Detail předmětu

Inženýrská termodynamika

FSI-KS1Ak. rok: 2015/2016

Předmět „Inženýrská termodynamika“ je jedním z teoretických základů procesního inženýrství. Absolvování předmětu umožňuje studentům získat základní znalosti potřebné pro řešení praktických úkolů spojených s prováděním materiálových a energetických bilancí fyzikálně-chemických dějů a navrhováním a strojně-technologických soustav v chemickém, zpracovatelském a energetickém průmyslu nebo technologií zpracování odpadů. Předmět v průběhu jednoho semestru seznamuje studenty s metodami a postupy používanými pro popis stavového chování plynů a kapalin, stanovení fyzikálně-chemických vlastností látek a jejich směsí (hustota, viskozita, tepelná vodivost, difuzivita apod.) a určování termodynamických stavových veličin a jejich změn při různých dějích. Jsou analyzovány termodynamické faktory ovlivňující průběh fyzikálně-chemických dějů, jejich tepelné zabarvení a podmínky termodynamické rovnováhy. Důraz je kladen na zohlednění reálného chování plynných a kapalných systémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Ladislav Bébar, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav procesního inženýrství (ÚPI)

Výsledky učení předmětu

Kurz má za úkol seznámit studenty se základními zákonitostmi při průběhu fyzikálně-chemických dějů a naučit provádět hmotnostní a energetické rozvahy těchto dějů. Získané znalosti a dovednosti mají zásadní důležitost pro praxi procesního inženýra.

Prerekvizity

Základy chemie (stechiometrické výpočty, způsoby vyjadřování koncentrací)
Základy termomechaniky (stavové chování ideálních plynů a kapalin, termodynamické zákony, základní termodynamické stavové veličiny)
Základní znalosti matematiky (znalost integrování a derivování, řešení jednoduchých diferenciálních rovnic)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.

Způsob a kritéria hodnocení

K zápočtu je předkládána semestrální práce, jejíž tema je zadáno během výukového období. Hlavní úkoly semestrální práce jsou postupně probírány na cvičeních. Zápočet je dále udělován na základě pravidelné účasti na cvičeních a projevů studenta na cvičeních prokazujících, že již během výukového období získal základní znalosti z předmětu.
Zkouška se skládá z části písemné, ve které musí absolvent prokázat schopnost samostatného řešení zadané výpočtové úlohy dotýkající se rozsahu výuky. Při ústní zkoušce student zdůvodní řešení výpočtové úlohy a prokáže znalosti odpřednášené látky.

Osnovy výuky

1.Předmět fyzikální chemie, základy bilančních výpočtů.
2.Vyjadřování koncentrací.
3.Stavové chování plynů a kapalin
4.Úvod do termodynamiky.Poisonovy rovnice, expanse a komprese plynů.
5.Termodynamické funkce (entalpie, vnitřní energie, entropie, Gibbsova energie, Helmoholzova funkce).
6.Fugacita a aktivita.
7.Clausius-Clapeyronova rovnice, výparné teplo, tlak par, podmínky fázové rovnováhy soustav typu plyn-kapalina.
8.Destilace a rektifikace, projevy neideality v plynné a kapalné fázi.
9.Termochemie, reakční teplo.
10.Rovnovážná konstanta chemických reakcí, vlivy působící na chemickou rovnováhu, výpočet rovnovážného složení.
11.Kinetické faktory chemických reakcí.
12. Základní typy chemických reaktorů, základní výpočetní vztahy pro reaktory.
13.Transportní vlastnosti v plynech a kapalinách.

Učební cíle

Kurz má za úkol seznámit studenty se základními termodynamickými zákonitostmi průběhu fyzikálně-chemických dějů a naučit studenty provádět základní hmotnostní a energetické rozvahy těchto dějů.
Předmět studenty seznamuje s širokým spektrem fyzikálně-chemických látkových vlastností, které jsou důležité pro bilanční, hydraulické, tepelné a difuzní výpočty procesních zařízení. Získané znalosti umožní studentům pochopit vliv pracovních podmínek na průběh a výsledek fyzikálně-chemických dějů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Výuka probíhá formou přednášek prezentovaných v posluchárně s vhodným prezentačním prostředkem. Doprovodný text v elektronické podobě mají studenti k dispozici. Cvičení probíhají v určené učebně a navazují na odpřednášenou látku. Účast na cvičeních je kontrolována.

Základní literatura

Green, D., W., Perry, R., H., CHEMICAL ENGINEERS´ HANDBOOK, 8 th editon, 2007, Mc Graw-Hill International Editions, Chemical Engineering Series, , pp 2336, New York, ISBN 978-0-07-142294-9 (EN)
Chopey, N., P., Handbook of chemical engineering calculation. third edition, 2004, McGraw-Hill International Editions, Chemical Engineering Series, 2004, New York, 640 s., ISBN 0-07-136262-2 (EN)
Jürgen Gmehling, Bärbel Kolbe, Michael Kleiber and Jürgen Rarey,2012, Chemical Thermodynamics for Process Simulation, 760 p., Wiley/VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany, ISBN 978-3-27-31277-1 (DE)
Sandler, S., I., Chemical, biochemical, and engineering thermodynamics, 4th edition, 2006, John Wiley & Sons, Hoboken, 945 p, ISBN 978-0-471-66174-0 (EN)
Shavit A., Gutfinger Ch., Thermodynamics: From Concepts to Applications, 2nd edition, 2009, 649 p, CRC PRES Taylor & Francis Group, Boca Raton, ISBN:978-1-4200-7368-3 (EN)

Doporučená literatura

Míka, V. a kol.: Příklady a úlohy z chemického inženýrství I., VŠCHT Praha (1997).
Míka, V. a kol.: Příklady a úlohy z chemického inženýrství II., VŠCHT Praha (1997). (CS)
Neužil, L., Míka, V.,: Řešení úloh z chemického inženýrství I a II, VŠCHT Praha (1997).
Richard M. Felder, Ronald W. Rosseau: Elementary Principles of Chemical Processes, 2005, Third Edition, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken – NJ (USA), ISBN 0-471-68757-X (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program M2I-P magisterský navazující

    obor M-PRI , 1 ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-PRI , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Ladislav Bébar, CSc.

Osnova

1.Předmět termodynamiky, základní termodynamické zákony.
2.Vyjadřování koncentrací, přepočty fyzikálních veličin vyjádřených v různých jednotkách a soustavách (anglosaské a SI).
3.Stavové chování plynů a kapalin, odchylky od ideálního chování plynů a kapalin
4.Adiabatické děje, Poissonovy rovnice, expanze a komprese plynů. Izoenthalpický děj a Joule-Thomsonův koeficient.
5.Termodynamické funkce a vlastnosti (entalpie a měrné teplo, vnitřní energie, entropie, Gibbsova energie, Helmholzova funkce). Vliv teploty a tlaku na termodynamické vlastnosti reálných plynných a kapalných soustav.
6.Reakční teplo,.Hessův zákon, Kirchhoffův zákon.
7 Spalné teplo a výhřevnost
8. Podmínky termodynamické rovnováhy. Rovnovážná konstanta chemických reakcí.
9. Faktory ovlivňující termodynamickou rovnováhu. Stupeň konverze.
10. Clausius-Clapeyronova rovnice a její aplikace pro určení výparného tepla a tlaku nasycených par.
11. Ideální a reálné roztoky. Raoultův zákon, spojený Raoultův a Daltovův zákon a jejich využití. Henryho zákon a jeho aplikace.
12. Princip destilace a rektifikace. Projevy neideality kapalných soustav na chování reálných soustav při destilaci a rektifikace.
13.Transportní vlastnosti plynů a kapalin a jejich směsí.

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.

Osnova

Cvičení z předmětu jsou prováděna formou řešení typových příkladů k probrané problematice.
Studenti pracují na počítačích a samostatně řeší problémy z oblastí:
-Stechiometrické výpočty.
-Přepočty koncentrací.
-Hmotnostní a energetická bilance ustálených a neustálených systémů a s akumulací hmoty a tepla
-Aplikace stavové rovnice plynů pro reálné plyny.
-Výpočet termodynamických vlastností (entalpie, měrné teplo, entropie, Gibbsova energie) reálných systémů.
-Komprese/expanze plynů a spotřeba/získání energie.
-Výpočet fyzikálních vlastností reálných plyn a kapalin (hustota, viskozita, tepelná vodivost)
-Výpočet tlaku par a výparného tepla.
-Výpočet fugacity a aktivity reálných plynných a kapalných systémů.
-Fázové rovnováhy plyn-kapalina.
- Výpočet rovnovážného složení reakční směsi pro vybrané chemické přeměny