Otázky k ústní zkoušce z Chemického inženýrství II v ZS 2017/18

(Verze PDF ke stažení)

Sylabus předmětu | Hodnocení předmětu | Program cvičení | Pracovní materiály | Zkušební otázky | Výsledky testů

 


1. Uveďte příklad systému s jedním vstupem a výstupem a s jednou chemickou reakcí, zapište pro něj entalpickou bilanci a vysvětlete význam a způsob zavedení tzv. fiktivních proudů.  Zobecněte na více vstupů/výstupů a reakcí. Jak se volí referenční stavu pro entalpickou bilanci?  Zapište vztah pro výpočet reakční entalpie z tabelovaných dat. Použití rozsahu při etalpické bilanci, souvislost s reakční rychlostí.

2. Zapište bilanci sil působících na usazující se částici. Uveďte kritéria, která z této rovnice vyplývají a další kritéria užitečná při výpočtech. Diskutujte vliv charakteru obtékání částice na velikost součinitele odporu. Jak se liší postup výpočtu usazovací rychlosti od výpočtu průměru částice?

3. Popište síly působící na fluidní vrstvu a zapište jejich bilanci. Porovnejte velikost jednotlivých sil při rychlostech tekutiny proudící fluidní vrstvou od hodnot nižších než prahová rychlost fluidace až po rychlost úletu. Z jakých vztahů se vychází při výpočtu prahové rychlosti fluidace a rychlosti úletu částic? Jaké typy fluidní vrstvy lze rozlišovat z hlediska uspořádání pevných částic?

4. Uveďte dva limitní případy idealizovaného způsobu toku tekutiny průtočným zařízením, definujte distribuční funkci a hustoty distribuce dob prodlení v těchto případech a uveďte grafické znázornění. Vysvětlete princip experimentálních technik sloužících ke zjištění rozdělení dob prodlení částic v průtočném zařízení.

5. Zapište diferenciální bilanci složky ve směsi protékající ideálním mísičem a odvoďte tvar distribuční funkce a průběh hustoty distribuce dob prodlení. Popište kvalitativně graf těchto funkcí pro  kaskádu ideálních mísičů. Vysvětlete pojem axiální disperze a její vliv na průběh odezvových křivek pro pístový tok.

6. Stechiometrie: definujte veličiny rozsah reakce a konverze a zapište vztah pro přepočet jedné veličiny na druhou. Kinetika: vysvětlete pojem reakční rychlost. Jaké tvary vztahů pro výpočet reakční rychlosti různých typů chemických a biochemických reakcí znáte? Jak lze popsat závislost reakční rychlosti na teplotě? Vysvětlete pojmy vratné a nevratné, paralelní, následné a autokatalytické reakce.

7. Popište ideálně míchaný vsádkový reaktor a ideálně míchaný průtočný reaktor, zapište pro tato zařízení látkovou a entalpickou bilanci a uveďte vztahy platné pro reakci prvního řádu.

8. Zapište látkovou a entalpickou bilanci stupně v kaskádě ideálně míchaných průtočných reaktorů a vysvětlete postup grafického určení počtu členů kaskády nebo výsledné konverze.  Uveďte vztahy platné pro izotermní kaskádu s reakcí prvního řádu.

9. Popište trubkový průtočný reaktor s pístovým tokem, zapište pro tento reaktor diferenciální látkovou a entalpickou bilanci a vysvětlete jak se popisuje případ s proměnným průtokem reakční směsi podél reaktoru.  Jaké procesy přistupují k chemické reakci v heterogenně katalytických reaktorech?

10. Zapište bilanční vztahy pro jeden extrakční stupeň v případě omezeně mísitelných rozpouštědel a odvoďte pákové pravidlo. Zakreslete v trojúhelníkovém diagramu oblast výskytu dvou fází v případě třísložkové kapalné směsi omezeně mísitelných složek.

11. Zapište potřebné bilanční vztahy a vysvětlete postup grafického určení počtu extrakčních stupňů při opakované extrakci čerstvým rozpouštědlem v systému s omezeně mísitelnými nosnými fázemi.

12. Zapište bilanční vztahy, které v extraktoru s protiproudým stykem fází definují součtový a diferenční proud a ukažte, jak jsou tyto bilance znázorněny v trojúhelníkovém diagramu. Ukažte grafický postup určení počtu extrakčních stupňů při protiproudé extrakci s omezeně mísitelnými nosnými fázemi.

13. Vysvětlete rozdíl mezi mechanismy sdílení tepla volnou a nucenou konvekcí. Z jakých vztahů lze určit koeficient přestupu tepla při volné konvekci a jaká kritéria jsou v tomto případě používána?  Jaké znáte režimy přestupu tepla při varu a režimy přestupu tepla při kondenzaci? Porovnejte velikost koeficientů přestupu tepla při jednotlivých režimech jak varu, tak kondenzace. Popište specifika kondenzace za přítomnosti inertu (nekondenzující složky).

14. Vysvětlete pojem molekulární difuze. Zapište vztah pro intenzitu molárního či hmotnostního toku složky v homogenní směsi s vyznačením členu konvektivního a difuzního toku. Z bilance diferenciálního úseku kontinua s jednosměrným tokem směsi odvoďte rovnici kontinuity složky. Popište některé speciální případy této rovnice.

15. Zakreslete koncentrační profil sdílené složky při prostupu hmoty, vysvětlete pojmy přestup a prostup hmoty. Zápisem vztahů pro intenzitu toku složky fázovým rozhraním definujte koeficienty přestupu a prostupu hmoty. Pro zvolené jednotky hybné síly odvoďte vztah mezi koeficienty přestupu a prostupu hmoty. V rozdělovacím diagramu  x - y zakreslete rovnovážnou čáru a bilanční čáru protiproudého výměníku hmoty a pro určitý pracovní bod na bilanční čáře znázorněte hybnou sílu přestupu a prostupu hmoty.

16. Stupňová absorpce. Zapište bilanční a rovnovážné vztahy potřebné pro výpočet protiproudého stupňového absorbéru. V rozdělovacím diagramu znázorněte čáry odpovídající bilančním a rovnovážným vztahům pro absorpci a pro desorpci. Vysvětlete grafický postup určení minimálního toku rozpouštědla a výpočtu od patra k patru. Definujte Murphreeho účinnost a ukažte její použití při grafickém určení počtu reálných stupňů.

17. Stupňová absorpce. Zapište vztahy definující účinek výměníku hmoty  a absorpční faktor a za předpokladu konstantního rovnovážného koeficientu  vysvětlete s využitím bilance rovnovážného stupně ve stupňovém protiproudém výměníku hmoty vztah mezi počtem stupňů, účinkem a absorpčním faktorem. Využití vztahu  v návrhovém a kontrolním výpočtu.

18. Absorpce se spojitým stykem fází. Popište typy zařízení realizující spojitý kontakt fází. Zapište diferenciální a integrální látkové bilance absorbéru s protiproudým spojitým stykem fází a odvoďte vztahy pro výpočet výšky absorbéru s využitím počtu a výšky převodových jednotek.

19. Absorpce se spojitým stykem fází.  Zapište vztahy definující účinek výměníku hmoty a absorpční faktor. Popište vztah mezi účinkem, faktorem výměny hmoty a počtem převodových jednotek za předpokladu konstatního rovnovážného keoficientu? Co je střední logaritmická hybná síla, k čemu a za jakých podmínek se používá? Návrhový vs kontrolní výpočet.

20. Jaké membránové procesy znáte, jaké hybné síly se v nich uplatňují a jaké je jejich praktické použití? Uveďte různá hlediska klasifikace typů membrán. Vysvětlete pojem asymetrická membrána. Popište různé typy membránových modulů.  Základní bilance membránového modulu s ideálním mícháním na straně permeátu i retentátu. Určení plochy membrány.

21. Definice permeability a selektivity, formální vyjádření intenzity toku složky membránou (rychlostní vztah). Vysvětlete pojmy koncentrační polarizace , rejekční/retenční faktor a reálná membrána. Ve kterých membránových procesech hrají roli a jak tyto procesy ovlivňují? Pokud některé z uvedených pojmů představují pro membránovou separaci negativní jevy, lze jejich vliv eliminovat a jakým způsobem?

22. Uveďte vztahy pro vyjádření intenzity toku složky při nano/ultra/mikrofiltraci, vliv koncentrační polarizace a tvorby gelu. Popište princip reverzní osmózy a zapište vztahy používané při výpočtu dělení tímto procesem.

23. Popište vzahy platící při permeaci plynů a pervaporaci. Co mají oba typy separací společného a co je odlišuje? Vysvětlete souvislost mezi pojmy difuzivita, rozpustnost a permeabilita.

24. Vysvětlete princip krystalizace. Které fyzikální veličiny (provozní parametry) jsou při řízení procesu krystalizace měněny a jak? Zapište látkovou či hmotnostní a entalpickou bilanci krystalizátoru. S využitím grafu rozpustnosti vysvětlete pojem přesycení.