typy reaktorów scharakteryzować: układy reakcyjne, kinetykę reakcji, procesy jednostkowe tłumaczyć: samorzutność procesów, kierunki przemian wskazać: rząd reakcji zidentyfikować: rodzaj przemiany, rzędowość reakcji, parametry kinetyczne reakcji | 2,0 | |
| 3,0 | student ma znajomość 60 % treści programowych i zaliczony projekt | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| KOS_2A_C01-04b_U19 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien umieć: analizować: równania kinetyczne, schematy kinetyczne procesów, zmiany funkcji termodynamicznych, zależności pomiędzy parametrami dobierać: typ reaktora dla realizacji założonego procesu, wymiennik ciepła reaktora korzystać: z literatury fachowej, poradników fizykochemicznych sporządzać: bilanse masowe i cieplne reaktorów i wymienników ciepła obliczać: funkcje termodynamiczne reakcji chemicznych, stałe równowagi reakcji, równowagowy stopień przemiany, współczynniki dyfuzji, współczynniki przewodzenia i wnikania ciepła wyszukiwać: w literaturze własności fizykochemiczne substancji, wartości standardowych funkcji termodynamicznych związków zaprojektować: reaktor do prowadzenia wybranego procesu chemicznego zaprezentować: wyniki obliczeń projektowych zinterpretować: uzyskane wyniki obliczeń | 2,0 | |
| 3,0 | student ma zaliczony projekt po poprawkach | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| KOS_2A_C01-04b_K01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student nabędzie następujące postawy: aktywna postawa na zajęciach, otwartości na postępy w chemii, kreatywność w poszukiwaniu nowych rozwiązań, postępowanie zgodne zasadmi etyki, postrzeganie relacji przełożony podwładny, potrafi współdziałac i pracować w grupie, terminowej realizacji zadań, punktualnego przychodzenia na zajęcia, ma świadomość konieczności precyzyjnego wykonywania obliczeń projektowych i ustawicznego kształcenia, wrażliwość na sprawiedliwą ocenę, wyrażania ocen o prowadzącym zajęcia, potrafi mysleć i działać w sposób kreatywny | 2,0 | |
| 3,0 | student zachowuje się poprawnie, jest punktualny, rzetelny w prowadzeniu obliczeń fizykochemicznych oraz projektowych, ma świadomość odpowiedzialności za opracowane projekty oraz wykazuje umiejetność pracy w grupie. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Literatura podstawowa
- Szarawara J., Skrzypek J., Postawy inżynierii reaktorów chemicznych, Wydawnictwo Naukowo - Techniczne, Warszawa, 1980
- Burghardt A., Podstawy inżynierii reaktorów chemicznych, Skrypt Uczelniany Politechniki Śląskiej, Gliwice, 1977, 700
- Tabiś B., Gawdzik A., Modelowanie i projektowanie reaktorów heterogenicznych, Skrypt Uczelniany Politechniki Krakowskiej, Kraków, 1989
- Viesturs U.E., Kuzniecow A.M., Sawienkow W. W., Bioreaktory: zasady obliczeń i doboru, Wydawnictwo Naukowo - Techniczne, Warszawa, 1990
- Gawdzik A., Tabiś B., Podstawy projektowania reaktorów chemicznych, Skrypt Uczelniany Politechniki Krakowskiej, Kraków, 1987
Literatura dodatkowa
- Szarawara J., Termodynamika chemiczna, Wydawnictwo Naukowo - Techniczne, Warszawa, 1983
- Poradniki fizykochemiczne i inne źródła danych fizykochemicznych ( np. odpowiednie strony internetowe )