Technologická zařízení v biorafinériích

Transkript

1 Technologická zařízení v biorafinériích Vedoucí BP: Prof. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D. Seznamte se s konceptem biorafinérie a na základě literární rešerše specifikujete několik technologií, které tomuto konceptu odpovídají. Pro vybranou technologii proveďte rozbor všech strojních zařízení, které se v technologii vyskytují a definujte jejich základní provozní parametry. Pro jedno vybrané zařízení proveďte analýzu jeho koncepčního uspořádání včetně analýzy jednotlivých konstrukčních uzlů. Zhodnoťte konstrukci zařízení nejen z hlediska dimenzování jednotlivých uzlů, ale zejména z hlediska jeho provozní spolehlivosti a nároků na údržbu.

2 Zařízení v technologii výroby a recyklace polymerů Vedoucí BP: Prof. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D. Seznamte se s technologií výroby vybraného typu polymerního materiálu (PVC, PP, PS, PA, PUR,..). Popište procesy a zařízení v této technologii. Na základě rešerše popište možnosti a technologie recyklace vybraného typu polymerního materiálu.

3 Specifika konstrukce a provozu zařízení pro farmaceutický průmysl Vedoucí BP: Prof. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D. Seznamte se s klíčovými technologiemi výroby léčiv a na základě literární rešerše se podrobně zaměřte specifika konstrukce a provozování zařízení v tomto průmyslovém odvětví. Definujte jednotlivá specifika (např. materiál, povrchové úpravy, spolehlivost, sanitace, ) a popište a kvantifikujte jednotlivé parametry jejich promítnutí do konstrukce zařízení. Podrobně se věnujte jednomu vybranému specifiku a navrhněte postup/metodiku jeho uplatnění při konstrukci těchto zařízení.

4 Vícerotorová míchací zařízení pro farmaceutický a kosmetický průmysl Vedoucí BP: Prof. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D. Na základě literární, patentové a průmyslové rešerše popište typické uspořádání jedno i vícerotorových míchacích zařízení vhodná pro farmaceutický a kosmetický průmysl. Popište metodiku stanovení základních procesních parametrů těchto míchacích zařízení. Pro vybranou aplikaci proveďte podrobný rozbor konstrukce vhodného uspořádání míchacího zařízení a stanovte základní procesní parametry a návrh na úrovni basic-design.

5 Zařízení pro mísení partikulárních látek Vedoucí BP: Prof. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D. Na základě literární, patentové a průmyslové rešerše popište konstrukci a užití různých koncepcí mísících zařízení pro mísení hrubozrnných a jemnozrnných partikulárních materiálů. Popište metodiku návrhu základních procesních parametrů zařízení pro mísení partikulárních látek daných vlastností. Pro vybraný partikulární materiál proveďte základní návrh mísiče na úrovni basic-design.

6 Zařízení pro dopravu vysokoviskózních látek a suspenzí Vedoucí BP: Prof. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D. Seznamte se s konstrukcí zařízení pro dopravu vysokoviskózních látek a suspenzí, které se často vyskytují v potravinářském, plastikářském a stavebním průmyslu. Proveďte rozbor konstrukce a provedení jednotlivých zařízení a zhodnoťte jejich rozsah použitelnosti a provozních omezení. Proveďte návrh typu a provozních parametrů zařízení pro dopravu Vámi vybrané konkrétní vysokovyskózní látky.

7 Dispergace v technologii výroby částicových nanokompozitů Vedoucí BP: Prof. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D. Seznamte se s technologií výroby částicových nanokompozitů. Popište procesy a zařízení pro dispergaci nanočástic do matrice (rychloběžní míchadla, systémy stator-rotor, ultrazvuk, koloidní mlýn, ). Popište možnosti stabilizace vzniklé disperze nanočástic v matrici. Na základě literární rešerše diskutujte vliv dispergace na užitné vlastnosti nanokompozitů.

8 Doprava heterogenních látek potrubím Vedoucí BP: Prof. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D. Seznamte se s popisem vlastností heterogenních látek, tj. disperzí kapalina-kapalina, kapalina-pevná látka, kapalina-plyn, plyn-pevná látka potřebných pro popis jejich toku potrubním systémem. Na základě rešerše definujte limitní stavy pro proudění těchto látek potrubím a navrhněte metodiku návrhového výpočtu potrubní větve pro dopravu těchto látek. Zpracujte ukázkový návrhový výpočet potrubní větvě pro dopravu zvoleného množství vybraného heterogenního materiálu, např. doprava kalů, suspenzí, hydraulická nebo pneumatická doprava partikulárních materiálů.

9 Odstředivky a ultraodstředivky Vedoucí BP: Prof. Ing. Tomáš Jirout, Ph.D. Seznamte se s teorií separace disperzí v poli odstředivých sil a jejím využitím v usazovacích a filtračních odstředivkách. Na základě literární, patentové a průmyslové rešerše popište konstrukci a použití jednotlivých odstředivek. Pro jeden vybraný konkrétní typ zařízení podrobně rozeberte jeho konstrukci, identifikujte podstatné funkční části a popište, jak byste postupovali při jejich návrhu a dimenzování.

10 Zařízení pro zpracování ropy Vedoucí BP: doc. Ing. Radek Šulc, Ph.D. Obsah práce: Seznámit se s technologiemi na zpracování ropy na paliva a petrochemikálie se zaměřením na procesy a zařízení. Zpracovat literární rešerši pro vybranou technologii a zařízení. Ukázkový výpočet vybraného zařízení.

11 Strojní zařízení pro výrobu cukru Vedoucí BP: doc. Ing. Radek Šulc, Ph.D. Obsah práce: Seznámit se s technologiemi výroby cukru se zaměřením na procesy a zařízení. Zpracovat literární rešerši pro vybranou technologii a zařízení. Ukázkový výpočet vybraného zařízení. zdroj: Cukrovar Prosenice.

12 Strojní zařízení pro výrobu sýrů Vedoucí BP: doc. Ing. Radek Šulc, Ph.D. Obsah práce: Seznámit se s technologiemi výroby různých typů sýra se zaměřením na procesy a zařízení. Zpracovat literární rešerši pro vybranou technologii a zařízení. Ukázkový výpočet vybraného zařízení.

13 Strojní zařízení v keramickém průmyslu Vedoucí BP: doc. Ing. Radek Šulc, Ph.D. Obsah práce: Seznámit se s technologiemi používanými při výrobě keramiky / porcelánu se zaměřením na používaná zařízení. Zpracovat literární rešerši pro vybranou technologii a zařízení. Ukázkový výpočet vybraného zařízení. zdroj: vsb.cz, jika, Meissen Porzellan

14 Zařízení pro výrobu pitné vody Vedoucí BP: doc. Ing. Radek Šulc, Ph.D. Obsah práce: Seznámit se s technologiemi výroby pitné vody se zaměřením na procesy a zařízení. Zpracovat literární rešerši pro vybranou technologii a zařízení. Ukázkový výpočet vybraného zařízení. zdroj: PVK a.s., Envi-Pur a.s.

15 Pokročilé technologie v destilaci reaktivní destilace, katalytická destilace, extrakční destilace Vedoucí BP: doc. Ing. Radek Šulc, Ph.D. Využití: Příklad integrovaného inženýrství. Místo klasické kombinace dvou zařízení - reaktor a destilační kolona, je proces integrován do jednoho zařízení. Obsah práce: Seznámit se s technologií reaktivní/katalytické /extrakční destilace (dle výběru) se zaměřením na procesy a zařízení. Zpracovat literární, patentovou a průmyslovou rešerši na vybraný proces a zařízení. Popsat vybrané průmyslové aplikace. zdroj:

16 Membránové technologie v průmyslu Vedoucí BP: doc. Ing. Radek Šulc, Ph.D. Využití: Dělení roztoku na základě rozdílné propustnosti (průchodnosti) složek membránou. K dělení dochází v důsledku různé velikosti a tvaru částic a pórů membrány. Obsah práce: Princip a rozdělení membránových procesů (mikrofiltrace, nanofiltrace, reverzní osmóza, dialýza). Typy membrán. Využití v průmyslu (potravinářském, chemickém, při čištění odpadních vod). Ukázkový výpočet.

17 Čistírny odpadních vod: zpracování kalu Vedoucí BP: doc. Ing. Radek Šulc, Ph.D. Obsah práce: Seznámit se s technologiemi odvodňování a zahušťování kalů z čistíren odpadních vod se zaměřením na procesy a zařízení. Zpracovat literární rešerši pro vybranou technologii a zařízení. zdroj: AMCON Europe s.r.o.

18 Sanitace v potravinářském průmyslu Vedoucí BP: doc. Ing. Radek Šulc, Ph.D. Jedním z opatření, které se dosahuje zdravotní nezávadnost a kvalita potravin, je sanitace. Pojem sanitace zahrnuje úklid, čištění, dezinfekci, dezinsekci a deratizaci. Obsah práce: Výklad pojmů. Sanitace výrobních linek. CIP a SIP stanice (clearing in point, sanitizing in place) a její komponenty. Ukázkový výpočet. zdroj:

19 Technologická zařízení pro zpracování CO2 z CCS technologií Vedoucí BP: doc. Ing. Lukáš Krátký, Ph.D. Zpracujte patentovou, průmyslovou a literární rešerši zaměřenou na možnosti využití CO2, emisních a syntézních plynů k výrobě biopaliv 3. a 4. generace s důrazem na technologie, stroje a zařízení pro dané zpracování. Vyhodnoťte možnosti využití plynů z konkrétních technologií k výrobě biopaliv a jiných cenných chemických komodit ve vztahu k výrobním nákladům v současné době, i výhledově.

20 Technologie a zařízení pro zpracování fermentačních zbytků Vedoucí BP: doc. Ing. Lukáš Krátký, Ph.D. Seznamte se s fermentačními technologiemi. Vypracujte patentovou, průmyslovou a literární rešerši s cílem definovat strojně technologické vybavení pro ekonomicky perspektivní využití fermentačních zbytků. Proveďte základní energetickou bilanci a ekonomickou rozvahu pro transformaci fermentačních zbytků z bioplynové stanice na komodity s vysokou ekonomickou hodnotou.

21 Technologie a zařízení pro sběr a separaci chlorelly z vodního prostředí Vedoucí BP: doc. Ing. Lukáš Krátký, Ph.D. Seznamte se s moderními trendy v oblasti separace látek (elektroflotace, flokulace, membrány, sedimentace). Zpracujte rešerši zaměřenou na technologie a zařízení, které lze použít k separaci řasy chlorelly z vodního prostředí.

22 Stroje a zařízení pro výrobu biochemikálií a biopaliv 2+ generace Vedoucí BP: doc. Ing. Lukáš Krátký, Ph.D. Seznamte se se stávajícími technologiemi výroby biochemikálií a biopaliv druhé a vyšší generace, tj. 2+ generace. Proveďte rozbor vybrané technologie s důrazem na ekonomickou hodnotu, čistotu a využitelnost produktů, definujte klíčové stroje a zařízení včetně možnosti jejich modernizace. Navrhněte modifikaci tradičních technologií do konceptu biorafinerie, proveďte SWOT analýzu modernizace.

23 Zásady konstruování uzavřených fotobioreaktorů Vedoucí BP: doc. Ing. Lukáš Krátký, Ph.D. Zpracujte patentovou, průmyslovou a literární rešerši zaměřenou konstrukci uzavřených fotobioreaktorů a jejich klíčových konstrukčních uzlů. Detailněji se zaměřte na konstrukční uspořádání deskových fotobioreaktorů. Navrhněte konstrukční řešení klíčových uzlů laboratorního deskového fotobioreaktoru z hlediska variability režimu proudění a utěsnění.

24 Biofiltrační jednotky pro čištění plynů Vedoucí BP: doc. Ing. Lukáš Krátký, Ph.D. Seznamte se s možnostmi využití biofiltračních jednotek v praxi. Zpracujte rešerši zaměřenou na konstrukční uspořádání biofiltračních jednotek. Diskutujte jejich procesní charakteristiky, výhody, nevýhody a typické průmyslové aplikace. Na základě získaných poznatků proveďte návrhový výpočet biofiltrační jednotky pro úpravu vzduchu z kafilerie.

25 Rychle se otevírací pohony a armatury Vedoucí BP: doc. Ing. Lukáš Krátký, Ph.D. Zpracujte literární, průmyslovou a patentovou rešerši zaměřenou na průmyslově dostupné armatury a jejich pohony s důrazem na jejich použití jako expanzní armatury s maximální dobou otevření do 10 ms. Na základě získaných poznatků navrhněte modelové laboratorní zařízení pro testování vhodnosti použití jednotlivých typů armatur a pohonů.

26 Utěsňování hřídelů tlakových nádob zpracovávajících abrazívní materiály Vedoucí BP: doc. Ing. Lukáš Krátký, Ph.D. Zpracujte rešerši zaměřenou na možnosti utěsňování hřídelů tlakových zařízení zpracovávajících abrazívní materiály, např. kafilernickou surovinu. Diskutujte výhody a nevýhody konstrukčních uspořádání, odolnost vůči abrazi, provozní spolehlivost a náročnost údržby. Na základě získaných poznatků vypracujte basic design vhodného těsnicího systému pro laboratorní zařízení.

27 Přestup tepla v míchaných nádobách Vedoucí BP: Ing. Karel Petera, Ph.D. Literární rešerše přestupu tepla v míchaných nádobách. Vliv tangenciální složky na přestup tepla u dna nádoby. Základní přístupy při modelování přestupu tepla v CFD výpočtech.

28 CFD metody pro popis proudění ve fotobioreaktorech pro kultivaci řas Vedoucí BP: Ing. Karel Petera, Ph.D. Stručná rešerše používaných typů fotobioreaktorů vhodných pro kultivaci řas. Popis různých režimů proudění v Coutte-Taylorově fotobioreaktoru. Srovnání metod CFD použitelných pro simulaci proudění v takovémto typu zařízení a vyhodnocení vhodnosti pro popis různých režimů proudění.

29 Modelování proudění v nádržích pro chov ryb Vedoucí BP: Ing. Karel Petera, Ph.D. Literární rešerše. Identifikace a zhodnocení významu základních faktorů ovlivňujících proudění, distribuci krmiva a chování ryb - umístění vtoku, odtoku, usazování, rychlost proudění atp. Možné přístupy při modelování pomocí CFD nástrojů.

30 Modelování obtékání těla ryb Vedoucí BP: Ing. Karel Petera, Ph.D. Literární rešerše s ohledem na charakteristiku pohybu ryby ve vodě a CFD nástroje. Přístupy k modelování pohybující se nebo deformující se sítě v programu ANSYS CFD. Návrh možných metod a nástrojů pro řešení dané problematiky.

31 Diagnostika aparátů a procesů, defektoskopie Vedoucí BP: Ing. Martin Dostál, Ph.D. Využití moderních zobrazovacích metod (Computer Tomography) pro analýzu dějů probíhajících v aparátech. Princip dostupných metod a zařízení, jejich aplikace a využití. Optimalizace výměníků tepla Vedoucí BP: Ing. Martin Dostál, Ph.D. Co je to výměník tepla a k čemu slouží? Jak navrhnout optimální rozměry výměníku tepla či jeho zařazení do procesního schématu? Různé přístupy k optimalizaci (entropie, PINCH, ). Povrchové napětí Vedoucí BP: Ing. Martin Dostál, Ph.D. Co je to povrchové napětí, jak se měří a jak ovlivňuje procesy probíhající v aparátech a konstrukční návrh zařízení.

32 Vlastnosti látek Vedoucí BP: Ing. Martin Dostál, Ph.D. Jaké vlastnosti jsou potřeba pro návrh procesních zařízení? Jak je možné je určit? Principy měření vlastností látek (tokové vlastnosti látek - rotační reometrie, oscilační reometrie, tepelné vlastnosti látek - tepelná a teplotní vodivost, měrná tepelná kapacita, DSC, TGA, ) potřebných pro návrhy procesních zařízení a konstrukce měřicích zařízení pro malou laboratoř. Práce by měla být zaměřena na vybranou vlastnost.

33 Technologie vstřikování plastů Vedoucí BP: Ing. Jan Skočilas, Ph.D. Popište proces vstřikování plastových dílů v lisech a základní parametry procesu. V literární rešerši se zaměřte na vliv parametrů vstřikování a nastavení lisu na kvalitu a mechanické vlastnosti výrobků. Vyrobte zkušební tělíska na vstřikovacím lise pro různé parametry procesu a porovnejte je z hlediska mechanických vlastností.

34 Gely v potravinářském průmyslu Vedoucí BP: Ing. Jan Skočilas, Ph.D. Co je to gel? Popište jeho základní struktury a varianty. Popište, jaké jsou druhy vazeb v gelu. Co je to crosslink a zesíťovaní? V literární rešerši se zaměřte na popis fyzikálních vlastností kolagenu a želatiny. Navrhněte parametry čerpadla pro dopravu gelu potrubím pro zadané parametry.

35 Tokové vlastnosti tavenin polymerů Vedoucí BP: Ing. Jan Skočilas, Ph.D. Pro správný návrh vstřikovacích jednotek hydraulických lisů, extrudéru, atd. je potřeba znát tokové vlastnosti zpracovávané látky (ve většině případu nenewtonoské chování). V rešeršní části práce se zaměřte na popis tokových vlastností základních druhů polymerů a nalezení experimentálních dat při zpracování tavenin polymerů. Navrhněte jednoduchý pístový extrudér pro výrobu obdélníkového pásku dle zadaných parametrů.

36 Doprava kolagenní hmoty Vedoucí BP: Ing. Jan Skočilas, Ph.D. Popište co je kolagen. Jak se vyrábí a kde se používá. Při výrobě kolagenní hmoty je nutné hmotu dopravovat. Nalezněte transportní parametry kolagenu v literatuře. Navrhněte parametry čerpadla pro dopravu kolagenu potrubím pro zadané a nalezené parametry.

37 Návrh šneku extruderu Vedoucí BP: Ing. Jan Skočilas, Ph.D. Popište druhy šneků, jejich výrobu a používané materiály pro vytlačování plastů a kompozitů. Popište postup návrhové výpočtu šneku pro extrudér. Navrhněte základní parametry šneku pro zadaný proces a operační parametry.

38 Příkonové charakteristiky míchadel Vedoucí BP: Ing. Jiří Moravec, Ph.D. Vypracujte rešerši na téma mechanické míchání v nádobách bez narážek. Popište zejména příkonové charakteristiky míchadel s ohledem na vliv různých parametrů míchacího systému nádoba míchadlo. Rešerši zaměřte také na míchání suspenzí a popis koncentračních profilů v nádobách bez narážek.

39 Ejektory a jejich využití v praxi Vedoucí BP: Ing. Jiří Moravec, Ph.D. Seznamte se s principem funkce ejektoru a jeho základních částí. Uveďte příklady průmyslového využití ejektorů. Zpracujte rešerši, na jejímž základě popíšete základní návrhové metody vybraného typu ejektoru včetně konstrukčních doporučení pro jednotlivé díly a zpracujte příklad návrhového výpočtu ejektoru pro zvolenou aplikaci.

40 3D tiskárny Vedoucí BP: Ing. Jiří Moravec, Ph.D. Vypracujte rešerši na téma 3D tiskárny typy tiskáren a princip funkce. Popište podrobně jednotlivé části vybraného typu tiskárny a charakterizujte technické požadavky a omezení 3D tisku. Charakterizujte požadavky na technickou dokumentaci výrobků vyráběných pomocí 3D tisku. Konkrétní rozsah práce bude upřesněn po dohodě.

41 Moderní postupy výroby bezpečných potravin Vedoucí BP: Ing. Jaromír Štancl, Ph.D. Seznamte se s technologiemi zaměřenými na ošetření potravin (sterilace, pasterace). Zpracujte literární, patentovou případně průmyslovou rešerši na postupy ošetření potravin. Zaměřte se zejména na moderní postupy, kterými se dosáhne co nejnižšího ovlivnění nutričních vlastností potraviny, ale zajistí se jejich mikrobiální bezpečnost. Na základě získaných poznatků navrhněte aplikaci pro využití moderních přístupů při zpracování konkrétní potraviny (mléko, ovocné či zeleninové šťávy, jiné trvanlivé potraviny )

42 Elektrický ohřev potravin Vedoucí BP: Ing. Jaromír Štancl, Ph.D. Seznamte se s technologiemi zaměřenými na ošetření potravin (sterilizace, pasterizace) s využitím elektrického ohřevu. Zpracujte literární, patentovou případně průmyslovou rešerši na technologie ošetření potravin s využitím elektrického ohřevu (ohmický ohřev, infračervený ohřev, RF ohřev, mikrovlnný ohřev). Zaměřte se především na výhody a nevýhody jednotlivých technologií a vliv na potravinu. Na základě získaných poznatků navrhněte aplikaci pro využití elektrického ohřevu při zpracování vybrané potraviny.

43 Měření elektrických vlastností potravinářských látek Vedoucí BP: Ing. Jaromír Štancl, Ph.D. Seznamte se s problematikou měření elektrických vlastností různých látek (tekutiny, tuhé látky) elektrický vodivost, dielektrické vlastnosti Zpracujte rešerši zaměřenou na způsoby realizace experimentální aparatury pro měření elektrické vodivosti a dielektrických vlastností tuhých a tekutých potravin Na základě získaných poznatků doporučte vhodné uspořádání měření pro případ kolagenu a pastovitých potravin.

44 Možnosti využití odpadů z potravinářských a gastro provozů Vedoucí BP: Ing. Jaromír Štancl, Ph.D. Seznamte se s možnostmi využití a zpracování odpadů z potravinářského průmyslu a jídelen (gastro odpady). Zpracujte literární, patentovou případně průmyslovou rešerši na zařízení pro možné využití či zpracování potravinářských a gastro odpadů, zaměřte se na moderní přístupy. Na základě získaných poznatků navrhněte aplikaci pro využití těchto odpadů (např. v bioplynových stanicích, kompostárnách apod).

45 Návrh varny domácího mikropivovaru Vedoucí BP: Ing. Jaromír Štancl, Ph.D. Seznamte se s postupy a technologií vaření piva. Zpracujte literární rešerši na téma technologie vaření piva, používaná zařízení v mikropivovarech, uspořádání varen pro domácí uživatele. Na základě získaných poznatků navrhněte vhodnou koncepci varny mikropivovaru pro domácí účely.

46 Míchání dvou nemísitelných kapalin Vedoucí BP: Ing. Bohuš Kysela, Ph.D. Pronikněte do taje systému dvou vzájemně nemísitelných kapalin (např. chladící emulze), jejich vlastností a podmínek pro jejich tvorbu. Zpracujte rešerši zaměřenou na vzájemné vlastnosti v systému dvou nemísitelných tekutin např. povrchové napětí, poměr hustot, index lomu (pro optická měření) atp. Na základě získaných vlastností pro různé kombinace navrhněte modelových systém pro jednoduchá optická měření (velikostí kapek).

47 Měření krouticího momentu na hřídeli míchadla Vedoucí BP: Ing. Bohuš Kysela, Ph. D. Seznamte se se způsoby přesného měření krouticího momentu na hřídeli míchadla. Zpracujte rešerši zaměřenou na měřící metody užívané pro přesná měření krouticího momentu, proveďte analýzu negativních vlivů ovlivňujících měření. Na základě získaných poznatků navrhněte způsob měření, geometrii uložení pohonu a uložení hřídele.

48 Decentralizované zdroje energie v odlehlých oblastech Vedoucí BP: Ing. Michal Netušil, Ph.D. Získejte přehled o možnostech získávání energie ve vzdálených oblastech. Zpracujte rešerši zaměřenou na alternativní a konvenční energetické zdroje. Na základě získaných poznatků doporučte energetické řešení pro zadaný případ.

49 Kataforetické lakování Vedoucí BP: Ing. Michal Netušil, Ph.D. Kataforetické lakování je vysoce hospodárný a ekologický způsob lakování patřící mezi nejmodernější technologie povrchových úprav kovových výrobků. Zpracujte rešerši zaměřenou na kataforetické lakování. Na základě získaných poznatků navrhněte kataforetickou linku.