LTT - Laboratorij za toplotno tehniko © 2021 Vse pravice pridržane
Vsebina predmeta obsega tri osnovne sklope: okolje, energetika in procesna tehnika. Okolje je obravnavano z vidika vplivov ravnanja ljudi v sodobnih družbah na procese in kakovost okoljskih sfer. Najprej je predstavljene zakonitosti sonaravnega razvoja in pomen ohranjanja kakovosti okoljskih sfer. Sledi opis naravnih procesov v okoljskih sferah in razlogov zakaj se so se ti procesi v dobi industrializacije začeli spreminjati. Predstavijo se najpomembnejši antropogeni viri onesnaževanja od škodljivih plinov, do prahu, težkih kovin, sevanja in hrupa. Preidemo na področje energetike, ki s svojimi tehnologijami omogoča oskrbo civilizacije z energijami. Študenti se poučijo o tehnologijah pretvarjanja in oskrbe z energijo, ki so okolju prijazne, o izkoriščanju obnovljivih virov in končnih energijah. Predstavijo se metode in postopki učinkovite rabe energije. Raziščemo zakaj in kje v teh procesih nastajajo okolju škodljive snovi, in kakšne so posledice izpustov v okolje. Seznanijo s pojmoma emisij in imisij, z okoljskim monitoringom in okoljevarstvenih zahtevah. Predstavljene so tehnologije za zmanjševanje emisij v ozračje in obremenjevanje voda ter strategije in tehnologije ravnanja z odpadnimi snovmi.
Uvod: predstavitev področja dela in medsebojna prepletenost termične-, mehanske-, bio-, kemijske- in okoljske- procesne tehnike. Termodinamične osnove ločevalnih procesov: zmesi in raztopine, binarni sistemi, parno-kapljevito ravnotežje, Raultov zakon idealnih raztopin, Henrijev zakon, baze podatkov o termodinamičnih lastnostih čistih snovi in zmesi. Uparjanje: vrenje, vrelna krivulja, nekontinuirano in kontinuirano uparjanje,vrste uparjalnikov in njihova uporaba. Destilacija in rektifikacija: McCabe - Thielov diagram, vračilni tok, odgonska in pojačevalna kolona, binarni entalpijski diagram, ločevanje azeotropnih zmesi. Absorpcija, adsorpcija, kristalizacija, ekstrakcija: fizikalne osnove, proces, vplivni parametri in kriteriji izbire postopka in naprave, uporaba McCabe - Thielovega diagrama in binarnega entalpijskega diagrama. Sušenje: vlažen zrak, h-x diagram in eksergijski diagram vlažnega zraka, večstopenjsko sušenje, vrste sušilnikov, izbira sušilnega procesa v odvisnosti od vrste blaga v farmacevtski, prehrambeni in procesni industriji, liofilizacija. Bioprocesno inženirstvo: mikrobiološki in biokemijski procesi, biorektorji in kinetika bioprocesov. Kemijsko reakcijsko inženirstvo: reaktorji in reakcijski sistemi, kataliza. Vodenje in nadzor procesov: saržni in kontinuirani procesi, procesni modeli, obratovanje in varnost procesnih sistemov. Procesni inženiring: Ekonomski, okoljski in socialni vidik procesnih tehnologij in trajnostnega razvoja, standardi in priporočila (metode dobrih praks, GRI, IPCC, ISO 14000 …), inženirski kodeks. Predstavitev rezultatov projektnega dela v obliki timskega kreativnega dela na reševanju konkretnih industrijskih inženirskih problemov s področja procesne tehnike.
Medsebojni vplivi tokokrogov elementov v naravi: ogljikov, kisikov, vodikov, dušikov, žveplov in fosforjev tokokrog, mineralizacija in biosinteza, amonifikacija, nitrifikacija in denitrifikacija, snovi, ki škodljivo delujejo na ozonski plašč, faktor segrevanja ozračja. Membranske okoljske tehnologije: membrane, mikro, ultra in nanofiltracija, obtočni in natočni način, reverzna osmoza, ionska izmenjava, elektrodializa, pervaporacija, določitev obratovalnih parametrov pri natočni in obtočni mikrofiltraciji. Bioreaktor. Tehnologije čiščenja tehnoloških in komunalnih odpadnih voda. Analizne metode in fizikalno-kemijske lastnosti odpadnih voda. Čistilne naprave in tehnologije za čiščenje odpadnih plinov: Naprave za izločanje plinastih nečistoč, naprave za izločanje delcev iz odpadnih plinov. Osnove upravljanja in vodenja čistilnih naprav: organizacijska struktura, vzdrževanje, kontrola. Procesne spremenljivke in dinamično obratovanje procesov. Prikaz računalniško podprtega sistema vodenja čistilne naprave v realnem okolju. Nadzor: izvori industrijskih emisij in njihov nadzor pri izvoru, presoja skladnosti in okoljsko poročanje o industrijskih emisijah, mejne vrednosti emisij in resnost posledic vpliva na okolje; neposredna merjenja in nadomestni parametri, masne bilance, izračuni, emisijski faktorji; oblikovanja baz podatkov - merjenje fizikalnih parametrov, vzorčenje, skladiščenje, prevoz in hranjenje vzorca, priprava in analiza vzorca, obdelava podatkov in poročanje o rezultatih; zahteve monitoringa - vir onesnaževanja, mesto in čas vzorčenja in merjenja, izvedljivosti mej ob razpoložljivih merilnih metodah, izvedbeni pogoji, postopki presoje skladnosti, poročanje ter zagotavljanje kakovosti in kontrole.
Vsebina predmeta je namenjena vsem študentom strojništva. Daje osnovno informacijo o tem, da energije in materiali niso samo po sebi dane dobrine. Z njimi moramo ravnati zavestno varčno,ker so zaloge energij in materialov v naravi končne in bodo v prihodnosti vse dražje, vplivi na okolje zaradi rabe energij in snovi za proizvode pa vse bolj intenzivni. Stroški za energije in materiale bodo obsegali vse večji delež v končni ceni izdelkov, tudi zaradi stroškov zmanjševanja škodljivih izpustov in odprave škod v okolju. Študenti osvojijo znanje o pripravah energij, o globalni in lokalni oskrbi z energijami, sistemih za oskrbo in kako uporaba energij in materialov vpliva na okolje. Znajo določiti količino in vrednost energij, ki so vložene v izdelke. Dobijo osnovne informacije o postopkih za zniževanje rabe energij, kako znižujemo energijsko intenzivnost procesov in proizvodov ter razlogih za vplive na okolje zaradi izdelave in razgradnje izdelkov. Spoznajo procesne sisteme in okolje ter dolgoročno načrtovanje sistemov in metode dobre prakse. V nadaljnjem študiju morajo študent strojništva znati uporabljati opisana dejstva in biti sposobni samostojno presojati o energetski intenzivnosti, okoljski škodljivosti procesov s katerimi se bodo spoznavali v študiju in pozneje v praksi. Vsako načrtovanje novih izdelkov v bodočnosti bo pogojeno s takimi presojami tem bolj v času zaostrovanja razmer na trgu energije in okoljevarstvenih mednarodnih dogovorov in obvez.
V uvodnem delu je podan pregled razvoja področja prenosa toplote. Študent spozna osnovne zakonitosti prevoda toplote, konvekcije in sevanja. V okviru enačbe prevoda toplote se seznani s pristopom reševanja problemov enodimezionalnega stacionarnega prevoda toplote brez in z notranjo generacijo toplote ter spozna pomen in uporabo razširjenih površin pri prenosu toplote. Pri obravnavi večdimenzionalnega stacionarnega in nestacionarnega prevoda toplote se študent seznani z analitičnim in numeričnim pristopom reševanja problemov prenosa toplote s poudarkom na uporabi metode končnih diferenc. Preko različnih praktičnih primerov se študenta vpeljuje v uporabo posplošene kapacitivnostne analize za reševanje problemov nestacionarnega prenosa toplote. V okviru konvekcije so podane osnovne zakonitosti in popis proste in prisilne konvekcije brez in z fazno preobrazbo. Pri obravnavi prenosnika toplote bo študent prepoznal prednosti metode srednje logaritmične temperaturne razlike in zveze učinkovitost prenosnika toplote - število prenosnih enot ter jih bo uporabil na praktičnem primeru določitve karakteristike toplotne cevi in njenih omejitev v delovanju. Študent bo preko osnovnih zakonitosti sevanja in vpeljave faktorja medsebojnega videnja usposobljen za določevanje sevalnega toplotnega toka med različno ležečimi površinami v prostoru. Preko obravnave pasivnih in aktivnih tehnik izboljšanega prenosa toplote bo študent usmerjen v kreativno razmišljanje o učinkoviti rabi energije. Zaključno poglavje predmeta je namenjeno obravnavi fenomenov prenosa toplote na mikro in nanoskali.
Pri predmetu Termodinamika zmesi se študentje seznanijo z metodami popisa termodinamičnih lastnosti snovi s poudarkom na zmeseh in procesih z zmesmi. Tako obravnavajo zmesi idealnih plinov, zmesi plinov in par, vlažen zrak, Mollierov h-x diagram, temperaturo suhega in mokrega termometra, ohranjanje mase in energije v psihrometrijskih sistemih, gretje in hlajenje, mešanje vlažnih zračnih tokov, vlaženje in razvlaževanje, evaporativno hlajenje, klimatizacijo, hladilni stolp in sušenje. Seznanijo se problematiko in popisom realnih snovi, obravnavajo Gibbsovo prosto energijo, Maxwelove enačbe, kemijski potencial, Gibbsovo glavno enačbo. V okviru popisa realnih zmesi obravnavajo enačbe stanja čiste snovi in enačbe stanja zmesi, Gibssovo pravilo faz, fazne diagrame, kemijski potencial realnih fluidov, fugativnost in fugativnostni koeficient, aktivnost in aktivnostni koeficient, idealne raztopine in presežne veličine. Večji poudarek je dan parno - kapljevitem ravnotežju, termodinamičnim procesom z zmesmi in njihovi eksergijski analizi. Nadalje so obravnavane kemijske reakcije in zgorevanje, Hessov zakon, tvorbena entalpija, gorivne celice, reakcijska in fazna ravnotežja, uporaba ravnotežnih kriterijev za kemijske reakcije. Posebna pozornost je posvečena tudi transportni lastnostim zmesi in delu z bazami podatkov o termodinamskih snovnih lastnosti čistih snovi in zmesi.
Konstrukcijske značilnosti. Toplotne razmere v prenosnikih. Modeliranje, preračun in dimenzioniranje, metode ε-NTU, P-NTU:
- kotelni,
- ploščni,
- lamelni,
- rekuperatorji,
- regeneratorji,
- materiali. Integracija v procesne naprave.
Pri predmetu Procesna tehnika se študent seznani s področji uporabe procesne tehnike in z vlogo procesnega inženirstva v trajnostnem razvoju. Študentje spoznajo osnovne procese procesnega inženirstva in sicer v okviru termične procesne tehnike obravnavajo uparjanje, destilacijo, rektifikacijo, absorpcijo, adsorpcijo, ekstrakcijo, kristalizacijo, sušenje, membranske tehnologije z mikro-, ultra- in nanofiltracijo, reverzno osmozo in ionsko izmenjavo. V okviru bioprocesne tehnike obravnavajo bioreaktorje s postopki gretja, hlajenja in sterilizacije, vodenja in nadzora saržnih ter kontinuiranih procesov. Spoznajo postopke prenosa procesnih tehnologij iz malega v veliko in iz velikega v malo. Posebna pozornost je posvečena vrednotenju in evalvaciji procesnih sistemov, analizi življenske dobe ter eksergijski analizi procesnih sistemov. Poudarek bo prav tako na procesni okoljski tehniki z predstavitvijo ekonomskih, okoljskih in socialnih indikatorjev trajnostnega razvoja, inženirskega eticnega kodeksa, standardov, priporočil in dobrih praks. Prikazane bodo napredne procesne tehnologije, mikroelektroski mehanski sistemi, mikroreaktorji in nano tehnologije v procesnem inženirstvu.
Mehanski procesi čiščenja odpadnih vod (II. del)
Obravnava stacionarnega in nestacionarnega prevoda toplote v eno in večrazsežnem prostoru z in brez izvora toplote. Konvektivni prenos toplote (analitični in empirični pristop). Prenos toplote s sevanjem in pri fazni spremembi. Analogija med prenosom impulza energije in snovi. Fickova ekvimolarna in neekvimolarna difuzija v večrazsežnem prostoru v binarnih in v večkomponentnih zmeseh. Konvektivni prenos snovi. Prenos snovi v mirujočem in gibljivem sloju. Prenos snovi skozi mejno površino kapljic in mehurčkov.
Predavanja zajemajo mnoge tehnike, ki so bile razvite za izboljšanje konvektivnega prenosa toplote. Tehnike so razvrščene, podan je tudi uvod v širšo literaturo. Predstavljena je uporaba različnih oblik prenosa toplote: enofazna prosta konvekcija, enofazna prisilna konvekcija, vrenje v bazenu, konvektivno vrenje/uparjanje, parno-prostorska kondenzacija in konvetivna kondenzacija. Zajete so tako pasivne tehnike (ne potrebujejo zunanje energije) kot aktivne tehnike (potrebujejo zunanjo energijo) ter sestavljene tehnike (istočasno delujoče dve ali več tehnik). Precej pozornosti je posvečeno določitvi karakteristik tako enofaznega kot tudi dvofaznega prenosa toplote. Napredno izboljšanje predstavlja tretjo generacijo prenosa toplote.
LTT - Laboratorij za toplotno tehniko © 2021 Vse pravice pridržane