Το μάθημα περιλαμβάνει εφαρμοσμένα παραδείγματα της μηχανικής ρευστών, μεταφοράς μάζας και ενέργειας, θερμοδυναμικής και φυσικών και χημικών διεργασιών. Συγκεκριμένα, το μάθημα περιλαμβάνει πειράματα αξιοποιώντας τις ακόλουθες πειραματικές διατάξεις (εξοπλισμό):
1. Αυτοματοποιημένη μονάδα προσδιορισμού συντελεστή διάχυσης και μελέτης μεταφοράς μάζας αερίων
Η μονάδα επιτρέπει στους φοιτητές να εξοικειωθούν με τις βασικές αρχές της θεωρίας μεταφοράς μάζας – ειδικά για την διάχυση ενός πτητικού υγρού σε αδρανές αέριο – επιτρέποντας τους να καταγράψουν πειραματικά δεδομένα που θα τους βοηθήσουν να κατανοήσουν στην πράξη την υπό μελέτη διεργασία.
Πειράματα και πρακτικές ασκήσεις με το σύστημα:
a. Εφαρμογή του νόμου του Fick για τον υπολογισμό της διαχυτότητας
b. Κατευθείαν μέτρηση των ρυθμών μεταφοράς μάζας
c. Προσδιορισμός του ρυθμού μεταφοράς μοριακής πυκνότητας
d. Μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας στους συντελεστές διάχυσης
e. Χρήση των νόμων των αερίων για τον προσδιορισμό διαφοράς συγκεντρώσεων υπό τη μορφή μερικών πιέσεων αερίων
f. Γραφική αναπαράσταση των προφίλ πυκνότητας
g. Ασκήσεις βαθμονόμησης αισθητήρων
2. Αυτοματοποιημένη μονάδα προσρόφησης σε σταθερή κλίνη
Η μονάδα επιτρέπει στους φοιτητές να εξοικειωθούν με τις αρχές του φαινομένου προσρόφησης αερίων χρησιμοποιώντας σταθερή στήλη προσρόφησης. Η πειραματική αυτή διάταξη επιτρέπει την ανάλυση της προσρόφησης και των καμπύλων εκρόφησης που συνδέονται με τον διαχωρισμό του CO2 από αδρανές αέριο (He), χρησιμοποιώντας ενεργοποιημένο άνθρακα ως προσροφητικό.
Πειράματα και πρακτικές ασκήσεις με το σύστημα:
a. Μελέτη της θεωρίας κίνησης μορίων που περιγράφεται από τη διεργασία ρόφησης-εκρόφησης
b. Μελέτη της διεργασίας ρόφησης/εκρόφησης κάτω από διαφορετικές λειτουργικές συνθήκες όπως η θερμοκρασία, πίεση, ογκομετρική ροή και η συγκέντρωση του προσροφούμενου αερίου
c. Μελέτη των καμπύλων προσρόφησης του CO2 και τα θερμοκρασιακά προφίλ που προκύπτουν κατά τη διεργασία ρόφησης/εκρόφησης
d. Μελέτη του ψευδο-ισόθερμου συστήματος σε χαμηλές συγκεντρώσεις και πιέσεις.
e. Εξοικείωση με τον σχηματισμό των περιεκτικών και διάχυτων μετώπων κατά τη διεργασία προσρόφησης
f. Ασκήσεις βαθμονόμησης αισθητήρων
g. Εξαγωγή της ισόθερμου προσρόφησης του CO2 (σε κατάσταση ισορροπίας) από τις καμπύλες εκρόφησης
3. Αυτοματοποιημένοι χημικοί αντιδραστήρες
Η μονάδα περιλαμβάνει και τους τέσσερις βασικούς τύπους χημικών αντιδραστήρων (αυτόκλειστος, συνεχούς ροής-πλήρους ανάδευσης, εμβολικής ροής και σταθερής κλίνης).
Πειράματα και πρακτικές ασκήσεις με το σύστημα:
a. Προσδιορισμός ιοντικών αγωγιμοτήτων
b. Λειτουργία αυτόκλειστου
c. Προσδιορισμός της τάξης αντίδρασης για το οξικό οξύ
d. Προσδιορισμός της τάξης αντίδρασης για το υδροξείδιο του νατρίου
e. Υπολογισμός σταθεράς ταχύτητας του υδροξειδίου του νατρίου
f. Υπολογισμός σταθεράς ταχύτητας του υδροξειδίου του οξικού οξέος
g. Μεταβολή της κινητικής σταθεράς με τη θερμοκρασία; Εξίσωση Arrhenius
h. Θεωρητική και πειραματική μετατροπή αντιδρώντων
i. Επιδράσεις μιγμάτων
j. Εξαγωγή της εξίσωσης του ρυθμού αντίδρασης
k. Συνεχής λειτουργία
l. Επιδράσεις μιγμάτων σε συνεχή λειτουργία
m. Μέτρηση αγωγιμότητας του συστήματος: conductimeter
n. Μεταβολή της μετατροπής με το χρόνο παραμονής των αντιδρώντων
o. Κατανομή χρόνου παραμονής
p. Προσδιορισμός της σταθεράς του ρυθμού αντίδρασης
q. Ασκήσεις βαθμονόμησης αισθητήρων
r. Μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς αντιδραστήρων CSTR σε σειρά
s. Επίδραση της ογκομετρικής ροής
t. Συνεχής λειτουργία:
Με έναν αντιδραστήρα
Με έναν αντιδραστήρα και επίδραση μιγμάτων
Με τρεις αντιδραστήρες
u. Επίδραση βηματικής μεταβολής
v. Απόκριση σε αυθόρμητη αλλαγή
4. Αυτοματοποιημένος καταλυτικός αντιδραστήρας
Η μονάδα επιτρέπει στους φοιτητές να εξοικειωθούν με τις αρχές της αντίδρασης υδρόλυσης της σακχαρόζης σε συνεχές σύστημα χρησιμοποιώντας καταλυτικό αντιδραστήρα σταθερής κλίνης.
Η μονάδα επιτρέπει την ανάλυση της συμπεριφοράς και των κύριων χαρακτηριστικών ενός καταλύτη σε μια χημική αντίδραση και της σταθεροποίησης καταλυτών σε αντιδραστήρα. Επιπρόσθετα χρησιμοποιώντας το σύστημα ανάλυσης FIA, οι φοιτητές μπορούν να προσδιορίσουν το βαθμό μετατροπής των αντιδρώντων και τη συγκέντρωση των τελικών προϊόντων σε συνεχή τρόπο, χωρίς να απαιτείται η επαναλαμβανόμενη και «χειροκίνητη» μέτρηση τους.
Πειράματα και πρακτικές ασκήσεις με το σύστημα:
a. Μελέτη των αρχών ενός καταλυτικού αντιδραστήρα σταθερής κλίνης
b. Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων στην αποτελεσματικότητα του αντιδραστήρα
c. Σύγκριση χημικής και βιολογικής (ενζυμικής) κατάλυσης
d. Μελέτη της επίδρασης διαφορετικών παραμέτρων για την επίτευξη των τελικών προϊόντων, π.χ., ροή εισόδου, θερμοκρασία αντίδρασης, συγκέντρωση αντιδρώντων
e. Βαθμονόμηση φασματοφωτομέτρου
f. Χρήση φασματοφωτομέτρου και ανάλυση προϊόντων
g. Μελέτη της τεχνικής Flow Injection Analysis (FIA)
h. Μελέτη της επαναληψιμότητας και ευαισθησίας της τεχνικής FIA σε σχέση με την ροή και την συγκέντρωση του δείγματος
i. Ασκήσεις βαθμονόμησης αισθητήρων
j. Μελέτη κατάλυσης σε σταθερή και μη σταθερή κατάσταση
k. Προσδιορισμός κινητικής σε σταθερή και μη σταθερή κατάσταση σε καταλυτικό αντιδραστήρα σταθερής κλίνης
5. Μονάδα μελέτης της διάβρωσης
Η μονάδα επιτρέπει την εξοικείωση με τις αρχές της διάβρωσης. Ο στόχος της άσκησης αυτής είναι η ταυτόχρονη μελέτη οκτώ (8) κελιών διάβρωσης σε διαφορετικές συνθήκες και η επίδραση της διεργασίας διάβρωσης.
Πειράματα και πρακτικές ασκήσεις με το σύστημα:
a. Γαλβανικό δυναμικό
b. Μελέτη γαλβανικών ζευγών
c. Παθητικοποίηση σιδήρου
d. Επίδραση pH
e. Ανοδίωση αλουμινίου
f. Προστασία καθόδου
g. Γαλβανική οξείδωση και αν διάβρωση
h. Σχηματισμός κελιών Daniell για την παρακολούθηση των πρότυπων δυναμικών
i. Επίδραση συγκέντρωση οξυγόνου στη διάβρωση
j. Ηλεκτρολυτική διάβρωση
k. Χημική παρεμπόδιση
l. Αποτροπή σχηματισμού πλάκας
m. Επίδραση εσωτερικού στρες
n. Μελέτες επεξεργασίας νερού
π.χ., σταθεροποίηση ανθρακικού ασβεστίου, οξείδωση σιδήρου και μαγγανίου σε υπόγεια ύδατα, επεξεργασία νερού με χημική καθίζηση, απολύμανση νερού με διάλυμα χλωρίου.
6. Αυτοματοποιημένη συσκευή κατακάθισης
Η μονάδα επιδεικνύει τη διεργασία καθίζησης και επιτρέπει στους φοιτητές να εξοικειωθούν με τις αρχές κατακάθισης σωματιδίων σε δοχείο.
Η μονάδα επιτρέπει επίσης στους φοιτητές να μελετήσουν τα υδραυλικά χαρακτηριστικά ενός ορθογώνιου δοχείου κατακάθισης σε συνεχή λειτουργία. Επιπλέον, η μονάδα επιτρέπει στους χρήστες να εξαγάγουν αξιόπιστα συμπεράσματα σε σχέση με τη λειτουργία της και να τα εφαρμόσουν για τη λειτουργία μονάδων σε πραγματική κλίμακα.
Πειράματα και πρακτικές ασκήσεις με το σύστημα:
a. Μελέτη των βασικών αρχών διαχωρισμού στερεών σε αιώρημα
b. Αποτελεσματικότητα διαχωρισμού με κατακάθιση
13
c. Μελέτη ρευματικών γραμμών
d. Ασκήσεις βαθμονόμησης αισθητήρων
e. Μελέτη της επίδρασης της ροής, θερμοκρασίας νερού εισόδου και άλλων παραμέτρων
f. Μέτρηση απόδοσης ιζηματογενούς αφαίρεσης και συσχέτιση αυτής με τα υδραυλικά χαρακτηριστικά
g. Σύγκριση πραγματικής ροής με μοντέλα ιδανικής ροής
h. Μελέτη της απόδοσης του διαχωρισμού σε σχέση με: τη συγκέντρωση των σωματιδίων στο αιώρημα, της ροής και της θέσης του ρυθμιστή ροής
7. Αυτοματοποιημένη στήλη κλασματικής απόσταξης συνεχούς λειτουργίας
Η μονάδα επιτρέπει στους φοιτητές να εξοικειωθούν με τις βασικές αρχές της διεργασίας απόσταξης και να μελετήσουν τις παραμέτρους που την επηρεάζουν. Επιπρόσθετα, οι φοιτητές θα έχουν την ευκαιρία να ερευνήσουν τις αρχές που διέπουν την μεταφορά μάζας και ενέργειας, όπως επίσης και να προσδιορίσουν τις βέλτιστες συνθήκες για το διαχωρισμό σε μεγάλη κλίμακα.
Πειράματα και πρακτικές ασκήσεις με το σύστημα:
a. Ετοιμασία διαλυμάτων και πλήρωση της κολώνας
b. Αυτόκλειστη και συνεχής λειτουργία της στήλης
c. Εξαγωγή του διαγράμματος McCabe-Thiele χωρίς αναρροή
d. Εξαγωγή του αριθμού πλακών χωρίς αναρροή
e. Υπολογισμός αποτελεσματικότητας χωρίς αναρροή
f. Μεταβολή της σύστασης του αποστάγματος, διατηρώντας το λόγο αναρροής σταθερό
g. Σταθερή σύσταση αποστάγματος με μεταβολή ή διατήρηση του λόγου αναρροής
h. Συνεχής τροφοδοσία της στήλης
i. Ισοζύγια μάζας και ενέργειας σε όλο το σύστημα
j. Δυναμική μελέτη πλακών, συμπεριλαμβανομένης της απώλειας φορτίου και της πλημύρισης της στήλης
k. Μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας τροφοδοσίας στη συνεχή λειτουργία
l. Υπολογισμός του αριθμού θεωρητικών πλακών και του ισοδύναμου ύψους τους (HEPT) στις στήλες δακτυλίου Raschig
m. Μέτρηση της θερμοκρασίας όλων των πλακών
n. Μελέτη της απόδοσης απόσταξης σε διαφορετικές πιέσεις
o. Επίδραση της θέσης και της θερμοκρασίας της τροφοδοσίας
p. Επίδειξη αζεοτροπικής απόσταξης
q. Ασκήσεις βαθμονόμηση δοσομετρικής αντλίας, θερμομέτρων και αισθητήρων ροής και πίεσης