Potravinářské inženýrství a bioinženýrství

Sylabus předmětu

• Studijní informační systém

Zkouška z předmětu PIB se skládá z písemné a ústní části. Výsledná známka se získá kombinací hodnocení znalostí prokázaných výpočtem příkladů (písemná část zkoušky) a znalostí teoretických partií (ústní část zkoušky). Výpočetní schopnosti prokazuje student při průběžných testech, souhrnných testech, popř. písemné části zkoušky řešením příkladů z předem stanovených tématických okruhů.

Hodnocení předmětu

Způsob kontroly výpočetních znalostí a schopností

V průběhu semestru se v rámci cvičení, v předem oznámených termínech, píší dva kontrolní testy ohodnocené 0 až 50 body. Každý test trvá 60 minut a je zadán jeden příklad. Při řešení lze použít vlastní dostupné učební pomůcky (např. skripta, vypočtené příklady ze cvičení atd.). Je přísně zakázáno používat znalosti a pomůcky jiných studentů v jakékoliv podobě. Pro úspěšné absolvování testu je nutno získat alespoň 20 bodů.

Zpravidla v prvním a druhém týdnu zkouškového období Ústav chemického inženýrství (ÚCHI) vypisuje dva termíny tzv. souhrnného testu. Při souhrnném testu se zadávají postupně příklady z obou tématických okruhů (na každý příklad má student 60 minut čistého času a mezi zadáním jednotlivých příkladů je vždy krátká přestávka). Student může psát podle vlastního uvážení jeden nebo oba příklady. Na souhrnný test se student musí předem přihlásit. Z každého příkladu lze opět získat 0 až 50 bodů. Do celkového hodnocení se vždy započítává nejlepší dosažený výsledek z každého tématického okruhu, nezávisle na tom, zda byl získán během semestru nebo na souhrnném testu.

Studenti, kteří mají z obou tématických okruhů nejméně 20 bodů, získávají zápočet a mohou se přihlásit k ústní zkoušce. V tomto případě student nemusí psát písemnou část zkoušky. Studenti, kteří ani po souhrnných testech nezískali zápočet, se musí zúčastnit písemné části zkoušky.

Písemné části zkoušky se může zúčastnit každý student. Při písemné části zkoušky může student psát pouze jeden příklad. Ti, kteří již před písemnou zkouškou získali zápočet, si mohou touto formou zlepšit hodnocení z toho tématického okruhu, ze kterého získali nejméně bodů, a vylepšit si bodové hodnocení. V rámci daného okruhu se do výsledného hodnocení započítává vždy nejlepší dosažené hodnocení, bez ohledu na to, zda bylo získáno v testu během semestru, souhrnném testu či písemné části zkoušky.

Studenti, kteří po absolvování písemné části zkoušky mají zápočet, se musí přihlásit na ústní zkoušku. Pokud se na ni nedostaví a píší znovu písemnou část zkoušky, je tato považována za opravný termín zkoušky.

Studenti, kteří ani po písemné části zkoušky nezískali zápočet, jsou klasifikováni nedostatečně (F) a musí se znovu přihlásit k písemné části zkoušky.

Ústní zkouška

Při ústní zkoušce si student losuje dvojici otázek z předem zveřejněného souboru zkušebních otázek. Odpověď na každou otázku je hodnocena 0 až 50 body a podmínkou úspěšného absolvování ústní zkoušky je dosažení nejméně 20 bodů z každé otázky.

Všechny získané body se sčítají a výsledný součet určuje konečnou známku ze zkoušení podle následujícího klíče:

Závěrečná ustanovení

Na příslušný termín souhrnného testu, písemné nebo ústní části zkoušky se musí student předem přihlásit. Pokud se přihlášený student bez omluvy nedostaví k písemné nebo ústní části zkoušky, je klasifikován nedostatečně (F). Omluvit se lze nejpozději do 12:00 hod. posledního pracovního dne před termínem zkoušky ústně, písemně nebo elektronickou poštou na sekretariátu Ústavu chemického inženýrství. V závažných případech lze dodatečné omluvy akceptovat po předložení příslušných dokladů.

Otázky k ústní zkoušce

1. Tekutiny a jejich vlastnosti. Síly působící v tekutinách, deformace tekutin. Tečné napětí, rychlost smykové deformace.  Rheogramy, newtonské a nenewtonské tekutiny. Mocninový model. Zdánlivá viskozita. Pseudoplastické, dilatantní a binghamské kapaliny.
2. Proudění nenewtonských kapalin potrubím, charakter toku, tlaková ztráta při proudění nenewtonských kapalin. Míchání nenewtonských kapalin, smyková rychlost a příkon míchadla.
3. Disperzní systémy, jejich typy a charakterizace (rozdělení velikosti částic, střední velikost, rozptyl).  Metody pro dělení dispersních soustav. Odstřeďování a odstředivky – usazovací rychlost v odstředivém poli, doba usazování v bubnové a trubkové odstředivce, výkonnost odstředivek.
4. Mikrofiltrace, ultrafiltrace a nanofiltrace. Princip membránových filtračních procesů, používané membrány – jejich charakteristiky, rejekční faktor, propustnost membrán. Aplikační formy membrán, membránové moduly. Způsoby provedení membránových filtrací.
5. Bilancování membránových filtračních procesů. Koncentrační polarizace při membránových filtracích, vliv na průběh procesu, polarizační modul, popis koncentrační polarizace, vliv přestupu hmoty.
6. Intenzita objemového toku filtrátu při membránových filtracích, hydraulické odpory při membránových filtracích. Určení propustnosti (permeability) a potřebné plochy filtrační membrány.
7. Sdílení tepla prouděním a vedením. Fourierův zákon, tepelná vodivost. Bilance enthalpie při vedení tepla v pevném materiálu - Fourierova rovnice.
8. Jednosměrné ustálené vedení tepla. Přestup tepla, popis, kriteriální rovnice pro přestup tepla, způsoby ohřevu a chlazení v míchacích nádobách.
9. Sdílení tepla sáláním. Princip, Stefanův-Boltzmanův zákon, Stefanova-Boltzmanova konstanta, emisivita a absorptivita povrchů. Výměna tepla sáláním mezi malým tělesem a izotermním okolím. Určení teploty povrchu ozařovaného, resp. vyzařujícího povrchu. Princip mikrovlnného a indukčního ohřevu.
10. Sdílení hmoty – molekulární difuse, 1. Fickův zákon, difusivita. Mezifázové sdílení hmoty, intenzita toku složky, hybná síla, odpor proti sdílení hmoty. Sdílení hmoty mezi pevnou fází a kapalinou, mezi dvěma kapalinami a mezi plynem a kapalinou, koeficienty přestupu a prostupu hmoty.
11. Objemový součinitel přestupu hmoty při sdílení hmoty mezi plynem a kapalinou a určení jeho hodnoty. Transport kyslíku při aerobních procesech, rychlost spotřeby kyslíku, rozpustnost kyslíku v kapalinách, rovnováha, určování koncentrace rozpuštěného kyslíku.
12. Adsorpce – princip a použití, adsorbenty, vazba mezi adsorbátem a adsorbentem, rovnováha při adsorpci – adsorpční izotermy.
13. Izotermní adsorpce v promíchávaném stupni a opakovaná adsorpce ve dvou stupních.
14. Membránové separační procesy – princip a použití. Typy membrán a jejich vlastnosti, membránové moduly. Permeabilita, selektivita a rejekční faktor membrány, retenční faktor membránového modulu. Bilancování membránových procesů.
15. Koncentrační polarizace membrán, kvalitativní a kvantitativní popis polarizace, polarizační modul, vliv polarizace na membránové procesy.
16. Kinetika membránových separačních procesů, hybné síly, odpor proti transportu hmoty v membránách. Určení potřebné velikosti plochy membrány.
17. Plynová permeace (membránová separace plynů) – princip a popis. Pervaporace– princip a popis.
18. Reversní osmóza – princip a popis. Dialýza – princip a popis, uspořádání dialyzačních zařízení.
19. Bioreaktory a enzymové reaktory – dělení. Enzymové reakce – kinetika Michaelise a Mentenové, závislost rychlosti enzymové reakce na teplotě, tepelná denaturace enzymů, aktivační energie, poločas enzymové aktivity.
20. Růst mikrobiálních buněk, rychlost růstu, specifická růstová rychlost. Monodova rovnice, stechiometrické parametry růstu buněk a produkce mikrobiálních produktů. Produkce tepla při růstu buněk. Závislost růstové rychlosti na teplotě.
21. Růst mikroorganismů ve vsádkových systémech. Růstová křivka a její fáze. Bilance biomasy, bilance substrátu, logistická rovnice.
22. Růst mikroorganismů v průtočných systémech. Chemostat a jeho matematický popis – bilance biomasy a limitujícího substrátu. Zřeďovací rychlost. Vymytí biomasy, produktivita chemostatu. Kaskády chemostatů.