Studentská vědecká konference 2019

Chemické inženýrství III (B07 - 8:00)

• Předseda: prof. Dr. Ing. Juraj Kosek
• Komise: Ing. Zdeněk Grof, Ph.D., Ing. Jakub Crha, Ing. Jiří Maršálek, Ph.D. (Membrain, s.r.o.), Ing. Tereza Čmelíková

Čas	Jméno	Ročník	Školitel	Název příspěvku	Anotace
8:20	Bc. Helena Bakešová	M1	doc. Dr. Ing. Milan Jahoda	Měření sálání pomocí deskových termočlánků	detail Měření sálání pomocí deskových termočlánků Radiace neboli sálání je, vedle konvekce (proudění) a kondukce (vedení), dalším mechanismem sdílení tepla. Přestože je radiační složka při základních výpočtech často zanedbávána, v prostoru požáru, kde teploty přesahují i 1000 °C, tvoří dominantní složku celkového tepelného toku. Z tohoto důvodu je její pochopení a popsání nezbytné pro zdokonalení požární bezpečnosti v oblastech predikce teploty a chování různých materiálů při hoření. Tato práce se zabývá deskovými termočlánky, které byly původně vymyšleny k měření a kontrolování teploty ve zkušebních pecí pro testování stavebních materiálů a konstrukcí. V posledních letech se zkoumá i jejich možné využití pro měření dopadajícího radiačního tepelného toku na tělesa. Na rozdíl od běžně užívaných komerčních radiometrů jsou deskové termočlánky velmi robustní, a kromě toho jsou i cenově mnohem dostupnější. Podstatnou výhodou je také jejich jednoduchost, především co se experimentů přímo v terénu (požárních zkoušek) týče. Práce se konkrétně zaměřuje na kalibraci deskových termočlánků pomocí kónického kalorimetru a jejich budoucí použití při terénních experimentech.
8:40	Bc. Samuel Frei	M1	prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D.	Vývoj magnetolipozomů a využití jejich magnetických vlastností	detail Vývoj magnetolipozomů a využití jejich magnetických vlastností Tato práce se zabývá možnými postupy přípravy magnetolipozomů. Magnetolipozom je částice tvořená dvěma komponenty: i) lipozomy, kulovité částice tvořené fosfolipidovou dvojvrstvou, které slouží jako nosič hydrofilních a hydrofobních látek a ii) magnetickými nanočásticemi, kterými jsou v tomto případě nanočástice Fe­3­O4. Zvolený postup přípravy zahrnuje vytvoření tenkého filmu a jeho hydrataci následovanou úpravou velikosti pomocí extruze přes membránu nebo sonikace. Koprecipitací byli připraveny a dále použity tři druhy nanočástic Fe3O4 a to hydrofilní, které byli stabilizované pomocí dextranu 40 nebo citrátu, a hydrofobní stabilizované pomocí DPPC (diaplmitoylfosfatidylcholin). Pomocí laserové skenovancí konfokální mikroskopie byla potvrzena schopnost enkapsulovat hydrofilní barviva 5(6)-karboxyfluorescein a Atto 532. Pro hydrofobní látky byla tato schopnost potvrzena rovněž využitím dvou barviv, a to kurkuminu a nilské červeně. Magnetické vlastnosti byli potvrzeny pozorováním chování vzorku v blízkosti neodymového magnetu. Rovněž bylo zaznamenáno vylučování hydrofobní látky v přítomnosti komponentu, který je jí schopen odebírat (buňky/prázdné lipozomy). Dále byl studován vliv proměnlivého magnetického pole na efektivitu vylučování.
9:00	Bc. Ondřej Navrátil	M2	prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D.	Drying of Multilayer Pharmaceutical Coating: Modeling and Experimental Study	detail Drying of Multilayer Pharmaceutical Coating: Modeling and Experimental Study In the pharmaceutical industry, multilayer drug coating is used for the manufacturing of drug forms with enhanced release characteristics. Additional layers allow to alter the release kinetics of an API (active pharmaceutical ingredient) or to stack multiple APIs, thus to create a more efficient drug delivery system. Coatings are commonly applied in the form of a polymer solution to improve their mechanical properties. On an industrial scale, coating methods such as fluid bed coating or spray coating are capable of forming uniform layers. However, pharmaceutical products must meet strict quality requirements and the knowledge of the coating drying kinetics is important for better process control and error avoidance. This work aims to study both experimentally and theoretically the drying kinetics of a polymer solution in a single layer setup. As a model coating medium, we use a water solution of polyvinylpyrrolidone. For this setup, we present a custom convective dryer suitable for the evaluation of the heat and mass transfer coefficients. To better understand the drying kinetics, we also develop a mathematical model describing involved mass and heat fluxes and compare the predicted results to experimental data.
9:20	Bc. Kristina Oftnerová	M1	doc. Dr. Ing. Milan Jahoda	Modelování výtoku metanu z bezpečnostní pojistky u aut na CNG	detail Modelování výtoku metanu z bezpečnostní pojistky u aut na CNG Ochrana životního prostředí je v posledních letech jednou z celosvětových priorit. Její součástí je snaha o minimalizaci emisí v silniční dopravě. Jednou z cest je využívání vozidel s alternativními palivy, mezi která patří vozidla poháněná zemním plynem (CNG). Stlačený zemní plyn je skladován v tlakové nádobě a z hlediska bezpečnosti je každá nádrž opatřena bezpečnostní pojistkou. Bezpečnostní tlaková pojistka používaná u aut je spouštěná teplotou. Uvnitř ní se nachází nízko-teplotně tavitelná slitina, která udržuje píst v pojistce stlačený, plyn tak za normálních okolností neuniká. Po zahřátí na teplotu 110 °C se slitina roztaví, píst se uvolní a CNG začne z tlakové lahve unikat přes 6 otvorů, které se nachází po stranách na vrchní části pojistky. Cílem mé práce je sestrojení modelu pro výtok metanu z bezpečnostní pojistky, výpočet tlakové ztráty v oblasti výtoku a porovnání zjištěné hodnoty s experimentálními daty. Znalost charakteru vzniklého nadzvukového proudění je důležitá například při zásahu hasičského sboru u nehody.
9:40	Bc. Tomáš Pachl	M1	Ing. Bc. Jan Němec	Modelování konverze plynu v katalytickém filtru pevných částic	detail Modelování konverze plynu v katalytickém filtru pevných částic Ochrana zdraví obyvatel je velice důležitá, a proto se stále zpřísňují emisní normy pro automobily. Dnes jsou katalytické konvetory a filtry pevných částic nedílnou součástí každého vozu. Konvertory snižují množství škodlivých složek jako jsou oxidy dusíky, oxid uhelnatý, nespálené uhlovodíky a převádějí je na bězně se vyskytující atmosférické plyny. Filtry zachytávají malé částice hmoty, které jsou tvořeny především sazemi. Do filtru je možné nanést katalytickou vrstvu a spojit tak funkce katalytického konvertoru a filtru do jednoho zařízení. Pak je nutné minimalizovat tlakovou ztrátu, zajistit dostatečnou konverzi plynů i filtrační účinnost. Matematické modely pomáhají při vývoji těchto katalytických filtrů. Detailní 3D modely mají vysokou náročnost na výpočetní techniku, proto byl v této práci použit tzv. 1D+1D model. První část značí souřadnici podél kanálku a druhá skrze stěnu. Pro zpřesnění výpočtu konverze plynu byl stávající model rozšířen o difuzi plynu ve stěně filtru ke katalytickým centrům. Výsledný model obsahuje další 1D část, jedná se tedy o 1D+1D+1D.
10:20	Bc. Martina Reisnerová	M1	Ing. Lukáš Valenz, Ph.D.	Stanovení hydraulických a transportních charakteristik strukturované výplně Mellapak 250Y	detail Stanovení hydraulických a transportních charakteristik strukturované výplně Mellapak 250Y Absorpce, založená na rozdílné rozpustnosti plynných složek v rozpouštědle, je velice významný proces sdílení hmoty především kvůli širokému uplatnění při čištění odpadních plynů. Absorpční kolony mohou být patrové nebo plněné sypanou či strukturovanou výplní. V naší laboratoři se zabýváme zkoumáním transportních a hydraulických vlastností strukturovaných a sypaných výplní.  Pro popis procesů se spojitým stykem fází je potřeba znát koeficienty přestupu hmoty a efektivní mezifázovou plochu. Experimentální stanovení koeficientů se provádí ve vhodně zvoleném systému, kde uvažujeme pouze přestup v jedné fázi. Pro získání objemového koeficientu přestupu hmoty v plynné fázi neboli kGa existuje řada metod, mezi dvě nejpoužívanější patří chemisorpce oxidu siřičitého do roztoku hydroxidu sodného a čpavku do roztoku zředěné kyseliny sírové. Literární hodnoty kGa stanovené různými metodami na různých pracovištích se liší až násobně. Cílem práce je stanovit kGa dvěma metodami na jednom zařízení a na jednom pracovišti, což doposud nebylo v otevřené literatuře publikováno. V rámci této práce byla změřena tlaková ztráta a stanoveny hodnoty kGa chemisorpcí SO2/NaOH v závislosti na průtocích fází na strukturované výplni Mellapak 250Y.
10:40	Bc. Přemysl Richtr	M2	Ing. Petr Mazúr, Ph.D.	Optimalizace nabíjecího cyklu zinko-vzduchové baterie	detail Optimalizace nabíjecího cyklu zinko-vzduchové baterie   Současnou snahou Evropské unie je dekarbonizace energetického sektoru, což vede k růstu produkce elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Ta je však značně kolísavá kvůli proměnlivostí přírodních živlů. Výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů lze stabilizovat pomocí stacionárních úložišť energie a v současné době se k těmto účelům používají Li-iontové baterie, vodíkové technologie nebo vanadové redoxní průtočné baterie. Dané technologie však limituje dostupnost nerostných zdrojů, nízká účinnost či potenciální bezpečností rizika při provozu, a proto jsou intenzivně zkoumány a vyvíjeny i jiné elektrochemické systémy. Jedním z nich jsou například zinko-vzduchové průtočné baterie, které poskytují výhody v podobě vysoké hustoty energie, ekologičnosti a bezpečnosti. Nicméně jejich výzkum je teprve na počátku a úspěšné komercializaci brání vícero technických problémů.             Cílem této práce bylo studium vlivu různých módů nabíjení na coulombickou a energetickou účinnost laboratorní zinko-vzduchové průtočného baterie. K tomuto účelu byla sestrojena nová měřící aparatura, která umožňuje využívat potenciostat k provádění složitých experimentů, a dále byl inovován design baterie. Získané výsledky poskytují cenné informace pro další rozvoj této technologie.
11:00	Bc. Václav Šmíd	M1	Ing. Jan Haidl, Ph.D.	Možnosti zvýšení energetické účinnosti ejektorového čerpadla kapalina-plyn	detail Možnosti zvýšení energetické účinnosti ejektorového čerpadla kapalina-plyn   Ejektor kapalina-plyn představuje kompaktní alternativu ke konvenčním výměníkům hmoty – absorpčním a bublaným kolonám. Vyniká zejména v aplikacích, které vyžadují tvorbu velké mezifázové plochy, např. rychlé heterogenní reakce či mechanické čištění plynů. Díky svému jednoduchému designu bez pohyblivých částí má navíc nízké pořizovací náklady, je velmi spolehlivý, odolný a prakticky bezúdržbový. Jeho současné průmyslové použití je však omezeno nedostatečným množstvím spolehlivých návrhových dat a především pak jeho vysokou energetickou náročností. Tato práce studuje možnosti zvýšení energetické účinnosti ejektoru rozrušením paprsku kapaliny. Je popsán vliv (i) expanze bublin plynu v těle trysky, (ii) zařazení rotačního tělíska – swirlu – před trysku, (iii) použití vysokoodporové trysky. Na základě široké databáze experimentálních dat byla navržena korelace popisující maximální dosažitelný hmotnostní tok přisávaného vzduchu. Spolu s korelací nominálních hodnot vymezuje pracovní oblast ejektoru, která by mohla být využita jako jedno z návrhových kritérií ejektorů.
11:20	Bc Jakub Strnad	M2	doc. Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D.	Tvorba elektrokineticky řízených vírů na heterogenních iontově-výměnných membránách	detail Tvorba elektrokineticky řízených vírů na heterogenních iontově-výměnných membránách Heterogenní iontově-výměnné membrány jsou základní součástí elektrodialyzérů, ve kterých představují permselektivní médium a slouží k požadované separaci iontů v elektrickém poli. V současné době tyto elektrodialyzéry pracují v tzv. podlimitní oblasti při nízkých proudových hustotách. Při vyšších proudových hustotách systém přechází do tzv. nadlimitní oblasti, ve které probíhají vedle intenzivnějšího odsolování iontů ze zpracovávané suroviny ještě další jevy, které mohou být pro celý proces prospěšné, nebo nechtěné. Mezi tyto jevy se řadí např. elektrokineticky řízené víry, nebo štěpení vody. Cílem této práce je pozorovat a kvantifikovat intenzitu vírů vznikajících při vyšších proudových hustotách pomocí PIV (particle image velocimetry) a intenzitu štěpení vody pomocí měření změn pH. K experimentům byly použity heterogenní kationtově a aniontově-výměnné membrány, které byly integrovány do speciálně vyvinutých miniaturizovaných cel. Tyto cely umožňují pozorování intenzity vznikajících vírů i měření změn pH, které nastávají v důsledku štěpení vody. Na závěr práce budou porovnány výsledky pro kationtově a aniontově-výměnné membrány.