Detail předmětu

Chemické inženýrství I

FCH-BC_CHIN1Ak. rok: 2025/2026

Principy a matematické postupy charkterizace chemicko-inženýrských dějů při transportu kapalin a pevné fáze. Seznámení s návrhy technologických zařízení používaných při realizaci těchto dějů v průmyslových procesech.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Jaromír Wasserbauer, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav chemie materiálů (ÚCHM)

Vstupní znalosti

Matematika - základy vektorového, diferenciálního a integrálního počtu; používání programu EXCEL;
Fyzika - základy mechaniky, hydrodynamiky, termodynamiky a difuzních procesů;
Přístrojová technika - základy snímání, přenosu a zpracování dat fyzikálních veličin;

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Pro udělení zápočtu je nutná aktivní
účast ve cvičení a vyřešení zadaných Zápočtových příkladů.
Zkouška sestává z písemné a ústní části, kde
má posluchač prokázat základní teoretické, početní
a praktické znalosti daného oboru.
U písemné části zkoušky lze používat literaturu určenou zkoušejícím.

Účast na Výpočtových cvičení, vypracování individuálních Zápočtových příkladů v předepsané kvalitě, úspěšná písemná část zkoušky je podmíněna získáním hodnocení minimálně 32body z 50možných.

Učební cíle

Osvojení principů a matematických postupů charkterizacie chemicko-inženýrských dějů při transportu kapalin a pevné fáze. Seznámení s návrhy technologických zařízení používaných při realizaci těchto dějů v průmyslových procesech.
Studenti získají základní znalosti Jednotkových operací oblastí Tepelných procesů a Difuzních procesů transportu hmoty Chemického inženýrství, které se používají při návrzích a při posuzování jednotlivých procesních uzlů v praxi chemických i jiných výrob v laboratorním měřítku i v průmyslové praxi.

Základní literatura

Míka, V.: Základy chemického inženýrství, SNTL Praha, 1977 (CS)
Richter J., Stehlík P., Svěrák T.: Chemické inženýrství, VUT v Brně, 2004. (CS)

Doporučená literatura

Bafrnec M.,Báleš V., Langfelder I., Longauer J.: Chemické inžinierstvo I, Malé centrum Bratislava, 1999 (SK)
Novák, V., Rieger, F., Vavro, K.: Hydraulické pochody v chemickém a potravinářském průmyslu, SNTL Praha 1995 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPCP_CHTN bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program BPCP_CHMA bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program BKCP_CHTM bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program BKCP_CHTP bakalářský

    specializace CHPL , 3 ročník, zimní semestr, povinný
    specializace PCH , 3 ročník, zimní semestr, povinný
    specializace BT , 3 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program BKCP_CHTPO bakalářský

    specializace PCH , 3 ročník, zimní semestr, povinný
    specializace BT , 3 ročník, zimní semestr, povinný
    specializace CHPL , 3 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program BPCP_CHTM bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program BPCP_CHTP bakalářský

    specializace CHPL , 3 ročník, zimní semestr, povinný
    specializace PCH , 3 ročník, zimní semestr, povinný
    specializace BT , 3 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program BPCP_CHTPO bakalářský

    specializace CHPL , 3 ročník, zimní semestr, povinný
    specializace PCH , 3 ročník, zimní semestr, povinný
    specializace BT , 3 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program BPCP_CHCHTE bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program BKCP_CHCHTE bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jaromír Wasserbauer, Ph.D.

Osnova

1. Chemicko-inženýrské bilance; modelování procesů; rozměrová analýza; bezrozměrné kriteriální rovnice; filosofie jednotkovýché operací.
2. Energetická bilance proudění; Bernoulliho rovnice; rovnice kontinuity; Reynoldsovo kriterium a jeho aplikace v procesech; rozvětvené soustavy.
3. Ztráty v potrubních systémech; vyjadřování ztrát v ekvivalentních délkách; Navier-Stockesova rovnice; Darcyho rovnice; Moodyho diagram; základy aerodynamiky.
4. Čerpání kapalin; pracovní výška čerpadla; charakteristika potrubí; umístění čerpadla v procesu čerpání; nátoková výška; kavitace; výkon a účinnost čerpadla; způsoby regulace průtoku tekutin čerpadlem; typy hydrodynamických a objemových čerpadel.
5. Procesy sedimentace; Stokesův vztah; Archimedovo kriterium; postup výpočtu sedimentační rychlosti; nomogramy výpočtu sedimentační rychlosti a minimálního rozměru sedimentující částice; korekce sedimentační rychlosti pro nekulové částice; usazování částic v suspenzi; kontinuální sedimentační zařízení v praxi.
6. Míchání; dokonale segregovaná, smíchaná a nahodilá směs; problematika vzorkování a posuzování homogenity; míchací zařízení; kriteria používaná při výpočtu homogenity, příkonu míchadel, přenosu tepla a hmoty; dělení typů mechanických míchadel podle účelu a režimů míchání; disipace mechanické energie; laboratorní míchačky; trendy bezvřetenových mixerů; statické zóny mixerů; kinetika homogenizace;
7. Partikulární látky; parametry specifikující partikulární systém; granulometrie a přehled používaných granulometrických metod; dopravníky a dávkovače partikulárních látek; dezintegrace pevné fáze; tryskové mletí; media mills; výpočty mlecí energie; materiály mlecích těles; nanomletí a aplikace nanomateriálů; základy mechanochemie; základy funkce mlecích přísad.
8. Tok porézní přepážkou; ekvivalentní průměr kanálků průlinčité vrstvy; definice specifických povrchů; Ergunovy vzorce pro koeficient hydrodynamického odporu; kolony dvoufázového toku; strukturované a sypané vrstvy; Rammův diagram; aplikace porézních vrstev ve filtraci, chromatografii a u TWC katalyzátorů automobilů; logika asymetrických porézních vrstev;
9. Fluidizace; fluidizační kolony a režimy fluidizace; fluidní spalování; pokles tlaku ve fluidní vrstvě; čeření; závislost průběhu tlaku a expanze fluidní vrstvy; promíchávané fluidní vrstvy.
10.Tlaková filtrace, obecná rovnice filtrace; parciální řešení pro filtraci za konstantního tlaku a za konstantní rychlosti průtoku; grafická řešení filtračních konstant; typy filtrací podle rozměru separovaných částic.
11. Sdílení tepla; základní pojmy sdílení tepla; přestup tepla sáláním, Stefan - Boltzmannův zákon; absolutně černá a bílá tělesa; emisivita; sdílení tepla při změně měřítka; obecná rovnice vedení tepla; součinitelé teplotní a tepelné vodivosti; ustálené vedení tepla pro rovinnou a kruhovou plochu; ustálené vedení tepla složenou sendvičovou plochou; tepelná isolace trubek; problematika tepelné odolnosti oken.
12. Sdílení tepla konvekcí; základní kriteriální vztahy při výpočtu přestupu tepla; konvekce přirozená a nucená; dosazování fyzikálních konstant do kriteriálních vztahů.
13. Prostup tepla; sdílení tepla při změně fází; procesy kondenzace a jejich výpočty, Nusseltův vztah; var kapalin; závislosti tepelného toku/koeficientu přestupu tepla při varu na gradientu teploty vařáku;
výměníky regerenační a rekuperační a jejich výpočty; typy výměníků v praxi.

Cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jaromír Wasserbauer, Ph.D.

Osnova

1. Chemicko-inženýrské bilance; modelování procesů; rozměrová analýza; bezrozměrné kriteriální rovnice; filosofie jednotkovýché operací.
2. Energetická bilance proudění; Bernoulliho rovnice; rovnice kontinuity; Reynoldsovo kriterium a jeho aplikace v procesech; rozvětvené soustavy.
3. Ztráty v potrubních systémech; vyjadřování ztrát v ekvivalentních délkách; Navier-Stockesova rovnice; Darcyho rovnice; Moodyho diagram; základy aerodynamiky.
4. Čerpání kapalin; pracovní výška čerpadla; charakteristika potrubí; umístění čerpadla v procesu čerpání; nátoková výška; kavitace; výkon a účinnost čerpadla; způsoby regulace průtoku tekutin čerpadlem; typy hydrodynamických a objemových čerpadel.
5. Procesy sedimentace; Stokesův vztah; Archimedovo kriterium; postup výpočtu sedimentační rychlosti; nomogramy výpočtu sedimentační rychlosti a minimálního rozměru sedimentující částice; korekce sedimentační rychlosti pro nekulové částice; usazování částic v suspenzi; kontinuální sedimentační zařízení v praxi.
6. Míchání; dokonale segregovaná, smíchaná a nahodilá směs; problematika vzorkování a posuzování homogenity; míchací zařízení; kriteria používaná při výpočtu homogenity, příkonu míchadel, přenosu tepla a hmoty; dělení typů mechanických míchadel podle účelu a režimů míchání; disipace mechanické energie; laboratorní míchačky; trendy bezvřetenových mixerů; statické zóny mixerů; kinetika homogenizace;
7. Partikulární látky; parametry specifikující partikulární systém; granulometrie a přehled používaných granulometrických metod; dopravníky a dávkovače partikulárních látek; dezintegrace pevné fáze; tryskové mletí; media mills; výpočty mlecí energie; materiály mlecích těles; nanomletí a aplikace nanomateriálů; základy mechanochemie; základy funkce mlecích přísad.
8. Tok porézní přepážkou; ekvivalentní průměr kanálků průlinčité vrstvy; definice specifických povrchů; Ergunovy vzorce pro koeficient hydrodynamického odporu; kolony dvoufázového toku; strukturované a sypané vrstvy; Rammův diagram; aplikace porézních vrstev ve filtraci, chromatografii a u TWC katalyzátorů automobilů; logika asymetrických porézních vrstev;
9. Fluidizace; fluidizační kolony a režimy fluidizace; fluidní spalování; pokles tlaku ve fluidní vrstvě; čeření; závislost průběhu tlaku a expanze fluidní vrstvy; promíchávané fluidní vrstvy.
10.Tlaková filtrace, obecná rovnice filtrace; parciální řešení pro filtraci za konstantního tlaku a za konstantní rychlosti průtoku; grafická řešení filtračních konstant; typy filtrací podle rozměru separovaných částic.
11. Sdílení tepla; základní pojmy sdílení tepla; přestup tepla sáláním, Stefan - Boltzmannův zákon; absolutně černá a bílá tělesa; emisivita; sdílení tepla při změně měřítka; obecná rovnice vedení tepla; součinitelé teplotní a tepelné vodivosti; ustálené vedení tepla pro rovinnou a kruhovou plochu; ustálené vedení tepla složenou sendvičovou plochou; tepelná isolace trubek; problematika tepelné odolnosti oken.
12. Sdílení tepla konvekcí; základní kriteriální vztahy při výpočtu přestupu tepla; konvekce přirozená a nucená; dosazování fyzikálních konstant do kriteriálních vztahů.
13. Prostup tepla; sdílení tepla při změně fází; procesy kondenzace a jejich výpočty, Nusseltův vztah; var kapalin; závislosti tepelného toku/koeficientu přestupu tepla při varu na gradientu teploty vařáku;
výměníky regerenační a rekuperační a jejich výpočty; typy výměníků v praxi.