Kibi Teorija Mina PDF

Kemijsko i biokemijsko inženjerstvo I.predavanje: 1. Definirajte kemijsko inženjerstvo i objasnite svrhu kemijsko inženjerske struke? → Kemijsko inženjerstvo je primjena načela prirodnih i tehničkih znanosti zajedno s načelima ekonomije i humanih odnosa na području...

Kemijsko i biokemijsko inženjerstvo I.predavanje: 1. Definirajte kemijsko inženjerstvo i objasnite svrhu kemijsko inženjerske struke? → Kemijsko inženjerstvo je primjena načela prirodnih i tehničkih znanosti zajedno s načelima ekonomije i humanih odnosa na području koje se direktno odnosi na proces i procesnu opremu, gdje se tvarima mijenja stanje, svojstvo ili sastav. → Klasična uloga kemijskog inženjera je da otkriće iz kemijskog laboratorija prenese u industriju razvijajući komercijalni kemijski proces koji će stvoriti novac i neće zagađivati okoliš, odnosno kemijsko inženjerstvo pokušava poboljšati kvalitetu života. 2. Što je to biotehnologija? → Biotehnologija je iskorištavanje mogućnosti biosustava(mikroorganizama i staničnih linija životinjskog ili biljnog porijekla, kao i njihovih dijelova) u bioindustriji(prehrambenoj, farmaceutskoj, kemijskoj i poljoprivrednoj) i zaštiti okoliša, koje je omogućenog međusobno povezanom upotrebom prirodnih(biologija i kemija) i tehničkih(kemijsko inženjerstvo, elektrotehnika i strojarstvo) znanosti. 3. Definirajte biokemijsko inženjerstvo i objasnite koja je njegova zadaća? → Biokemijsko inženjerstvo je primjena inženjerstva na biološke i biokemijske procese i u tom kontekstu je kao i biokemija ili mikrobiologija posebna znanstvena disciplina. → Zadaća biokemijskog inženjerstva je znanstveno kvantitativno opisati pojedine dijelove biološkog procesa(npr. miješanje, aeraciju, filtraciju, sušenje) kao i sam proces, kako bi se na temelju tog opisa moglo razvijati, projektirati, oblikovati i odabirati aparate i uređaje u kojima će se proces industrijski provoditi na ekonomičan način. 4. Što je to industrijska ili bijela biotehnologija i koje su joj prednosti? → Inustrijska biotehnologija je primjena biokatalize(korištenje enzima i stanica za ubrzavanje kemijske reackije) i fermentacijske tehnologije u kemijskoj industriji. → Prednosti: I) Ekološke: sirovine(koriste se usjevi poljoprivrede, a ne fosilna goriva), dobar utjecaj na emisiju stakleničkih plinova, podupire poljoprivredni sektor, put do biorazgradivih produkata, značajno smanjenje u nastanku kemijskog otpada, smanjenje potrošnje toksičnih kemikalija i otpada. II) Ekonomske: povećanje konverzije, bolja čistoća produkta, smanjena potrošnja energije, smanjena potrošnja vode 5. Navedite i pobliže objasnite razlike između kemijskog i biokemijskog inženjerstva. 6. Kako se dijeli biokemijsko inženjerstvo? 7. Koje su posebnosti biološkog materijala i bioprocesa? 8. Što je to ekoinženjerstvo i koji mu je cilj i značaj? → Ekoinženjerstvo je primjena znanstvenih i inženjerskih(tehničkih) načela da se smanji štetan utjecaj ljudskih aktivnosti na okoliš, kako na biljni tako i na životinjski svijet te da se zaštiti ljudski život i poboljša njegova kvaliteta. → Konačni cilj ekoinženjerstva je razvoj i primjena "čistih", za okoliš prihvatljivih tehnologija, ne samo s minimalnim izlazom otpadaka nego i s proizvodnjom biokompatibilnih nusprodukata i glavnih produkata. 9. Navedite inženjerska znanja potrebna ekoinženjeru. → posebna područja inženjerstva, matematika, kemija, fizika, biologija, ekologija. 10. Objasnite svojim riječima izraz "održivi razvitak". → Održivi razvitak je ponašanje ljudi u skladu s ostatkom biosefere. Odnosno racionalno korištenje njezinih obnovljivih izvora energije, te resursa na način da se oni nikad ne iscrpe do krajnjih granica koje bi poremetile ekosustav. II.predavanje: 1. Nabrojite temeljne pojmove u kemijskom inženjerstvu i opišite značenje svakog od pojmova. I) Bilanca tvari - primjena zakona o očuvanju mase na fizikalne i kemijske procese II) Bilanca energije - primjena kemijskog načela o neuništivosti energije III) Fizikalne veličine - su temeljni pojmovi mjerenja(kao vrijeme, masa, duljina) IV) Fizikalne jedinice - su načini izražavanja veličina(kao sekunda(s) za vrijeme, kilogram(kg) za masu i metar(m) za duljinu) V) Prikaz i analiza procesnih podataka - različiti zapisi/prikazi procesnih podataka i procjena mjerenih podataka interpolacijom i ekstrapolacijom ili usklađivanje izmjerenih podataka metodom usklađivanja VI) Procesne varijable - su veličine koje se mijenjaju i mjere tijekom provedbe procesa, a označavaju(karakteriziraju) proces VII) Proces - je bilo koja operacija ili serija operacija u kojima dolazi do fizikalnih ili kemijskih promjena čiste tvari ili smjese tvari 2. Što je to bilanca tvari, a što bilanca energije? → Bilanca tvari je primjena zakona o očuvanju mase na fizikalne i kemijske procese, a bilanca energije je primjena kemijskog načela o neuništivosti energije odnosno primjena zakona o očuvanju energije. 3. Koja su temeljna načela pri postavljanju bilance tvari i energije? → Opći zakoni očuvanja mase i energije iz kojih onda proizlazi opći zakon očuvanja odnosno opća jednadžba očuvanja. 4. Što su to fizičke veličine? Nabrojite osnovne i nekoliko izvedenih fizikalnih veličina. → Fizičke veličine su temeljni pojmovi mjerenja. → Dijele se na osnovne: masa, vrijeme, duljina, temperatura, količina tvari, jakost električne struje i intezitet svijetlosti. I na izvedene veličine: volumen, energija, sila, snaga, frekvencija, tlak itd. 5. Što su to interpolacija i ekstrapolacija, čemu služe? Navedite koje se još metode koriste u istu svrhu. → Interpolacija je procjena/konstrukcija novih podataka unutar raspona poznatih podataka(najčešće eksperimentalno dobivenih). Dok je ekstrapolacija procjena/konstrukcija novih podataka izvan raspona poznatih podataka. → Koristi se još i metoda usklađivanja. 6. Definirajte procesne parametre. Kako dolazimo do njih? → Procesni parametri su veličine koje se ne mijenjaju tijekom provedbe procesa, a označavaju(karakteriziraju) proces.  → Do procesnih parametara se dolazi procjenom na temelju mjerenih podataka. NE MJERE SE DIREKTNO!(npr. konstanta brzine kemijske reakcije k, energija aktivacije Ea) 7. Što je to proces? Kako ga predočavamo? → Proces - je bilo koja operacija ili serija operacija u kojima dolazi do fizikalnih ili kemijskih promjena čiste tvari ili smjese tvari 8. Navedite moguće podjele tipova procesa. I) Fizikalni i kemijski procesi II) Stacionarni i nestacionarni procesi III) Šaržni proces(diskontinuirani proces - kotlasti), kontinuirani proces, polukontinuirani proces(niti je šaržni niti je kontinuirani proces) 9. Kako glasi opća jednadžba za bilancu tvari? 10. Kako glase bilance za nestacionarni i stacionarni fizikalni proces? 11. Kako glase bilance za nestacionarni i stacionarni kemijski proces? 12. Što je to stacionarnost, odnosno stacionaran proces? → Stacionarnost je kada nešto ne mijenja svoje mjesto, kada nešto miruje odnosno kada je nešto stalno postojano, ne mijenja se s vremenom. → Stacionaran proces je proces u kojem je akumulacija jednaka 0. Odnosno nema promjene u količini/masi ulazne i izlazne tvari odnosno količina/masa ulazne tvari jednaka je količini/masi izlazne tvari. 13. Što je to diferencijalna, a što integralna bilanca tvari? → Diferencijalna bilanca tvari je bilanca koja pokazuje što se u procesu dogodilo u nekom vremenskom trenutku. Svaki član bilance se izražava brzinom(ulaz i izlaz tvari protokom, brzina nastajanja ili nestajanja tvari itd). Ovaj tip bilance primjenjuje se na kontinuirane procese. → Integralna bilanca tvari je bilanca koja pokazuje što se u procesu događalo između dva vremena. Svaki član bilance se tada izražava samo fizičkom veličinom - masom ili količinom tvari. Ovaj tip bilance primjenjuje se na diskontinuirane šaržne procese koji imaju početak i kraj. 14. Koje tipove bilance tvari razlikujemo? I) Ukupna bilanca tvari II) Bilanca tvari pojedine komponente III) Bilanca atoma IV) Bilanca molekula 15. Što je to analiza stupnjeva slobode? → Analiza stupnjeva slobode je postupak pri kojemu se prije početka bilo kakvih računanja može utvrditi da li postoji dovoljno podataka o problemu, te što su nepoznanice i koliko jednadžbi se za dani problem može napisati. 16. Nabrojite osnovna pravila za rješavanje bilance tvari. I) Analizirati problem II) Nacrtati procesnu shemu i na njoj označiti sve procesne tokove, te unjeti raspoložive podatke III) Odabrati pogodnu bazu IV) Sve procesne varijable izraziti u istim jedinicama V) Napisati jednadžbe za bilancu tvari VI) Napraviti analizu stupnjeva slobode VII) Riješiti sustav jednadžbi i dobivene vrijednosti procesnih varijabli unjeti na procesnu shemu III.predavanje: 1. Definirajte fizikalni proces i navedite nekoliko primjera. → Fizikalni proces je proces u kojem neka tvar mijenja samo fizičke značajke(agregatno stanje, temperatura, topljivost, promjena gustoće, strukture). → Zagrijavanje vode(prijelaz iz leda u tekuću vodu pa u vodenu paru), kristalizacija meda prilikom dugog stajanja na sobnoj temperaturi te promjena boje željeza prilikom zagrijavanja(prijelaz iz tamno crvene do žarko crvene/bijele boje) → Destilacija, adsorpcija, sušenje, kristalizacija, priprema otopina, miješanje, razrjeđivanje, otapanje 2. Definirajte kemijski proces i navedite nekoliko primjera. → Kemijski proces je proces u kojem se neka tvar kvalitativno mijenja kemijskom reakcijom odnosno događaju se kemijske pretvorbe tvari. → Korozija željeza, karamelizacija šećera, fermentacija. → Gorenje, oksidacija, reakcija sinteze, reakcije raspada, redoks reakcije 3. Što je stehiometrija i čemu služi? Što predstavlja stehiometrijska jednadžba i stehiometrijski koeficijenti? → Stehiometrija je teorija množina prema kojoj jedna kemijska tvar reagira s drugom. → Stehiometrijska jednadžba predstavlja izjednačene količine tvari reaktanata i produkata koje sudjeluju u reakciji. Odnosno stehiometrijska jednadžba predstavlja omjer dviju ili više tvari koje sudjeluju u kemijskoj reakciji. → Stehiometrijski koeficijenti su brojevi koji ukazuju na to u kojem omjeru jedna tvar reagira s drugom ili u kojem omjeru neka tvar nastaje ili nestaje. 4. Koja je razlika između limitirajućeg reaktanta i reaktanta u suvišku? → Limitirajući reaktant je reaktant koji će se prvi potrošiti i zato se on često naziva i mjerodavni reaktan jer on određuje maksimalnu količinu nastalog produkta. Kad se limitirajući reaktan potroši, nema više reakcije. Dok je reaktant u suvišku, reaktan čije količine ima više od limitirajućeg reaktanta i on se u kemijskoj reakciji neće potrošiti do kraja odnosno ostat će određena neizreagirana količina. 5. Kako definiramo selektivnost? Navedite jednadžbu za njeno izračunavanje i objasnite na općenitom primjeru. 6. Kako definiramo konverziju? Navedite jednadžbu za njeno izračunavanje. 7. Kako definiramo stupanj reakcije i kako ga računamo? 8. Definirajte iskorištenje reakcije uz jednadžbu za njegovo računanje. 9. Navedite metode računanja bilance tvari s kemijskom reakcijom i objasnite svaku od njih uz pripadajuće bilance. I) Metoda bilance molekula - množina ili masa molekula reaktanta/produkta na ulazu u proces nije jednaka masi ili množini molekula reaktanta/produkta na izlazu iz procesa. II) Metoda bilance atoma - množina ili masa atoma tvari na ulazu u proces je jednaka masi ili množini atoma tvari na izlazu iz procesa. III) Metoda stupnja reakcije 10. Koja je razlika između potpunog i nepotpunog gorenja? → Kod potpunog gorenja kao produkt nastaje ugljikov(IV) oksid, a kod nepotpunog gorenja kao produkt nastaje ugljikov(II) oksid 11. Definirajte sastav plina u odnosu na mokru i suhu bazu. → Sastav sagorjevnog plina može biti izražen obzirom na: I) Mokru bazu - plin sadrži vodenu paru II) Suhu bazu - plin ne sadrži vodenu paru 12. Definirajte suvišak zraka. → Suvišak zraka jednak je suvišku kisika jer se u procesima često treba dovoditi velike količine kisika, a najjeftinij način dovođenja velikih količina kisika je veliki protok zraka u procesu. 13. Što je to teorijska množina kisika i kako se računa? IV.predavanje: 1. Definirajte kemijsko reakcijsko inženjerstvo. Kemijsko reakcijsko inženjerstvo je znanstvena disciplina koja proučava kemijske procese u kemijskim reaktorima u cilju industrijske proizvodnje proizvoda koji su produkti kemijske(kataličke) reakcije. 2. Definirajte bioreakcijsko inženjerstvo. Kako ga dijelimo? Bioreakcijsko inženjerstvo je znanstvena disciplina koja proučava bioprocese u bioreaktorima u cilju industrijske proizvdonje proizvoda koji su bioprodukti, a dijeli se na: I) Enzimsko reakcijsko inženjerstvo II) Mikrobno reakcijsko inženjerstvo 3. Što je to enzimsko, a što mikrobno reakcijsko inženjerstvo? 4. Opišite razlike između reaktora i bioreaktora. Reaktor je procesni uređaj u kojem se provodi kemijska reakcija i nisu potrebni sterilni uvjeti dok je bioreaktor procesni uređaj u kojemu se provodi bioproces koji zahtjeva sterilne uvjete rada(osim kod reaktora za pročišćavanje otpadnih voda), te bioreaktor mora biti hermetički zatvoren. Mikroorganizmi su osjetljivi na promjenu temperature, pH, aeraciju i na brzinu miješanja. Obzirom da su mikroorganizmi i biokatalizatori osjetljivi na male promjene temperature u reaktoru, miješanje(odabir adekvatnog miješala) i dovod/odvod topline mora biti dobro riješen kao i sam proces aeracije. 5. U čemu je važnost miješanja u reaktorima i bioreaktorima? Koji je cilj miješanja? Miješanje je važno radi homogenizacije otopine te ujednačavanje temperature u svim dijelovima reaktora. 6. Kako dijelimo reaktore prema načinu rada? Na stacionarne i nestacionarne reaktore. 7. Navedite idealne tipove reaktora, opišite ih, te njihove osnovne karakteristike. Za svakog od njih navedite, izvedite, reaktorski model na temelju bilance tvari(pri tome definirajte značenje oznaka) te skicirajte c-t ovisnost. Navedite da li reaktor radi u stacionarnom ili nestacionarnom stanju. 8. Navedite koje tipove bioreaktora poznajte. 9. Navedite razlike između kotlastog reaktora i bioreaktora. Napišite bilance tvari. Rade li ovi reaktori u stacionarnim ili nestacionarnim uvjetima? Iz čega se to da zaključiti? 10. Koji tipovi bioreaktora se mogu upotrebljavati za pročišćivanje otpadnih voda i zašto? Opišite ih. I) Aerobni reaktor za pročišćavanje otpadnih voda - reaktor bez miješanja, biomasa se miješa pomoću mjehurića zraka koji prolaze kroz reaktor II) Bioreaktor za pročišćavanje komunalnih i industrijskih otpadnih voda - miješanje se provodi isključivo pomoću kisika(ne zraka). Kako bi se postiglo maksimalno iskorištenje kisika, koristi se pokriveni bioreaktor, te se obrada otpadnih voda s aktivnim ugljenom odvija u nekoliko stupnjeva. III) Bioreaktor za čišćenje otpadnih voda - sastoji se od primarnog taložnika, bioreaktora i sekundarnog taložnika. U taložnicima se taloži mulj, a u bioreaktoru se provodi denitrifikacija. Otvoreni proces(bazeni), ne mora se provoditi u sterilnim uvjetima. IV) Anaerobni bioreaktor - dobar za kanalizacijski otpad(sa puno organskog onečišćenja iz kojeg nastaje vrijedan produkt = bioplin) 11. Definirajte prostorno vrijeme zadržavanja u reaktoru. Prostorno vrijeme zadržavanja, tau, je prosječno vrijeme koje molekula provede unutar reaktora. 12. Definirajte brzinu razrijeđenja? Za koji je tip reaktora karakteristična ova veličina? 13. Kako brzina razrijeđenja utječe na koncentraciju biomase u kemostatu? 14. Što je to kemostat? Opišite ga uz skicu, objasnite kako radi. 15. Kako radi kotlasti reaktor s dotokom supstrata? Kada ga upotrebljavamo i zašto? 16. U kojim uvjetima radi protočno kotlasti reaktor s povratnim tokom biomase? Zašto se upotrebljava? 17. Što je to kaskada bioreaktora i zašto se upotrebljava? V.predavanje: 1. Od čega se sastoji matematički model procesa? I) Bilancne jednadžbe(bilance tvari) - reaktorski model za odgovarajući tip reaktora II) Kinetički model 2. Što je to kemijska reakcijska kinetika, čemu služi i kako ju dijelimo? 3. Kako definiramo brzinu kemijske reakcije? Koja je najčešća mjerna jedinica u kojoj se brzina reakcije izražava? 4. Što je to kinetički model? Kako dolazimo do njega? Čemu služe kinetički modeli? 5. Kako definiramo brzinu reakcije u idealnim tipovima reaktora(kotlasti, protočno kotlasti i cijevni)? Za svaki od traženih izraza navedite ovisi li brzina reakcije u navedenom tipu reaktora o tekućem vremenu ili protornim koordinatama u reaktoru? 6. Koje tipove kinetičkih modela poznajete? Navedite njihove karakteristike. 7. Opišite postupak razvoja kinetičkog modela. 8. Koji su kriteriji za odabir najboljeg modela? 9. Što su to metode optimiranja? Čemu služe i koje metode poznajete? 10. Koje su eksperimentalne metode procjene brzine parametara? Opišite ukratko osnovnu razliku među njima. 11. Objasnite postupak integralne metode procjene brzine parametara. Postupak opišite na primjeru kinetike reakcije prvoga reda koja se odvija u kotlastom reaktoru. 12. Objasnite postupak diferencijalne metode procjene parametara na primjeru kotlastog i protočno kotlastog reaktora. 13. Napišite sheme reakcija i kinetičke modele za nepovratne reakcije 1. i 2. reda, te za povratnu reakciju 1. reda. 14. Što je to enzimska reakcijska kinetika i kako ju dijelimo? 15. Kako se zove model kojim opisujemo enzimsku kinetiku? Opišite mehanizam reakcije(uz reakcijsku shemu), navedite pretpostavku na kojoj se temelji izvod, te napišite jednadžbu. Na grafu skecirajte ovisnost brzine reakcije o koncentraciji reaktanta za enzimsku kinetiku, te objasnite značenje kinetičkih parametara modela. 16. Kako se zove kinetički model koji opisuje mikrobiološku kinetiku? Skicirajte ovisnost koju model opisuje grafički uz odgovarajuće oznake i mjerne jedinice. Navedite kinetičke konstante modela. 17. Napišite bilancu za biomasu u kotlastom bioreaktoru uz uvrštavanje izraza za brzinu rasta biomase i Mondovu kinetiku rasta. O čemu ovisi brzina rasta biomase prema navedenom izrazu? 18. Što je to bioproces? Za što se sve koristi supstrat u bioprocesu? 19. Zašto stehiometrija kemijske reakcije ne vrijedi u bioprocesu? Kako definiramo "stehiometrijske koeficijente" u bioprocesu? 20. Definirajte red reakcije. VI.predavanje: 1. Što je biokataliza, a što su biokatalizatori? Što su biokatalizatori po kemijskom sastavu? Kako su povezane strukturne jedinice u molekuli biokatalizatora? Biokataliza(mikroheterogena kataliza) je teorija o djelovanju biokatalizatora. Biokatalizatori su enzimi, organske makromolekule - globularni proteini organizirani u četiri strukturna nivoa koji nastaju u živim stanicama. 2. Opišite strukturu biokatalizatora po nivoima. 3. Što su to enzimi? Kako enzimi najčešće dobivaju ime? Što su metalo enzimi, a što kofaktor? 4. Objasnite osnovne teorije biokatalize. Nabrojite koje teorije poznajtete i osnovne razlike među njima. 5. Kako konfiguracija enzimske molekule utječe na biokatalizu? Objasnite efekte do kojih dolazi kod biokatalize. 6. Kako možemo doći do enzima/biokatalizatora? Navedite izvore koji se koriste za dobivanje enzima/biokatalizatora? Koji je izvor najbolji i zašto? 7. Koje otkriće je omogućilo razvoj genetskog inženjerstva i proizvodnju enzima u većem mjerilu? Objasnite. Jedan gen = jedan enzim - teza za koju je dobivena Nobelova nagrada 8. Koje metode se koriste za kreiranje "boljih biokatalizatora"? Navedite osnovnu razliku među metodama. 9. Nabrojite svojstva biokatalizatora i objasnite njihovo značenje. I) Veoma su aktivni II) Selektivni-enantioselektivni III) Stereospecifični IV) Proizvedeni iz obnovljivih izvora V) Djeluju u blagim uvjetima VI) Biorazgradivi su VII) Enzimski procesi stvaraju malo otpada VIII) Blagi operacijski uvjeti - manje energije, manje sirovine, manje vode, manji broj procesnih stupnjeva 10. Nabrojite prednosti biokatalizatora. I) Enantioselektivnost - prihvaćaju jedan oblik molekule: L ili D( R ili S) II) Stereospecifičnost - razlikuju cis i trans strukture III) Prihvatljivi za okoliš - zamijenjuju opasne kemikalije, smanjuju potrošnju vode, energije, sirovina, broj procesnih stupnjeva 11. U kojim se oblicima mogu upotrijebiti biokatalizatori? 12. Koja su otkrića utjecala na upotrebu biokatalizatora u industriji? I) Izdvajanje enzima iz stanica u velikom mjerilu II) Imobilizacija enzima III) Uporaba enzima u nevodenim reakcijskim medijima IV) Rekombinantna DNA tehnologija 13. Nabrojite koje zahtjeve mora ispuniti industrijski biokatalizator? 14. Što je to imobilizacija i kakvi su to imobilizirani enzimi? Koje metode imobilizacije poznajete? Metode imobilizacije: I) 1.generacija - imobilizirani enzimi II) 2.generacija - imobilizirane cijele stanice VII.predavanje: 1. Koji su osnovni inženjerski zahtjevi za projektiranje bioreaktora? I) Snabdijevanje biomase kisikom - aeracija - prijenos tvari plin-kapljevina-krutina II) Miješanje i strujanje reakcijske smjese III) Odvođenje topline 2. Opišite prijenos kisika u biološkom sustavu. → Teško topljivi plin, obično kisik, se iz izvora, obično zračnog mjehurića prenosi u kapljevitu fazu u kojoj se nalaze stanice. Kisik mora pri ovom prijenosu savladati niz otpora čija veličina ovisi o hidrodinamici mjehurića, temperaturi, aktivnosti i gustoći stanica, sastavu otopine, fenomenima na granici faza i drugim faktorima. 3. Što je to aeracija? Opišite postupak aeracije? Skicirajte i opišite otpore. Koji se sve otpori javljaju u granicama faza. → Aeracija je operacija dovođenja zraka u bioreaktore, a čine je prijenos tvari i apsorpcija. 4. Što je to apsorpcija? Kojim se modelom opisuje prijenos tvari iz plinovite u kapljevitu fazu? Skicirajte i objasnite. Apsorpcija je proces u kojem se jedna ili više komponenti iz plinske faze apsorbiraju(otapaju i/ili reagiraju) u kapljevitoj fazi. Henryijev zakon cgi = He * cli 5. Definirajte volumni koeficijent prijenosa kisika. O čemu ovisi? 6. Kako dijelimo metode određivanja volumnog koeficijenta prijenosa kisika? Nabrojite nekoliko metoda i smjestite ih prema podjeli u skupine. I) Indirektne metode II) Direktne metode 7. Opišite i skicirajte kako se određuje volumni koeficijent prijenosa kisika integralnom metodom. 8. Opišite i skicirajte kako se određuje volumni koeficijent prijenosa kisika dinamičkom metodom. 9. Opišite načine izvedbe miješanja u reaktorima i bioreaktorima, te objasnite o čemu ovisi odabir izvedbe miješanja. → Miješanje u bioreaktorima može biti izvedeno na različite načine: I) Miješanje pomoću mehaničkog miješala i dovođenja energije II) Miješanje pomoću cirkulacije medija i vanjske pumpe III) Miješanje pomoću zraka - kompresija → Odabir načina miješanja ovisi o sustavu koji proučavamo(kemijska reakcija, biokemijska reakcija, mikrobiološki uzgoj, dolazi li do promjene viskoznosti reakcijskog medija itd.) 10. Kakvo je to neidealno strujanje i neidealno miješanje? Koji su uzroci neidealnog strujanja, a koji mogu biti neidealnog miješanja? → Neidealno strujanje je strujanje u kojem svaka molekula nema brzinu istog smjera i iznosa(to je idealno), već ima različite. → Neidealno miješanje je miješanje u kojem postoje područja u reaktora koja se ne miješaju dobro. Te zbog malog prostornog vremena zadržavanja ne mozeže se postići homogenost sastava unutar reaktora 11. Koje modele koristimo za opis neidealnog strujanja u reaktorima? → Modeli strujanja: I) Disperzijski model II) Model kaskade III) Model laminarnog strujanja 12. Što je to funkcija raspodjele vremena zadržavanja i čemu ona služi? 13. Kako se eksperimentalno određuje funkcija raspodjele vremena zadržavanja? Opišite metodu. → Diferencijalni volumen u kojem se želi odrediti RVZ funkcija je potrebno na neki način obilježiti i razlikovati od ostale reakcijske smjese. Obično se u struju reakcijske smjese unosi određena količina tvari - traser. Određena količina trasera predstavlja prema tome diferencijalni volumen. → Eksperimentalne vrijednosti E(t) funkcije se dobivaju kao diskretne vrijednosti koncentracije ili količine trasera u zavisnosti o vremenu.  → Traser je inertna tvar obzirom na reakcijski sustav: I) Ne smije utjecati na protok(promijeniti hidrodinamičke karakteristike fluida) II) Mora biti pogodan za unošenje u reaktor u vrlo kratkom vremenu III) Treba ga se brzo i jednostavno analizirati IV) Ne smije reagirati s površinom reaktora V) Mora se dati lako raspodijeliti u reakcijskoj smjesi 14. Opišite model laminarnog strujanja. Skicirajte odzivnu krivulju (E(θ)) u usporedbi s profilom za idealno strujanje i miješanje 15. Opišite model aksijalne disperzije. Za koje je situacije najpogodniji? Koje su pretpostavke modela? Koji je osnovni parametar modela i što nam njegova vrijednost govori? Skicirajte odzivnu krivulju (E(θ)). 16. Opišite model kaskade. Za koje je situacije najpogodniji? Koji je osnovni parametar modela i što nam njegova vrijednost govori? Skicirajte odiznu krivulju (E(θ)). 17. Koja je razlika između pojma mikrofluid i makrofluid? Objasnite. 18. Kakvo je to segregirano strujanje? → Segregirano strujanje (bez miješanja, laminarno, disperzijsko strujanje) u realnosti prevladava u cijevnim reaktorima. U kotlastim reaktorima do segregacije dolazi u pojedinim tipovima reakcija(polimerizacijskih reakcija, kod brzih neizotermnih reakcija). 19. Što je sve potrebno znati za procjenu konverzije u reaktorima s neidealnim miješanjem ili strujanjem? → Potrebno je znati: I) Kinetiku reakcije II) RVZ(raspodjelu vremena zadržavanja) III) Da li se radi o mikro ili makro fluidu (( uz idealno strujanje, kemijska reakcija ne ovisi o vrsti fluida )) VIII.predavanje: 1. Zašto su nam potrebne i zašto računamo bilance energije u procesu? → Bilance energije su nam potrebne za praćenje energije koja ulazi u svaku procesnu jedinicu i izlazi iz nje, jer je energija skupa. Da bi to mogao napraviti, inženjer mora pisati bilance energije procesa. 2. Što je sustav? Kakve sustave poznajete? Skicirajte sustav i definirajte njegove granice od okoline. → Sustav je dinamička tvorevina koja u danoj okolini djeluje samostalno s određenom svrhom. → U kemijskom inženjerstvu definiramo sustav kao proizvoljno specifiranu tvar koja se nalazi u procesu ili dijelu procesa odnosno procesnom uređaju ili dijelu procesa koji se usredotočujemo pri razmatranju. 3. Kako dijelimo veličine ili svojstva sustava? Definirajte ih. → Specifične veličine su intezivne veličine dobivene dijeljenjem ekstezivnih veličina s ukupnom masom ili množinom tvari. 4. Što je to rad? → Rad je dijelovanje sile na određenom putu. → Rad je oblik energije koji prolazi granice sustava kao odgovor na neku pokretačku snagu/silu. → Rad je pozitivan kada ga okolina vrši na sustav, a negativan kada sustav vrši rad na okolinu. → Rad nije osobina(značajka) sustava. 5. Što je to kinetička energija? Napišite jednadžbu po kojoj se računa. → Kinetička energija je energija koju sustav posjeduje kada se kreće određenom brzinom v u odnosu na površinu zemlje. 𝑚𝑣 𝐸 = 2 6. Što je to potencijalna energija? Napišite jednadžbu po kojoj se računa. → Potencijalna energija je energija koju sustav posjeduje obzirom na gravitaciju i visinu u odnosu na površinu zemlje. 𝐸 = 𝑚𝑔ℎ 7. Što je to unutarnja energija? Napišite jednadžbu po kojoj se računa. → Termodinamička ili unutarnja energija(U) je posljedica relativnog gibanja molekula prema centru mase sustava. → To je makroskopska mjera molekulske, atomske i subatomske energije. → Mora se izračunati iz drugih veličina koje se mogu makroskopski mjeriti kao što su tlak, temperatura, volumen i sastav. 𝑈 = 𝐸 − (𝐸 + 𝐸 ) 8. Što je to entalpija? Napišite jednadžbu po kojoj se računa. → Entalpija(H) je oblik unutarnje energije koju posjeduje tvar kojoj se mijenja volumen. → Entalpija je promjena topline pri konstantnom tlaku. 𝐻 = 𝑈 + 𝑝𝑉 9. Što je to toplinski kapacitet? Gdje pronalazimo vrijednosti toplinskog kapaciteta za različite tvari? Navedite jednadžbe prema kojima definiramo specifični toplinski kapacitet pri konstantnom volumenu i molarni toplinski kapacitet. → Toplinski kapacitet je količina energije koju je potrebno dodati sustavu(tvari) da se njegova temperatura povisi za jedan stupanj. → Vrijednosti toplinskog kapaciteta za različite tvari pronalazimo u termodinamičkim tablicama jer je večina jednadžbi za računanje toplinskog kapaciteta krutina, kapljevina i plinova empirijska. 10. Možemo li izračunati apsolutnu vrijednost entalpije ili unutarnje energije? → Ne! Nije moguće izračunati/znati apsolutnu vrijednost entalpije ili unutarnje energije, ali je moguće pratiti/odrediti promjenu entalpije kao i promjenu unutarnje energije, koje odgovaraju promjenama veličina (tlak, temperatura i faza). 11. Kako računamo promjenu entalpije? Napišite općeniti izraz. 12. Kako glasi prvi zakon termodinamike? → Energija ne može nastati niti nestati, već samo može prijeći iz jednog oblika u drugi oblik. 13. Kako definiramo bilancu energije? → Bilanca energije je primjena prvog zakona termodinamike na procese u kemijskoj i srodnim industrijama. 14. Kako računamo promjenu entalpije otvorenog procesa bez fazne promjene? Napišite izraz. Koji podatak nam je za to potreban? 15. Navedite opću bilancu energije za bilo koji sustav. 16. Nacrtajte shemu zatvorenog procesa, definirajte ga, napišite opću bilancu energije za njega te objasnite značenje članova u jednadžbi. 17. Definirajte adijabatski sustav. → Adijabatski sustav je sustav u kojem nema prijenosta topline između sustava i okoline. Q = 0 18. Nacrtajte shemu otvorenog procesa, definirajte ga, napišite općenitu bilancu energije za njega te objasnite značenje članova u jednadžbi. 19. Što se događa s toplinskim kapacitetom neke tvari prilikom promjene faza? Da li se on mijenja? 20. Kako bi definirali entalpiju isparavanja? → Entalpija isparavanja je količina topline koju je potrebno dovesti tekućoj tvari pri konstantnom tlaku kako bi ta tvar prešla u plinovito stanje. 21. Što je to entalpija otapanja? → Entalpija otapanja je količina topline koju je potrebno dovesti krutoj tvari pri konstantnom tlaku kako bi ta tvar prešla u tekuće stanje. OFF