Chemical Unit Operations II

A tantárgyprogramban a minimum követelmény kövér betűvel, az emeltszintű vizsgához szükséges tananyag pedig, dőlt betűvel szerepel. A „nefelejcs” ismeretek az aláhúzott témakörök alapfogalmai.

I. ANYAGÁTADÁS ALAPJAI

1. A diffúzió megnyilvánulási formái. Fick-törvény és az ekvimoláris ellenáramú diffúzió. Diffúzió és konvekció. Egyirányú diffúzió: Stefan-egyenlet.
2. Konvektív anyagátadás. Komponens-mérlegegyenlet. Filmelmélet, átadási elméletek.
3. Anyagátbocsátás: koncentrációprofil, koncentráció-hajtóerők.
4. Anyagátadási tényező mérése ill. becslése.
5. Anyagátbocsátási tényező kifejezése az anyagátadási együtthatók függvényében.
6. Anyagátadási hasonlóság. Analógia a konvektív anyag-, hő- és impulzustranszportok között.
7. Anyagátadási műveletek megvalósítása, egyen-, ellenáram, egyfokozatú, többfokozatú művelet. "Energy separating agent", "mass separating agent"- műveletek. Fokozatszerű és folytonos fázisérintkeztetés. Mérlegegyenletek.

II. DESZTILLÁCIÓ, REKTIFIKÁLÁS

1. Desztilláció, rektifikálás alapjai. Gőz-folyadék fázisegyensúly, gőznyomás, egyensúlyi arány és relatív illékonyság. Antoine-egyenlet, Cox-diagram.
2. Buborékpont és harmatpont számítása, adott kiindulási elegy egyensúlyi fázisai relatív mennyiségének számítása.
3. Egyszerű desztillációs módszerek. Folyamatos egyensúlyi (flash) desztilláció. Egyensúlyi szakaszos (differenciális) desztilláció, Rayleigh egyenlet. Vízgőz-desztilláció.
4. Rektifikálás alapjai, elméleti tányér, többszörös elpárologtatás és kondenzálás.
5. Biner elegyek rektifikálása, állandó moláris túlfolyás tétele, felső és alsó munkavonal egyenletek, q-vonal egyenlet, a betáplálás hőállapotai.
6. Elméleti tányérszám meghatározása McCabe és Thiele módszerével, a betáplálás optimális helye.
7. Minimális refluxarány, minimális tányérszám: Fenske-egyenlet, Underwood-egyenlet, optimális refluxarány.
8. Short cut módszerek; Gilliland-korreláció, hőszükséglet számítása.
9. Kolonnahatásfok, Murphree-féle tányérhatásfok, helyi (pont) -hatásfok. Az anyagátvitel tányérhatásfokok közötti kapcsolat, folyadékáthordás figyelembevétele.
10. Szakaszos rektifikálás: xD=konst. és R=konst. esetek.
11. Rektifikálóoszlopok belső szerkezete (Harangsapkás, szita, szelepes tányérok, túlfolyó nélküli szerkezetek. Rendezetlen és rendezett töltetek. Egyéb tartozékok).
12. Oszlopszerkezetek jellemzői, tányéros oszlopok működési tartománya: Young-diagram.
13. Folytonos érintkeztetésű oszlopok számítása, átviteli egység, HTU, NTU, HETP. NTU jelentése, átadási és egyensúlyi egység összehasonlítása.
14. Kolonnák átmérőjének számítása: Fair-féle terhelhetőségi diagram, F-faktor módszer. Működési határviszony, határterhelések.
15. Rektifikáló berendezés szabadsági foka, kolonnanyomás kiválasztása. Rektifikáló oszlop stacionárius matematikai modellje: MESH-egyenletek.  2N Newton-módszer,  BP és SR módszerek. Komponensmérleg egyenletek megoldása.
16. Többkomponensű elegyek szétválasztása, Underwood, Fenske, Hengstebeck és Geddes féle összefüggések. A nem- kulcskomponensek eloszlása.
17. Etanol abszolutizálása ciklohexánnal: háromszögdiagramon és az elvi folyamatábra.
18. Extraktív és azeotróp desztilláció, molekuláris és reaktív desztilláció. Alacsony hőmérsékletű rektifikálás, “kettős Linde-oszlop”.
19. A pervaporáció és gázpermeáció alapjai, mechanizmusa. Etanol abszolutizálása PVA (polivinil-alkohol) kompozit lapmembrános technológiával. Energiafelhasználás, gazdaságossági szempontok.
20. Anyagátadási műveletek számítógéppel segített tervezése heurisztikus és algoritmikus módszerekkel.

III. ABSZORPCIÓ

1. Fázisegyensúlyok, egy- és többfokozatú abszorpciós egyensúlyi egységek: egyensúlyi egységek száma: Kremser-egyenlet.
2. Folytonos érintkeztetésű oszlopok számítása, átviteli egység, HTU, NTU, HETP.
3. Szolutummentes moláris tömegáramok és mólarányok, abszorpció minimális folyadék-árama.
4. Az abszorpció megvalósítása, típusai, hőjelenségek, oldószer-regenerálás.

IV. EXTRAKCIÓ

1. Alapfogalmak, háromszög diagram, elegyítési határgörbe, egyensúlyi vonalak, szolutummentes tömegáramok és tömegarányok.
2. Szakaszos extrakció (egyszeri, többszöri. Keresztáramú (egyenáramú) extrakció, perforáció.
3. Ellenáramú extrakció, Kremser-Souders-Brown összefüggés, y-x és háromszög-diagramos szerkesztések. Minimális folyadékarány.
4. Extraktorok: permetező, töltött, tányéros kolonnák, pulzációs és kevert oszlopok: Scheibel, RDC. Mixer-settler, centrifugális extraktorok. Extraktorok kiválasztási szempontjai.
5. Szilárd-folyadék extrakciós berendezések.
6. Tányérhatásfok figyelembevétele. Különleges extrakciós eljárások: antiszolvens alkalmazása, hűtés belső refluxszal, extrakt reflux, szuperkritikus extrakció.

            V. EGYÉB ELVÁLASZTÓ MŰVELETEK

1. Szárítás: nedves anyag jellemzői, szárítóközeg jellemzői, szárítás mérlegegyenletei, szárító berendezések.
2. Adszorpció: adszorpciós izotermák, adszorbensek, zónavándorlás és áttörés, gázelegyek és folyadékelegyek szétválasztása.
3. Ioncsere: ioncsere-folyamatok, ioncserélő anyagok, ioncserélő berendezések.
4. Kristályosítás: oldat jellemzők, oldhatóság, túltelítés, gócképződés, kristálynövekedés, hűtéses kristályosítás, egyéb túltelítési módszerek, kristályosító berendezések.
5. Membránszeparációs műveletek: membránok és membránmodulok, membránszűrés (mikroszűrés, ultraszűrés, nanoszűrés, fordított ozmózis), anyagátadó membránműveletek (gázpermeáció, pervaporáció, membrándesztilláció, folyadékmembrán extrakció).

            VI. Kémiai reaktorok

1. Reaktortechnikai alapfogalmak. Reaktorok osztályozása termikus szempontból. Szakaszos, félfolyamatos és folyamatos üzemmód. Konverzió, hozam és szelektivitás.
2. Szakaszos kevert tartályreaktor komponens- és hőmérlege. Adiabatikus szakaszos kevert tartályreaktor. Hűtött szakaszos kevert tartályreaktor.
3. Folyamatos kevert tartályreaktor komponens- és hőmérlege állandósult állapotban. Izoterm folyamatos kevert tartályreaktor. Adiabatikus és hűtött folyamatos kevert tartályreaktor. Stabilis és labilis munkapont. A statikus stabilitás kritériuma. Kevert tartályreaktor kaszkád.
4. Ideális izoterm, adiabatikus és politrop csőreaktor. Stacionárius komponens- és hőmérleg. Hűtési paraméter. Csőreaktorok
5. Konverzió nem-ideális reaktorokban. Heterogén reakciók.

A heti egyórás számítási gyakorlatokon számítási feladatokat oldunk meg rektifikálás és reaktor témakörökből.

A félüzemi laboratóriumban elvégzendő mérések:
(Részletes leírásuk megtalálható a Vegyipari Félüzemi Praktikumban)

1. Nyomásesés mérése Raschig gyűrűkkel töltött oszlopon
2. Fluidizáció vizsgálata
3. Szűrési gyakorlat keretes szűrőpréssel
4. Keverők teljesítményszükségletének mérése
5. Külső fűtőterű bepárló vizsgálata
6. Lengőlapátos filmbepárló vizsgálata
7. Anyagátadási tényező meghatározása oldódásnál
8. Folyamatos egyensúlyi desztilláció
9. Folyamatos rektifikálás vizsgálata félüzemi méretű rektifikáló oszlopon

A méréseket 3 fős csoportokban végzik el a hallgatók, a csoport mérésenként egy-egy jegyzőkönyvet ad be. A hibásan számolt jegyzőkönyvet visszaadjuk javításra.

Minden mérés előtt a mérésvezető oktató meggyőződik arról, hogy a hallgató megtanulta-e a méréshez kapcsolódó elméleti ismereteket (diger), a felkészülést 1-től 5-ig terjedő skálán osztályozza.

A félév során minden csoport kap egy tervezési feladatot a Vegyipari műveletek I tantárgy témaköréből (hőcserélő ill. bepárló tervezés). A feladatot a csoport együttesen oldja meg, ésszerűen megszervezve a csoportmunkát (irodalmazás, számítások végzése, dokumentáció  készítése). A hallgatók munkájához konzultációs segítséget biztosítunk laboridőben és órarenden kívüli időben egyaránt. A beadott tervezési feladatot a csoportnak szóbeli beszámolón kell megvédenie, ahol az oktató meggyőződik arról, hogy a munkamegosztástól függetlenül minden hallgató ismeri-e a feladat megoldásának részleteit. A beszámolón nyújtott teljesítmény alapján mindenki önálló jegyet kap a tervezési feladatra.

A labor elvégzésének feltétele valamennyi mérés eredményes elvégzése (elfogadott jegyzőkönyv), minden mérésből legalább 2-es digerjegy megszerzése, és legalább 2-es tervezési feladat.