3. Зміст навчальної дисципліни та види діяльності студентів

№ пор.

Тема та зміст лекції

Кількість годин за формою навчання

Номер цілі

денною

заочною

1

Вступ. Зміст і завдання дисципліни, її виникнення та розвиток. Класифікація технологічних процесів. Особливості і перспективи розвитку біотехнології. Основні закони, яким підпорядковані технологічні процеси. Основи раціональної побудови апаратів. Методи інтенсифікації і оптимізації процесів.

2

0,25

1.1,

1.2,

1.4,

1.5

2

Моделювання процесів і апаратів

Класифікація моделей. Фізичне моделювання. Поняття про подібність фізичних моделей. Теореми подібності і критерії подібності. Способи опрацювання експериментальних даних, переваги та недоліки критеріальних рівнянь. Метод аналізу розмірностей. Математичне моделювання, його суть, переваги і недоліки. Еволюційний і системний підходи в теорії процесів і апаратів.

3

0,25

1.1,

1.2,

1.5

3

Основи гідравліки

3.1

Гідростатика. Основні визначення. Фізичні властивості рідин. Диференціальне рівняння рівноваги Ейлера. Основне рівняння гідростатики і його практичне застосування.

3

0,5

1.2,

1.4,

2.1,

3.1,

3.3

Гідродинаміка. Характеристика руху рідини. Рівняння нерозривності руху потоку. Рівняння Навьє–Стокса. Рівняння Бернуллі та його практичне застосування.

4

1

1.2,

1.4,

2.1,

3.1

Переміщення рідин і газів. Загальні відомості. Основні параметри насосів. Відцентрові, поршневі і спеціальні насоси, їх порівняння і особливості використання. Галузі застосування компресорів і вакуумнасосів різних типів.

2

ср

1.4,

2.1,

3.1,

3.3

4.

Механічні і гідромеханічні процеси

4.1

4.1. Механічні процеси. Подрібнення, сортування, пресування, гранулювання. Визначення, основи теорії, особливості використання в біотехнології. Конструктивне оформлення процесів.

2

ср

1.2,

2.2,

3.2

4.2

Гідромеханічні процеси.

4.2.1

1

0.5

1.2,

1.3,

2.1,

2.2,

2.3,

3.3

4.2.2

Фільтрування. Класифікація методів фільтрування. Основи теорії промислового фільтрування: узагальнене рівняння, рівняння фільтрування проф. Г.М.Знаменського. Класифікація і будова фільтрів періодичної і безперервної дії.

2

1

1.2,

1.3,

2.1,

2.2,

2.3,

3.3

4.2.3

Центрифугування. Класифікація центрифуг. Надцентрифуги. Теорія сепарування і особливості розрахунку тарілчастих сепараторів. Фільтрування у відцентровому полі. Конструкції осаджувальних і фільтрувальних центрифуг.

1

ср

1.2,

1.3,

2.1,

2.2,

2.3,

3.3

4.2.4

Розділення газових неоднорідних систем (грубе очищення газів). Методи очищення газів. Механічне очищення газів. Циклони. Мокре очищення газів. Фільтрування і електроочищення газів.

1

ср

1.2,

1.3,

2.1,

2.2,

2.3,

3.3

4.2.5

Перемішування. Визначення і класифікація процесів перемішування, мета перемішування. Механічне перемішування, конструкції мішалок. Поточне і пневматичне перемішування. Основи теорії перемішування. Витрати енергії на перемішування.

1

1

1.2,

1.3,

2.1,

2.2,

2.3,

3.3

5.

Теплові процеси

5.1

Загальні закономірності теплових процесів. Завдання і способи теплової обробки технологічних середовищ. Класифікація теплообмінних процесів. Характеристика джерел тепла. Рівняння теплопередачі. Розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі і теплопередачі.

1

0.5

1.2,

1.3,

2.1,

2.2,

2.3,

3.3

5.2

Нагрівання і охолодження. Класифікація і конструкції теплообмінників, їх порівняльна оцінка. Галузі застосування. Тепловий, конструктивний і гідродинамічний розрахунки теплообмінників. Оптимізація режиму роботи теплообмінника. Специфіка теплообміну в біотехнологічних процесах.

1

1

1.2,

1.3,

2.1,

2.2,

2.3,

3.3

5.3

Випарювання. Теоретичні основи випарювання. Методи випарювання. Фактори, які впливають на інтенсивність і продуктивність випарної установки. Розрахунок корисної різниці температур. Розподіл корисного температурного перепаду по корпусах багатокорпусної випарної установки. Випарна установка з термокомпресором. Матеріальний і тепловий баланси випарювання. Розрахунок навантаження корпусів. Класифікація і конструкції випарних апаратів.

2

0.5

1.2,

1.3,

2.1,

2.2,

2.3,

3.3

5.4

Конденсація. Визначення і класифікація процесів конденсації. Поверхневі конденсатори, їх конструкції і особливості розрахунку. Конденсатори змішування, їх конструкції і розрахунок.

1

0.5

1.2,

1.3,

2.1,

2.2,

2.3,

3.3

6.

Масообмінні процеси

6.1

Загальні закономірності масообмінних процесів. Класифікація масообмінних процесів та їх визначення. Закони фазової рівноваги. Основні закони дифузійної кінетики. Молекулярна, конвективна і турбулентна дифузії. Теорія масоперенесення. Рівняння масопередачі. Поверхневий і об'ємний коефіцієнти масоперенесення. Подібність масообмінних процесів. Проблема масштабування масообмінних процесів, урахування параметрів крупномасштабного перенесення маси. Термодифузія. Методи інтенсифікації процесів.

2

1

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

6.2

Сорбційні процеси. Загальні відомості і класифікація процесів сорбції. Статика процесу: рівняння матеріального балансу і умов рівноваги. Кінетика процесу сорбції. Графічне зображення і розрахунки процесів сорбції. Абсорбція і адсорбція, їх особливості. Конструкції апаратів для абсорбції і адсорбції. Особливості процесу сорбції кисню і десорбція вуглекислого газу у біотехнології.

2

0.5

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

6.3

Сушіння. Загальна характеристика процесу. Класифікація методів сушіння. Властивості вологих матеріалів. Основи статики сушіння. Кінетика сушіння. Криві сушіння і криві швидкості сушіння. Швидкість сушіння в перший та другий періоди. Основи розрахунку сушильних установок. Матеріальний і тепловий баланси сушіння. Варіанти сушильного процесу. Класифікація і конструкція сушарок. Нові методи сушіння: інфрачервоним випромінюванням, струмами високої частоти, сублімацією, у "киплячому" шарі.

2

1

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

6.4

Перегонка. Основні закони перегонки. Класифікація бінарних систем і процесів перегонки. Криві рівноваги. Поняття про дефлегмацію. Проста перегонка, рівняння матеріального балансу. Складна перегонка, колонні апарати, їх розрахунок. Робочі лінії, їх побудова. Визначення кількості теоретичних тарілок. Коефіцієнт корисної дії тарілки і висота, еквівалентна теоретичній тарілці. Конструкції ректифікаційних апаратів.

2

1

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

6.5

Кристалізація. Методи кристалізації. Основні відомості з теорії кристалізації. Кінетика процесу кристалізації. Конструкції кристалізаторів.

1

ср

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

6.6

Екстрагування. Класифікація методів екстрагування. Основи теорії екстрагування. Кінетика екстрагування. Конструкції екстракторів.

2

0.5

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

7

Біоінженерні процеси

7.1

Особливості біоінженерних процесів. Класифікація процесів мікробіологічного синтезу, зв'язок з основними хіміко-технологічними процесами.

2

1

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

7.2

Біохімічні реактори. Класифікація і особливості роботи. Реактори ідеального змішування і витіснення, їх характеристичні рівняння. Мікрокінетика мікробіологічного синтезу, її зв'язок з мікрокінетикою ферментативних реакцій. Рівняння Михаеліса–Ментен, рівняння Моно. Математичні моделі росту мікроорганізмів: рівняння оборотної автокатолітичної реакції, логістична крива. Розрахунок продуктивності періодично діючого реактора.

Макрокінетика мікробіологічного синтезу в реакторах безперервної дії. Загальна характеристика процесу культивування мікроорганізмів у безперервно діючих апаратах. Здатність саморегулювання під час безперервного процесу культивування. Продуктивність одноступеневого гомогенного культивування і порівняння з періодичним процесом. Одноступеневе гомогенне культивування з рециркуляцією. Багатоступеневе гомогенне безперервне культивування.

2

2

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

7.3

Перемішування під час культивування мікроорганізмів. Завдання і особливості. Пневматичне перемішування (барботажна аерація). Особливості розрахунку барботерів. Пневмомеханічне перемішування. Вплив механічного перемішування на параметри газорідинного шару. Витрати енергії під час перемішування газорідинних систем. Типи перемішувальних пристроїв. Масштабування процесів перемішування.

2

1

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

7.4

Особливості масоперенесення під час культивування мікроорганізмів. Схема транспорту кисню з повітря у клітину, опори масоперенесенню. Рівняння матеріального балансу ферментера за киснем. Вплив концентрації кисню на швидкість росту мікроорганізмів. Шляхи інтенсифікації процесу біосорбції кисню. Методи вимірювання концентрації розчиненого кисню. Об'ємний коефіцієнт масоперенесення кисню під час культивування мікроорганізмів, сучасні методи його визначення (динамічний, інтегральний, балансовий, дегазування, сульфітний). Час гомогенізації. Мікро- і макроперенесення.

2

2

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

7.5

Тонке очищення аерувального повітря. Завдання і методи стерилізації повітря під час культивування мікроорганізмів. Класифікація і принцип дії фільтрів тонкого очищення повітря. Механізми осідання частинок, які забезпечують тонке очищення. Типи фільтрувальних матеріалів для стерилізації повітря, їх вибір.

1

1

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

7.6

Піноутворення і піногасіння. Механізми піноутворення і руйнування піни. Коефіцієнт стабільності піни. Кінетика утворення та руйнування піни. Методи визначення піноутворювальної здатності культуральних середовищ. Класифікація методів піногасіння, їх використання.

1

1

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

7.7

Мембранні методи розділення. Класифікація і загальна характеристика мембранних методів розділення продуктів мікробіологічного синтезу. Переваги і перспективи мембранних методів розділення. Рушійні сили, принципова відмінність від фільтрування. Класифікація мембран. Поняття про селективність і проникність мембран. Діаліз розчинів. Електродіаліз. Застосування діалізу і електродіалізу для очищення ферментних розчинів. Ультрафільтрація.

1

1

1.2,

1.3,

1.4,

2.1,

2.2,

2.3,

3.1,

3.3,

3.4

Всього

48

20