Inżynieria bioprocesowa

Opanowanie podstawowych wiadomości z mechaniki płynów

Opanowanie podstawowych wiadomości z procesów transportu energii cieplnej

Opanowanie podstawowych wiadomości z procesów transportu masy

A. Problematyka wykładu: Właściwości fizyczne płynów: gęstość, lepkość(płyny newtonowskie i nienewtonowskie), na-pięcie powierzchniowe. Sposoby obliczania tych parametrów dla czystych substancji i mieszanin (wpływ temperatury i ci-śnienia). Statyka płynów; parcie cieczy na powierzchnie ścian i ciała zanurzone – wypór hydrostatyczny. Przykłady rachun-kowe. Kinematyka i dynamika płynów doskonałych; równanie ciągłości przepływu, równanie Bernoullego. Przykłady zasto-sowań obu równań. Dynamika płynów rzeczywistych; podobieństwo zjawisk przepływowych, przepływy laminarne i turbu-lentne. Przepływy w przewodach zamkniętych – straty ciśnienia wskutek tarcia (równanie Darcy’ego – Weisbacha) i oporów miejscowych. Obliczanie strat ciśnienia. Przepływy w przewodach wentylacyjnych. Pomiar prędkości płynu za pomocą rurki Pitota, Prandtla, zwężki pomiarowej. Przepływy w kanałach otwartych, opływ ciał. Mechanizmy transportu energii cieplnej: przewodzenie, konwekcja, wnikanie, promieniowanie. Przewodzenie ciepła w warunkach ustalonych przez ściankę płaską i cylindryczną. Wyznaczanie strat ciepła, izolacja cieplna. Podstawy ruchu ciepła przez wnikanie w przepływach wymuszo-nych – liczby i równania kryterialne. Podstawy ruchu ciepła przez wnikanie w przepływach niewymuszonych – liczby i rów-nania kryterialne. Transport energii cieplnej przez promieniowanie, działanie ekranów. Elementy obliczania wymienników ciepła: bilans cieplny współ- i przeciwprądowego wymiennika, średni moduł napędowy procesu itp. Typowe rozwiązania przemysłowych aparatów do prowadzenia bioprocesów w warunkach izotermicznych Systematyka dyfuzyjnego ruchu masy. Ustalony ruch masy przez dyfuzje, przepadki szczególne dyfuzji w fazie gazowej i ciekłej – dyfuzja przez inert, dyfuzja dwu-kierunkowa równopolowa Wnikanie masy w przepływach wymuszonych. Liczby kryterialne i równania kryterialne. Wnikanie masy w przepływach nie-wymuszonych. Liczby kryterialne i równania kryterialne. Przenikanie masy. Absorpcja fizyczna ga-zów. Równowaga absorpcyjna. – prawo Henry’ego. Charakterystyka podstawowych aparatów do procesów absorpcyjnych. Podstawy obliczeń wymienników masy. Bilans masy absorbera współ- i przeciwprądowego, absorbera barbotażowego i ko-lumny półkowej. Średnia siła napędowa procesu, obliczenie powierzchni wymiany masy.

B. Problematyka laboratorium: Pomiar gęstości czystych substancji i mieszanin, zależność od temperatury. Pomiar lepkości czystych substancji i mieszanin, zależność od temperatury. Pomiar napięcia powierzchniowego Doświadczenie Reynoldsa – wyznaczanie krytycznej wartości liczby Reynoldsa. Wyznaczanie natężenia przepływu płynu za pomocą rotametru i zwężki pomiarowej. Wyznaczanie prędkości płynu za pomocą rurki Prandtla i Pitota. Wyznaczanie oporów przepływu płynu w prze-wodach Wyznaczanie charakterystyk pomp wirowych. Wyznaczanie charakterystyk pomp wirowych pracujących w układzie równoległym i szeregowym. Hydrodynamika kolumny wypełnionej- wyznaczanie oporów przepływu na wypełnieniu suchym i mokrym i granicy zachłystywania. Pomiar ilości cieczy zawieszonej na wypełnieniu. Bilans wymiennika ciepła.

A. Literatura wymagana do ostatecznego zaliczenia zajęć (zdania egzaminu):

A.1. wykorzystywana podczas zajęć

• Orzechowski Z., Prywer R., Zarzycki R.; Mechanika płynów w inżynierii środowiska, WNT, W-wa 1997

• Zarzycki R.; Wymiana ciepła i ruch masy w inżynierii środowiska, WNT, W-wa 2010

• Bartelmus G., Janecki D., Kos M.; Inżynieria procesowa-laboratorium, UO, Opole 1999

A.2. studiowana samodzielnie przez studenta

Jw.

B. Literatura uzupełniająca

• Welty J.R., Wicks Ch.E., Wilson R.,E., Rorrer G.L.; Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, 4th ed., J. Wiley & Sons, Inc., N.Y. 2001

• Bird R.B., Stewart W.E., Lightfoot E.N.; Transport Phenomena, J. Wiley & Sons, Inc., N.Y. 2002

• Kmieć A.; Procesy cieplne i aparaty, Oficyna wydawnicza Pol. Wrocławskiej, Wrocław 2005

Wiedza

W1 objaśnia i rozumie zjawiska i procesy rządzące przepływem ciepła i masy

W2 wymienia podstawowe techniki i narzędzia stosowane przy rozwiązywaniu zadań z inżynierii bioprocesowej

Umiejętności

U1 umiejętność obliczenia i zmierzenia własności fizycznych czystych substancji i mieszanin

U2 umiejętność obliczenia i zmierzenia ciśnienia i prędkości płynu w przewodzie o dowolnym kształcie, parcia płynu na ściany i dno zbiorników

U3 umiejętność obliczenia i zmierzenia oporów przepływu płynu w instalacji.

U4 umiejętność wyznaczenia ilości energii przewodzonej przez ściankę oraz doboru izolacji cieplnej

U5 umiejętność obliczenia ilości energii przekazywanej drogą promieniowania i zastosowania ekranów

U6 prezentuje, objaśnia wyniki i wyciąga wnioski z doświadczeń

Kompetencje społeczne (postawy)

K1 potrafi pracować indywidualnie i w zespole

A. Sposób zaliczenia

• egzamin (W)

• zaliczenie z oceną (L)•

B. Formy zaliczenia

• W – egzamin pisemny

• L – ustalenie oceny zaliczeniowej na podstawie ocen cząstkowych otrzymywanych w trakcie trwania semestru oraz ustnego zaliczenia treści ćwiczeń laboratoryjnych

C. Podstawowe kryteria

W: ocena wiedzy i umiejętności wykazanych na egzaminie pisemnym sprawdzający założone cele i efekty kształcenia

L: ocena przygotowania studenta do poszczególnych zajęć laboratoryjnych oraz ocena umiejętności związanych z realizacją ćwiczeń laboratoryjnych – ocena sprawozdania przygotowywanego częściowo w trakcie zajęć, a częściowo po ich zakończeniu; ocena ta obejmuje także umiejętność pracy w zespole

Ocena z poszczególnych form zajęć ustalana jest w oparciu o ilość uzyskanych punktów:

• ocena dostateczna od 50% ogólnej liczby punktów,

• ocena dobra od 70% ogólnej liczby punktów,

• ocena bardzo dobra od 90% ogólnej liczby punktów.