Vurderingsordning

Faglig innhold

Fordypningsemnet består av to valgbare tema som kombineres slik at total belastning blir 7.5 stp.

Kjemisk Prosessteknologi, Emnemoduler (3.75 sp): Emnemoduler fra andre spesialiseringsfag ved instituttet kan velges i samråd med emneansvarlig. I spesiellt tilfeller kan det også i samråd med emneansvarlig være mulig å definere åpne moduler relatert til temaer som ikke dekkes av andre moduler ved instituttet. Faglig innhold og læringsutbytte i modulen må i så tilfelle defineres før undervisingen starter. Denne modulen må også inneholde en obligatorisk aktivitet og eksamensformen må være muntlig.

Valgbare tema er:

Eksperimentell kolloidkjemi (3.75 sp): Temaet gir en grunnleggende innføring i bruk av eksperimentell design, statistisk dataanalyse og databehandlingsmetoder som redskap for å gjøre laboratoriearbeidet rasjonelt og effektivt. Videre gis en innføring i prinsipper for utvalgte måleteknikker for å studere overflate- og kolloidkjemiske fenomen, med eksempler hentet fra industrielle anvendelser og husholdningsprodukt, inkludert vannbehandling, produksjon av maling, petroleumsproduksjon og mat- og kosmetiske produkter. Teorien kombineres med øvingsoppgaver.

Surfaktanter og polymerer i vandig løsning (3.75 stp) Denne modulen introduserer vandige løsningsprosesser og adsorpsjonsprosesser for surfaktanter og polymerere. En Gibbs fri energi termodynamisk tilnærming brukes. Fysisk strukturering av surfaktanter og polymerere i vandig løsning tilskrives endringer i entropi og entalpi. Hydrofobiske interaksjoner og elektrostatiske interaksjoner er gjennomgående temaer i modulen. Disse interaksjonene forårsaker micelle dannelse, væske-væske faseseparasjon, adsorpsjon, binding mellom polymerere og surfaktanter, dannelse av lyotropiske flytende krystaller, assosiativ faseseparasjon, og segregativ faseseparasjon. Spontan overflatekrumning og molekylære pakkingshensyn styrer geometriene til de aggregerte strukturer. Gibbs fase regelen relaterer antall likevektfaser til antall tilgjengelige frihetsgrader i systemet. Langmuir-ligningen beskriver adsorpsjon på faste overflater.

Kjemisk prosessteknologi, spesialtema (3.75 stp)

Andre valgbare tema ved instituttet:

Gassrensing (3.75 stp): Introduksjon til kraftproduksjon med fokus på røykgass behandling. Gassrenseprosesser som behandles vil være fjerning av CO2, H2S, SO2, NOx og VOC. Introduksjon på gassrensing med absorpsjon. Klimaproblematikk på et overordnet plan og internatisjonale avtaler.

Membranseparasjon (3.75 stp): Temaet vil omhandle innføring i grunnleggende materialteknologi og membranseparasjon i væske- og gassystemer. Delemner er transportmekanismer, membrantyper og deres framstilling og egenskaper, moduler og anlegg. Videre behandles de viktigste problemene som er konsentrasjonspolarisasjon og fouling (tilskitning av membranen) og metoder til å redusere virkningen av disse.

Heterogen katalyse VK - (3,75 stp): Kurset gir studentene en spesialisering i heterogen katalyse. Modulen bygger på kurset TKP4155, og utvalgte tema diskuteres. Fokus er på katalytiske materialer, karakteriseringsteknikker, aktivitetsmålinger og betydningen av transportbegrensninger, kinetikk og deaktivering. Det legges vekt på å kunne forstå og vurdere, og planlegge eksperimentelle studier av katalysatorer. Kurset gir trening i skriftlig og muntlig rapportering.

Katalyse i energi og miljøsammenheng - (3,75 stp): Kurset gir en innføring i heterogen katalyse anvendt i energiomvandling, utslippsrensing og i ren produksjon. Modulen bygger i noen grad på TKP4150. Viktige tema er eksosrensing og rensing av utslipp fra industrielle prosesser, hydrogenframstilling og brenselceller, fremstilling av biodrivstoff, fotokatalyse, vannrensing og grønn kjemi. Kurset gir trening i bruk av forskningslitteraturen.

Krystallisasjon og partikkeldesign (3.75 stp): Modulen vil dekke den klassiske krystalliseringsteorien og grunnleggende partikkeldesign. Viktige termodynamiske og kinetiske faktorer for løsningskrystallisering vil bli definert. Spesielle forhold knyttet til produksjon av nanopartikler og materialutvikling ved biomineralisering og andre strategier som samutfelling, termisk nedbrytning, nanoutfelling, blant annet, vil bli diskutert. En introduksjon til industriell krystallisering vil bli gitt for å analysere separasjonsytelse, fjerning av urenheter ved utfelling og avleiring på prosessutstyr. Modulen vil også fokusere på ulike karakteriseringsteknikker for partikler i suspensjon. Funksjonalisering av partiklene både in situ (under syntese) og post situ vil bli dekket i detalj med sikte på å skreddersy partikler for utvalgte bruksområder innen biomedisin og miljøressursforvaltning.

Ikke-lineær modellprediktiv regulering av kjemiske og bioprosesser, videregående kurs - (3,75 stp): Denne modulen starter med en oversikt over hvordan man drifter prosesser, og så blir det presentert forskjellige metoder for å implementere modellprediktiv regulering på kjemiske og biologiske prosesser. Forelesningene blir akkompagnert av programmeringsøvinger der studentene utvikler sine egne coder for utvalgte algoritmer. Assosierte konsepter som estimering og sanntidsoptimalisering (Real-time Optimization) blir diskutert også. For øvingene blir det brukt en bioprosess som eksempel.

Læringsutbytte

Etter endt emne skal studentene kunne:

- Innhente, forstå og referere til fagfellevurdert internasjonal litteratur

- Anvende utvalgte avanserte metoder fra kjemisk prosessteknologi på praktiske problemstillinger.

- Presentere resultatene i en muntlig presentasjon

Modulspesifikke læringsmål:

Eksperimentell kolloidkjemi:

• Anvende eksperimentell design i planlegging av laboratoriearbeid
• Forstå prinsippene for utvalgte eksperimentelle metoder

Surfaktanter og polymerer i vandig løsning

- Konseptuelt skille mellom entropiske og entalpiske bidrag til den hydrofobiske kraften

- Beskriv Gibbs frie energiendringer assosiert med (1) micelle dannelse, (2) polymer-surfaktant binding og (3) adsorpsjon av polymerere/surfaktanter på hydrofobe/hydrofile overflater

- Forstå interaksjoner mellom surfaktanter og polymerere ved ulike fysiske forhold, samt faseadferd og reologisk oppførsel

- Forutsi vekst i micelle størrelse og dannelse av lyotropiske flytende krystallfaser basert på den kritiske pakkingsparameteren (CPP)

- Fastslå verdier for kritisk micellekonsentrasjon (CMC) og kritisk assosiasjonskonsentrasjon (CAC) fra et gitt datasett

- Relater antall likevektfaser i et vandig polymer-surfaktant system til frihetsgradene ved å bruke Gibbs fase regel

- Tolke fasediagrammer og identifisere faseseparasjon og stabile domener

- Anvende adsorpsjonsisotermer for å fastsette overflatedekning og adsorpsjonsaffinitet

Membranseparasjon:

• Forstå grunnleggende transportmekanismer i membranseparasjon;
• Ha oversikt over membranmaterialeegenskaper og ytelse, fremstillings- og karakteriseringsmetoder, og prosesser i utvalgte applikasjoner

Krystallisasjon og partikkeldesign:

• Forstå forholdene som styrer størrelsen og formen til mikro- og nanopartikler innenfor det grunnleggende om krystalliseringsteori

• Bli introdusert til industrielle krystalliseringsprosesser og konsepter

• Forstå de fysisk-kjemiske egenskapene til de syntetiserte partiklene ved hjelp av ulike karakteriseringsteknikker

• Lær ulike strategier for funksjonalisering og stabilisering av partikler i suspensjon for å imøtekomme ulike biomedisinske og miljømessige bruksområder

Heterogen katalyse VK

• Kunne foreslå katalysatordesign og fremstillingsruter for heterogene katalysatorer
• Ha oversikt over de viktigste karakteriseringsmetodene som brukes for heterogene katalysatorer
• Ha kjennskap til grunnleggende prinsipper for aktivitets- og selektivitetsmålinger, og forstå betydningen av transportbegrensninger og katalysatordeaktivering

Katalyse i energi og miljøsammenheng:

• Kjenne til og kunne beskrive hvordan heterogen katalyse brukes innen avgassrensing, energiomvandling og ren produksjon
• Kunne beskrive katalytisk fremstilling og bruk av hydrogen
• Kjenne til prinsippene for fotokatalyse
• Kjenne til foredling av biomasse via termokjemiske og katalytiske prosessruter

Ikke-lineær modellprediktiv regulering av kjemiske og bioprosesser, videregående kurs

• Ved slutten av kurset skal studentene kunne implementere sin egen ikkelineær modellprediktiv regulator i matlab, og skal ha en god forståelse av viktige problemstillinger relatert til implementasjon av modellprediktiv regulering i kjemiske, biologiske og energiprosesser.

Læringsformer og aktiviteter

Undervisning i temaene kan være forelesninger, kollokvier, seminarer, øvinger og/eller selvstudium. Forventet samlet tidsbruk i emnet er 200 timer.

Obligatoriske aktiviteter:

Eksperimentell kolloidkjemi:

• Øvinger

Surfaktanter og polymerer i vandig løsning

Gruppepresentasjon (3-4 studenter per gruppe).

Presentasjonsemne: Entropiske og entalpiske bidrag til den hydrofobe kraften som funksjon av temperatur.

Kjemisk prosessteknologi, spesialtema

• Presentasjon av en vitenskapelig artikkel

Membranseparasjon: øvinger og gruppepresentasjon (2-3 studenter per gruppe)Krystallisasjon og partikkeldesign:

• Øvelser
• Semesteroppgave som oppsummerer 6-8 vitenskapelige artikler (individuell oppgave)
• Presentasjon av semesteroppgave (individuell oppgave)

Gassrensing: Rapport og presentasjon

Heterogen katalyse VK :

• Individuell oppgave (essay med analyse av en vitenskapelig artikkel)
• Vitenskapelig foredrag (presentasjon av en vitenskapelig artikkel)

Katalyse i energi og miljøsammenheng

• Studie av en vitenskapelig artikkel.

Prosessregulering, videregående kurs

• øvinger

Ikke-lineær modellprediktiv regulering av kjemiske og bioprosesser, videregående kurs

• Programmeringsøvinger

Presentasjoner

Obligatoriske aktiviteter

• Muntlig presentasjon av en vitenskapelig artikkel

Mer om vurdering

Muntlig eksamen

Spesielle vilkår

Anbefalte forkunnskaper

TKP4115 Overflate- og kolloidkjemi og TKP4130 Polymerkjemi, eller tilsvarende kunnskaper. Anbefalte forkunnskaper vil også variere etter valgt tema.

Kursmateriell

Oppgis ved kursstart.

Studiepoengreduksjon