sylabus

Kod ECTS 6.15-IP
Nazwa przedmiotu
INŻYNIERIA BIOPROCESOWA
Nazwa jednostki prowadzącej przedmiot
Samodzielna Katedra Inżynierii Procesowej
Studia
kierunek
Biotechnologia
stopień
I (licencjat)
tryb
stacjonarne
specjalność
specjalizacja
Nazwisko osoby prowadzącej (osób prowadzących)
prof. dr hab. inż. Grażyna Bartelmus, dr Daniel Janecki
Formy zajęć, sposób ich realizacji i przypisana im liczba godzin
A. Formy zajęć
• wykład,
• ćwiczenia: laboratoryjne,
• konwersatorium,
B. Sposób realizacji
• zajęcia w sali dydaktycznej
C. Liczba godzin
• 30/W, 30/L. 15/K
Liczba punktów ECTS 6
Godziny kontaktowe:
• udział w wykładach: 30 godz.,
• udział w zajęciach laboratoryjnych: 30 godz.,
• udział w zajęciach konwersatoryjnych: 15 godz.
Razem: 75 godz. – 3 punkty ECTS
Praca własna studenta:
• przygotowanie do egzaminu: 30 godz.
• przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych: 15
godz.
• dokończenie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych: 20 godz.
• przygotowanie do ćwiczeń konwersatoryjnych: 20
godz.
• udział w konsultacjach: 5 godz.
Razem: 90 godz. – 3 punkty ECTS
Łączny nakład pracy studenta wynosi:
75 godz. + 90 godz. = 165 godzin – 6 punktów ECTS
Status przedmiotu
• obowiązkowy
Metody dydaktyczne
• wykład
• ćwiczenia audytoryjne: rozwiązywanie zadań
• ćwiczenia laboratoryjne: wykonywanie doświadczeń
W = 30 + 30 = 60 godz. – 2 punkty ECTS
L = 30 + 15 + 20 = 65 godz. – 2,5 punktu ECTS
K = 15 + 20 + 5 = 40 godz. – 1,5 punktu ECTS
Język wykładowy
polski
Forma i sposób zaliczenia oraz podstawowe kryteria oceny lub wymagania egzaminacyjne
A. Sposób zaliczenia
• egzamin (W)
• zaliczenie z oceną (L)
• zaliczenie z oceną (K)
B. Formy zaliczenia:
• W - egzamin pisemny: z pytaniami
• L, K -kolokwium
• L, K - ustalenie oceny zaliczeniowej na podstawie ocen cząstkowych otrzymywanych w trakcie trwania semestru
C. Podstawowe kryteria
W: ocena wiedzy i umiejętności wykazanych na egzaminie pisemnym
sprawdzający założone cele i efekty kształcenia
K: ocena umiejętności wykorzystania zdobytej wiedzy podczas rozwiązywania zadań na konwersatorium (końcowa ocena wynika z ocen
cząstkowych i kolokwium podsumowującego)
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.
Określenie przedmiotów wprowadzających wraz z wymogami wstępnymi
A. Wymagania formalne,
brak
B. Wymagania wstępne,
Znajomość podstaw matematyki z zakresu szkoły wyższej (podstawy rachunku różniczkowego i całkowego). Znajomość podstaw fizyki i chemii ogólnej.
Cele przedmiotu
• opanowanie podstawowych wiadomości z mechaniki płynów
• opanowanie podstawowych wiadomości z procesów transportu energii cieplnej
• opanowanie podstawowych wiadomości z procesów transportu masy
Treści programowe
A. Problematyka wykładu
Właściwości fizyczne płynów: gęstość, lepkość(płyny newtonowskie i nienewtonowskie), napięcie powierzchniowe. Sposoby
obliczania tych parametrów dla czystych substancji i mieszanin (wpływ temperatury i ciśnienia). Statyka płynów; parcie cieczy na powierzchnie ścian i ciała zanurzone – wypór hydrostatyczny, przykłady rachunkowe. Kinematyka i dynamika płynów
doskonałych; równanie ciągłości przepływu, równanie Bernoullego, przykłady zastosowań obu równań. Dynamika płynów
rzeczywistych; podobieństwo zjawisk przepływowych, przepływy laminarne i turbulentne. 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. Przykłady obliczeniowe. Podstawy ruchu ciepła przez wnikanie w przepływach wymuszonych – liczby i równania kryterialne. Podstawy ruchu ciepła przez wnikanie w przepływach niewymuszonych – liczby i równania 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 dwukierunkowa
równomolowa. 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 gazów.
Równowaga absorpcyjna. – prawo Henry’ego. Charakterystyka podstawowych aparatów do procesów absorpcyjnych. Podstawy obliczeń wymienników masy. Bilans masy absorbera współ- i przeciwprądowego, absorbera barbotażowego i kolumny
półkowej. Średnia siła napędowa procesu, obliczenie powierzchni wymiany masy.
B. Problematyka konwersatorium
Obliczanie właściwości fizycznych płynów. Obliczanie parcia cieczy na powierzchnie ścian. Obliczanie prędkości i ciśnienia
płynu w przewodach o zmiennym przekroju. Obliczanie oporów przepływu płynu w instalacji. Obliczanie ciepła przewodzonego w ścianach płaskich i cylindrycznych i rozkładów temperatur w ścianach. Obliczanie współczynników wnikania ciepła
w przepływach wymuszonych i niewymuszonych. Obliczanie wymiennika ciepła płaszczowo- rurowego. Obliczanie współczynników wnikania masy w przepływach wymuszonych i niewymuszonych. Obliczanie wymiennika masy (skruber).
C. Problematyka laboratorium
Zajęcia wprowadzające. Omówienie tematyki ćwiczeń oraz formy zaliczenia. Analiza wzoru sprawozdania. Omówienie błędów pomiaru. Pomiar gęstości cieczy. Pomiar lepkości. Pomiar napięcia powierzchniowego. Pomiar oporów przepływu płynów w przewodach. Cechowanie rotametru. Wyznaczanie współczynnika wydatku. Pomiar czasu opróżniania zbiornika przy
stałej wartości zasilania. Pomiar natężenia przepływu cieczy za pomocą kryzy ISA i rurki Prandtla . Doświadczenie Reynoldsa . Badanie procesu sedymentacji.
Efekty kształcenia
Wykaz literatury
A. Literatura wymagana do ostatecznego zaliczenia zajęć (zdania egzaminu):
A.1. wykorzystywana podczas zajęć
• 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.
• Zarzycki R.; Wymiana ciepła i ruch masy w inżynierii środowiska, WNT, W-wa,2010
• Kmieć A.; Procesy cieplne i aparaty, Oficyna wydawnicza Pol. Wrocławskiej, Wrocław, 2005
• Bartelmus G., Janecki D., Kos M.; Inżynieria procesowa-laboratorium, UO, Opole, 1999
A.2. studiowana samodzielnie przez studenta
• Zarzycki R.; Wymiana ciepła i ruch masy w inżynierii środowiska, WNT, W-wa,2010
• Kmieć A.; Procesy cieplne i aparaty, Oficyna wydawnicza Pol. Wrocławskiej, Wrocław, 2005
• Bartelmus G., Janecki D., Kos M.; Inżynieria procesowa-laboratorium, UO, Opole, 1999
B. Literatura uzupełniająca
• Koch R., Noworyta A., Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1992.
Wiedza
W1 objaśnia i rozumie zjawiska i procesy rządzące przepływem płynów
W2 objaśnia i rozumie zjawiska i procesy rządzące przepływem ciepła i masy
W3 zna 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 umiejętność obliczenia ilości energii transportowanej przez płyn w przepływie laminarnym i burzliwym
U7 umiejętność doboru typu i obliczenia prostego wymiennika ciepła
U8 umiejętność obliczenia ilości masy transportowanej drogą dyfuzji
U9 umiejętność obliczenia ilości masy transportowanej przez płyn w przepływie laminarnym i burzliwym
U10 umiejętność doboru typu wymiennika masy, obliczenia i zmierzenia podstawowych parametrów operacyjnych (natężenia przepływu płynów, opory przepływu płynów przez wypełnienie, ilość cieczy zawieszonej na wypełnieniu, powierzchnia wymiany masy, typ i wielkość wypełnienia itp.)
U11 umiejętność doboru pompy do potrzeb instalacji
U12 prezentuje, objaśnia wyniki i wyciąga wnioski z doświadczeń
Kompetencje społeczne (postawy)
K1 potrafi pracować indywidualnie i w zespole
Kontakt
bartel@ iich.gliwice.pl
[email protected]