Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Inżynieria reaktorów chemicznych
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
NRCM-2-215-s
Wydział:
Metali Nieżelaznych
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Recykling i Metalurgia
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Pacławski Krzysztof (paclaw@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

1. Wprowadzenie do inżynierii reaktorów chemicznych. 2. Podstawy obliczeń termodynamicznych. 3. Elementy kinetyki chemicznej reakcji homogenicznych. 4. Reaktory okresowe i półokresowe. 5. Reaktory przepływowe. 6. Reaktory rurowe homogeniczne. 7. zasady projektowania reaktorów. 8. Modelowanie procesów kontaktowych w ziarnie katalizatora. 9. Reaktory ze złożem kontaktowym. 10. Biochemiczne układy reakcyjne. 11. Przykłady zastosowań różnych typów reaktorów w produkcji przemysłowej.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 1. Zna i rozumie podstawowe pojęcia i definicje z zakresu termodynamiki oraz inżynierii reaktorów chemicznych. RCM2A_W01 Egzamin
M_W002 2. Zna i rozumie zasady opisu stechiometrii i kinetyki reakcji dla procesów w układach homogenicznych. RCM2A_W02, RCM2A_W01 Egzamin
M_W003 3. Zna i rozumie podstawowe rodzaje reaktorów stosowane w inżynierii chemicznej oraz zasady ich doboru do głównych grup procesów syntezy. RCM2A_W02, RCM2A_W01 Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 7. Potrafi obliczyć numerycznie i przedstawić graficznie profil stężenia w reaktorze oraz obliczyć stopień przemiany w reaktorze, w czasie jego pracy. RCM2A_U04, RCM2A_U01, RCM2A_U02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 4. Potrafi wyznaczyć bilans stechiometryczny dla reakcji prostych i złożonych, liczbę reakcji liniowo niezależnych oraz bieżący skład mieszaniny reakcyjnej RCM2A_U04, RCM2A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 5. Potrafi wyznaczyć parametry kinetyczne oraz równanie kinetyczne reakcji z danych doświadczalnych, stosując wspomaganie komputerowe. RCM2A_U04, RCM2A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U004 6. Potrafi tworzyć modele matematyczne opisujące pracę podstawowych typów reaktorów idealnych. RCM2A_U04, RCM2A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 8. Jest gotów do zaprojektowania założeń dotyczących typu oraz warunków pracy reaktora chemicznego dla wybranego procesu metalurgicznego lub hydrometalurgicznego RCM2A_K01, RCM2A_K02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_K002 9. Jest gotów do pracy w zespole projektującym założenia technologiczne do produkcji reaktorów chemicznych RCM2A_K01, RCM2A_K02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
60 30 0 30 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 1. Zna i rozumie podstawowe pojęcia i definicje z zakresu termodynamiki oraz inżynierii reaktorów chemicznych. + - - - - - - - - - -
M_W002 2. Zna i rozumie zasady opisu stechiometrii i kinetyki reakcji dla procesów w układach homogenicznych. + - - - - - - - - - -
M_W003 3. Zna i rozumie podstawowe rodzaje reaktorów stosowane w inżynierii chemicznej oraz zasady ich doboru do głównych grup procesów syntezy. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 7. Potrafi obliczyć numerycznie i przedstawić graficznie profil stężenia w reaktorze oraz obliczyć stopień przemiany w reaktorze, w czasie jego pracy. - - + - - - - - - - -
M_U002 4. Potrafi wyznaczyć bilans stechiometryczny dla reakcji prostych i złożonych, liczbę reakcji liniowo niezależnych oraz bieżący skład mieszaniny reakcyjnej + - + - - - - - - - -
M_U003 5. Potrafi wyznaczyć parametry kinetyczne oraz równanie kinetyczne reakcji z danych doświadczalnych, stosując wspomaganie komputerowe. + - + - - - - - - - -
M_U004 6. Potrafi tworzyć modele matematyczne opisujące pracę podstawowych typów reaktorów idealnych. + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 8. Jest gotów do zaprojektowania założeń dotyczących typu oraz warunków pracy reaktora chemicznego dla wybranego procesu metalurgicznego lub hydrometalurgicznego - - + - - - - - - - -
M_K002 9. Jest gotów do pracy w zespole projektującym założenia technologiczne do produkcji reaktorów chemicznych - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 127 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 50 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (30h):
Inżynieria reaktorów chemicznych – zagadnienia do wykładu

1. Wprowadzenie i podstawowe pojęcia z zakresu inżynierii reaktorów chemicznych (macierz chemiczna i stechiometryczna, liniowa niezależność reakcji chemicznych, intensywne miary składu mieszaniny reakcyjnego, liczba postępu reakcji, stopień przemiany, wydajność i selektywność procesu złożonego, bieżący skład mieszaniny reakcyjnej). 2. Podstawy obliczeń termodynamicznych (funkcje termodynamiczne reakcji chemicznych, skład równowagowy mieszaniny reakcyjnej, współczynnik aktywności ciśnieniowej). 3. Elementy kinetyki chemicznej reakcji homogenicznych (reakcje elementarne i złożone, szybkość reakcji chemicznej, równanie kinetyczne, zależność szybkości reakcji od stężeń reagentów i temperatury, metody wyznaczania równania kinetycznego). 4. Reaktory okresowe i półokresowe. 5. Reaktory przepływowe (reaktory izotermiczne i politropowe, def. obiektu o zmiennych skupionych, modele reaktorów o konstrukcji zbiornikowej) 6. Reaktory rurowe homogeniczne (o przepływie tłokowym i dyspersyjnym). 7. Zasady projektowania reaktorów (wykorzystanie wyników pomiarów kinetycznych w inżynierii reaktorów chemicznych dla reakcji pojedynczych, równoległych, następczych i odwracalnych). 8. Modelowanie procesów kontaktowych w ziarnie katalizatora (zjawiska kinetyczne w ziarnie katalizatora porowatego, modelowanie procesów kontaktowych w ziarnie katalizatora, współczynnik efektywności ziarna katalizatora, równanie szybkości dla reakcji heterogenicznych). 9. Reaktory ze złożem kontaktowym (reakcje cząstek w przepływie, model heterogeniczny, m. pseudo-homogeniczne, autotermiczne reaktory kontaktowe). 10. Biochemiczne układy reakcyjne. 11. Przykłady zastosowań różnych typów reaktorów w produkcji przemysłowej.

Ćwiczenia laboratoryjne (30h):
Inżynieria reaktorów chemicznych – zagadnienia do ćwiczeń laboratoryjnych i komputerowych

W ramach zajęć student wykonuje prace eksperymentalne w laboratorium kinetycznym oraz prace obliczeniowo-projektowe w laboratorium komputerowym (programy MathCAD, TCCurve). Na zajęciach dokonuje interpretacji danych doświadczalnych oraz danych otrzymanych od prowadzącego.
Tematyka prac doświadczalnych obejmuje:
1. Wyznaczenie krzywych kinetycznych reakcji w roztworach wodnych metodą instrumentalną
2. Określenie wpływu temperatury na kinetykę reakcji chemicznych
Tematyka prac komputerowych obejmuje:
1. Elementy obliczeń termodynamicznych (wyznaczanie bieżącego składu mieszaniny reakcyjnej w reaktorze).
2. Wyznaczanie liczby reakcji liniowo niezależnych z macierzy stechiometrycznej
3. Analiza numeryczna krzywych kinetycznych – wyznaczanie stałej szybkości reakcji i całkowej postaci równania kinetycznego (TCCurve, MathCAD)
4. Graficzne wyznaczanie parametrów aktywacji w równaniu Arrheniusa i Eyringa (MathCAD)
5. Graficzne wyznaczanie krzywych kinetycznych dla schematu reakcji Michaelisa-Menten – wyznaczanie stałej Michaelisa oraz szybkości maksymalnej (MathCAD)
6. Graficzne wyznaczanie profili stężeniowych dla reakcji następczych, równoległych oraz następczo-równoległych (MathCAD) – stężenie maksymalne
7. Zbiornikowe reaktory okresowe i przepływowe – tworzenie równań opisujących pracę reaktora dla wybranych mechanizmów reakcji i numeryczne przewidywanie zmian stężeń oraz stopnia przemiany w czasie pracy reaktora
8. Reaktory rurowe – określanie profilu stężenia, stopnia przemiany i wydajności w reaktorze
9. Modelowanie procesów kontaktowych w ziarnie katalizatora – wyznaczanie profili stężeń i temperatury w ziarnie katalizatora

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji ustnej wspomaganej klasycznym wykładem tablicowym oraz prezentacją multimedialną
  • Ćwiczenia laboratoryjne: Praca własna studenta na zajęciach laboratoryjnych polegająca na samodzielnym wykonaniu eksperymentu z zakresu kinetyki i analizie otrzymanych danych, jak również danych z literatury, podczas zajęć wspomaganych komputerowo
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

WYKŁAD:
1. Obecność 50 % na wykładach w semestrze
2. Uzyskanie pozytywnej oceny z kolokwium zaliczeniowego
3. Studenci, którzy spełnili warunek obecności na wykładach (p. 1) mają możliwość napisania lub poprawy kolokwium zaliczeniowego w dwóch dodatkowych terminach ustalonych zgodnie z regulaminem studiów w AGH.

ĆWICZENIA LABORATORYJNE:
1. Obecność 100% na ćwiczeniach w laboratorium oraz 80% w pracowni komputerowej
2. Oddanie indywidualnych sprawozdań z wykonanych prac laboratoryjnych i komputerowych, wg poleceń zawartych w instrukcjach do ćwiczeń oraz wskazówek prowadzącego
3. Uzyskanie zaliczenia z każdego sprawozdania
4. Uzyskanie pozytywnej oceny z kolokwium obejmującego całość zagadnień poruszanych na ćwiczeniach lab.-komp.
5. Studenci, którzy spełnili warunek obecności na ćwiczeniach (p. 1), oddali w terminie wszystkie sprawozdania (p. 2) i zostały one ocenione pozytywnie (zal.) mają możliwość napisania lub poprawy kolokwium zaliczeniowego w dwóch dodatkowych terminach ustalonych zgodnie z regulaminem studiów w AGH.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 1. Aktualny wpis na 2 semestr II stopnia studiów na Kierunku: Recykling i Metalurgia (Wydział Metali Nieżelaznych, AGH). 2. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 1. Aktualny wpis na 2 semestr II stopnia studiów na Kierunku: Recykling i Metalurgia (Wydział Metali Nieżelaznych, AGH). 2. Znajomość treści instrukcji do ćwiczeń oraz sposobu ich wykonania - weryfikowane przed zajęciami przez prowadzącego.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa (OK) = ocena z ćwiczeń laboratoryjnych (OL) x 0.5 + ocena z egzaminu (OE) x 0.5
OK = 0.5xOL + 0.5xOE

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

WYKŁAD:
Posiadanie notatek z zaległych wykładów oraz zapoznanie się z ich treścią. Przyswojenie zaległych wiadomości weryfikowane jest na egzaminie.

ĆWICZENIA LABORATORYJNE:
Dopuszczalna jest jedna nieobecność studenta na ćwiczeniach laboratoryjnych, która może zostać usprawiedliwiona, po odrobieniu przez niego zaległego ćwiczenia na zajęciach dodatkowych, przewidywanych po zakończeniu planowych ćwiczeń laboratoryjnych. Zajęcia te odbędą się pod koniec trwającego semestru (o dacie zajęć poinformuje prowadzący).

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Udział w wykładach jest możliwy dla studentów, którzy posiadają aktualny wpis na 1 semestr II stopnia studiów na Kierunku: Recykling i Metalurgia (Wydział Metali Nieżelaznych, AGH).

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. B. Tabiś: “Zasady inżynierii reaktorów chemicznych”, WNT, Warszawa 2000
2. O. Levenspiel: “Chemical Reactor Engineering”, John Wiley&Sons, New York 1999, 3rd ed.
3. H. Scott Fogler: “Elements of Chemical Reaction Engineering”, Prentice Hall, Boston, 1999, 4th ed.
4. J. Szarawara, J. Skrzypek, A. Gawdzik „Podstawy inżynierii reaktorów chemicznych”, WNT Warszawa 1991
5. A. Burghardt, G. Bartelmus „Inżynieria reaktorów chemicznych“, PWN Warszawa 2001, (Tom I – Reaktory dla układów homogenicznych; Tom II – Reaktory dla układów heterogenicznych)
6. A. Molski: “Wprowadzenie do kinetyki chemicznej”, WNT, Warszawa 2001.
7. M.J. Pilling, P.W. Seakins: “Reaction Kinetics”, Oxford University Press, Oxford 2011.
8. P.L. Huston: “Chemical Kinetics and Reaction Dynamics”, Dover, Mineola-New York 2001.
9. P.W. Atkins: “Chemia Fizyczna”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.
10. R.A. Alberty, R.J. Silbey: “Physical Chemistry”, John Wiley, 1995.
11. P. Barret: “Kinetyka chemiczna w układach heterogenicznych”, PWN, Warszawa 1979.

ZBIORY ZADAŃ:
1. B. Tabiś, W. Żukowski: “Przykłady i zadania z zakresu inżynierii reaktorów chemicznych”, Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków 2000
2. 6. M. Palica, A. Burghardt „Obliczeniowe zagadnienia inżynierii reaktorów chemicznych”, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2009
3. S. Wroński, R Pohorecki, J. Siwiński „Przykłady obliczeń z termodynamiki i kinetyki procesów inżynierii chemicznej”, WNT Warszawa 1979
4. S. Kucharski, J. Głowiński „Podstawy obliczeń projektowych w technologii chemicznej”, Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000
5. P.W. Atkins, C.A. Trapp, M.P. Cady, C. Giunta: “Chemia Fizyczna. Zbiór zadań z rozwiązaniami”, PWN, Warszawa 2001.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. K. Pacławski, K. Fitzner: Kinetics of Gold (III) Chloride Complexes Reduction Using Sulfur(IV).
Metallurgical and Materials Transactions B, 35B (2004) 1071-1085.
2. K. Pacławski, K .Fitzner: Kinetics of Reduction of Gold (III) Chloride Complexes Using H2O2. Metallurgical and Materials Transactions B, 37B (2006) 703-714.
3. K. Pacławski, M. Wojnicki: Kinetics of the adsorption of gold (III) chloride complex ions onto activated carbon. Archives of Metallurgy and Materials, 54 (2009) 853-860.
4. M. Luty-Błocho, K. Pacławski, W. Jaworski, B. Streszewski, K. Fitzner: Kinetic studies of gold nanoparticles formation in the batch and in the flow microreactor system. Progress in Colloid and Polymer Science, 138 (2011) 39-43.
5. K. Pacławski, M. Luty-Błocho, B. Streszewski, M. Wojnicki, W. Jaworski, K. Fitzner, Określenie warunków otrzymywania nanocząstek metali szlachetnych (Au, Pt i Pd) w układach mikroreaktorów. W Monografia: „Zaawansowane materiały i technologie ich wytwarzania”, str. 13-26, Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice, 2014.

Informacje dodatkowe:

Sprawy i zagadnienia związane z uczestnictwem w zajęciach lub opracowaniem sprawozdania, można konsultować również poza godzinami konsultacji, po wcześniejszym uzgodnieniu z prowadzącym (ustnie lub przez e-mail).