Faglig innhold

Oversikt og beskrivelse av et utvalg av de reaktortyper som er i industriell bruk, med hovedvekt på fixed bed, fluidized bed, flerfasereaktorer, røretanker og bioreaktorer. Den strukturelle oppbygging av hovedelementene i en reaktormodell: Kinetikk, termodynamikk, strømnings- og transportbeskrivelse og fysikalske data. Med basis i de enkle reaktormodelltyper utvikles homogene og heterogene modeller for flerfasereaktorer. Videre behandles dynamikk, ikke-ideelle strømningsforhold, analyse basert på oppholdstidsfordelingsfunksjoner og populasjonsbalansemodeller.

Læringsutbytte

Kunnskap: Kandidatene skal ha kunnskap om arbeidsprinsipp/virkemåten for de viktigste reaktortypene som er i bruk i norsk industri. Disse reaktorene er Fixed bed, fluidized bed, flerfasereaktorer og røretanker. Videre skal kandidatene ha god kjennskap til den strukturelle oppbygging av hovedelementene i en reaktormodell: kinetikk/reaksjonslikevekt, termodynamikk, strømnings- og transportbeskrivelser og fysikalske data. Kandidatene skal kunne utlede modelligninger med kompleksitet på nivå med blandetrinns-, stempelstrøm- og dispersjonsmodeller for å beskrive forløp av konsentrasjons-, temperatur, og trykkprofiler i reaktorene med utgangspunkt i de generiske mikroskopiske balanse- og konserveringsligningene for masse og varme. Det å kunne formulere passende grensebetingelser hører også med. Ferdigheter: Kandidatene skal kunne implementere disse modelligningene i et programmeringsspråk som for eksempel Matlab, og utføre simuleringer av kjemiske prosesser i industrielle reaktorer. De skal også være i stand til å innhente passende korrelasjoner for å bestemme modellparametre (fra litteratur og/eller fra eksperimentelle data). Kandidatene skal kunne verifisere og validere modeller, og ha kjennskap til nøyaktighet av de numeriske beregningene. Videre skal de kunne utføre numeriske analyser av effekter av variasjon i driftsbetingelser som strømningshastighet, kjemisk sammensetning, temperatur og trykk for et utvalg av kjemiske prosesser, samt forstå samspillet mellom teoretiske og eksperimentelle analyser som redskaper i arbeidet med å optimalisere eksisterende kjemiske prosesser og for å minimere utviklingskostnader for nye prosesser. Generell kompetanse: Kandidatene kan vurdere og diskutere eksisterende og nye modellresultater samt måledata basert på en kombinasjon av egen forskningserfaring og relevant litteratur.

Læringsformer og aktiviteter

Det generelle underlaget fra reaktormodellering vil bli gjennomgått i forelesninger og prosjektoppgaver. I prosjektoppgavene arbeider studentene med å anvende modelleringskonseptene på aktuelle problemstillinger innen petrokjemi, biokjemi, miljøkjemi, og andre beslektede fagområder og ved bruk av Matlab. Prosjektarbeidene presenters og diskuteres i plenum. Forventet arbeidsbelastning per uke er tre timer forelesning, fire timer øving, og fem timer selvstudium. Totalbelastningen i faget er 200 timer fordelt på forelesninger (25%) og prosjekter/selvstudium (75%).

Obligatoriske aktiviteter

• Prosjekt

Anbefalte forkunnskaper

Emne TKP4110 Kjemisk reaksjonsteknikk, emne TKP4160 Transportprosesser og elementært grunnlag i numeriske metoder. Emnet er lagt opp etter studieprogrammets obligatoriske forutgående fagkrets, men vil kunne følges av studenter fra andre studieprogram, eventuelt etter innføring ved selvstudium.

Kursmateriell

Jakobsen, H. A., 2014: Chemical Modeling: Multiphase Reactive Flows, 2nd edition. Springer, og utvalgte tidsskriftartikler.

Studiepoengreduksjon