Náplní předmětu je inženýrský popis základních typů chemických reaktorů (tj. vsádkový, polovsádkový, průtočný, trubkový) včetně vybraných moderních zařízení (fotochemické reaktory a bioreaktory, membránové reaktory, mikroreaktory). Tento popis zahrnuje materiálové a entalpické bilance pro daný typ reaktoru, rovnováhu a kinetiku reakce včetně diskuze reakčního mechanismu, adsorpci reaktantů na povrchu katalyzátoru a transport hmoty v porézní částici katalyzátoru, polymerační reakce. Předmět navazuje na znalosti získané v předmětech Chemické inženýrství a Fyzikální chemie.

The subject covers the design and the operation of common types of chemical reactors (i.e. batch, semi-batch, continuous flow, tube) including the description of selected modern technologies (photochemical reactors and bioreactors, membrane reactors, micro-reactors). The chemical engineering description of reactors consists of material and energy balances, chemical equilibrium, reaction kinetics including the explanation of reaction mechanism, adsorption of reacting species on the surface of the catalyst, mass transport through porous catalyst particle, and the introduction to polymerization reactions. The material covered by this subject extends the knowledge gained in the scope of Chemical Engineering and Physical Chemistry courses.

Studenti budou umět:

• Sestavit matematický model popisující děje v běžných typech chemických reaktorů včetně bioreaktorů.

• Diskutovat vliv různých provozních parametrů (např. doba zdržení, teplota) na výkon a efektivitu (tj. stupeň konverze nebo selektivitu) daného reaktoru a pomocí matematického modelu najít optimální parametry reaktoru.

• Rozumět a kvantitativně popsat vnitřní a vnější transport hmoty a adsorpci v heterogenních katalyzátorech

Students will be able to:

• Write up the mathematical model describing the processes taking place inside common type reactors including bio-reactors.

• Understand the influence of various operational parameters (e.g. residence time, temperature) on the performance (e.g. conversion and selectivity) of a particular reactor type and use mathematical modelling tools to find optimum reactor design parameters.

• Understand and write up mathematical equations for the external and the internal mass transport and the adsorption in heterogeneous catalysts.

Z: Fogler H. S., Essentials of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall 2011, ISBN 978-0-13-714612-3

D: Fogler H. S., Elements of Chemical Reaction Engineering 4-th. Ed., Prentice Hall 2006, ISBN 0-13-127839-8

D: Davis M. E. and Davis R.J., Fundamentals of Chemical Reaction Engineering, McGraw-Hill 2003, ISBN 0-07-245007-X

D: Schreiberová a kol: Chemické inženýrství I, skriptum VŠCHT Praha, 3. vyd. 2011

D: Fyzikální chemie (skripta VŠCHT)

R: Fogler H. S., Essentials of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall 2011, ISBN 978-0-13-714612-3

A: Fogler H. S., Elements of Chemical Reaction Engineering 4-th. Ed., Prentice Hall 2006, ISBN 0-13-127839-8

A: Davis M. E. and Davis R.J., Fundamentals of Chemical Reaction Engineering, McGraw-Hill 2003, ISBN 0-07-245007-X

Zápočet: Písemný test zaměřený na řešení výpočetně orientovaných problémů se bude psát v termínech vypsaných ve zkouškovém období. K získání zápočtu je potřeba získat hodnocení minimálně 50 bodů ze 100. Test je možné dvakrát opakovat.

Ústní zkouška: Podmínkou k účasti na ústní zkoušce je získání zápočtu. Student odpovídá na otázky ze dvou tematických okruhů. Každá otázka je hodnocena 50 body, k úspěšnému složení zkoušky je nutné získat z každé otázky minimálně 20 bodů.

Výsledné hodnocení: Součet bodů dosažených v písemném testu a na ústní zkoušce se převede na výslednou známku podle tabulky:

Celkový součet bodů / Klasifikace

0 -100 / F

100-119 / E

120-139 / D

140-159 / C

160-179 / B

180-200 / A

1. Úvod. Reakční kinetika. Termochemie. Stechiometrie.

2. Reakční rovnováha.

3. Látkové bilance v základních typech reaktorů (vsádkový a průtočný ideálně míchaný, s pístovým tokem).

4. Entalpické bilance.

5. Lokální látkové a entalpické bilance, Fickův a Fourierův zákon, rovnice kontinuity složky, Fourierova-Kirchhoffova rovnice.

6. Trubkový reaktor s axiální disperzí.

7. Mechanismy chemických reakcí.

8. Vyhodnocení reakční kinetiky z experimentálních dat.

9. Enzymové reakce. Bioreaktory.

10. Heterogenní katalyzátory - adsorbce, povrchová reakce, desorbce

11. Heterogenní katalyzátory - transport hmoty. Faktor účinnosti.

12. Distribuce dob prodlení v reaktorech. Neideální reaktory, model minimálního (segregovaný tok) a maximálního promíchávání.

13. Membránové, fotochemické a elektrochemické reaktory, mikroreaktory, laboratoře na čipu.

14. Způsoby optimalizace průběhu vratných reakci. Selektivita a optimalizace výtěžku a produktu.

1. Introduction. Reaction kinetics. Thermochemistry. Stoichiometry.

2. Reaction equilibrium.

3. Material balances for basic reactor configurations (batch, CSTR, plug-flow)

4. Enthalpy balances.

5. Local material and enthalpy balances, Fick's and Fourier's law, continuity equation, Fourier-Kirchhoff equation.

6. Tube reactor with the axial dispersion.

7. Chemical reaction mechanism.

8. Reaction kinetics analysis from the experimental data.

9. Enzyme reaction. Bioreactors.

10. Heterogeneous catalysis - adsorption, surface reaction, desorption.

11. Heterogeneous catalysis - mass transport. Internal and external efficiency coefficients.

12. Residence time distribution. Non-ideal reactors. Minimum (segregation flow) and maximum mixing models.

13. Membrane, photochemical, and electrochemical reactors, micro-reactors, lab-on-a chip devices.

14. Optimization of the yield of reversible reactions. Reaction selectivity optimization.

http://www.vscht.cz/uchi/ped/ichr/materialy/materialy.html

http://www.grc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/ceaThermoBuild.htm

http://webbook.nist.gov/

http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/prednasky.html

http://www.vscht.cz/uchi/ped/ichr/materialy/materialy.html (in czech)

http://www.grc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/ceaThermoBuild.htm

http://webbook.nist.gov/

http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/prednasky.html (in czech)

Chemické inženýrství I.

Fyzikální chemie I.

Unit Operations of Chemical Engineering I.

Physical Chemistry I.