Kemiantekniikka - Chemical Engineering

Kurssilla käydään läpi: Biojalostamoiden merkitys yhteiskunnalle ja elinkeinoelämälle, sekä esimerkkejä erillaisita biojalostaloista Suomessa ja ulkomailla -Yleisimmät raaka-aineet Suomessa ja ulkomailla, sisältäen myös yleiset sivutuotteet mm. metsäteollisuudesta -Eri kuitutuotteiden valmistusprosessit, mm. perinteinen sellu sekä tekstiilikuidut - Hemisellullosa ligniini ja hiilutuoteiden valmistusprosessit - Biopolttoaineiden valmistusprosessit ja muutamien kemikaakaalien valmistusprosessit  

Aineiden vaaralliset ominaisuudet ja materiaalivalintojen pääperiaatteet. Prosessiturvallisuus, turvallisuustoimenpiteet ja riskin käsite. Prosessien vaarojen arviointimenetelmät. Työturvallisuuden perusteet prosessityössä. Toiveissa saada kurssille vierailijaluento Henkilökohtaisessa harjoitystyössä opiskelija tutustuu tarkemmin vaarojen arviointiin.

Prosessisimuloinnin käyttö ja perusteet. Prosessin simulointikaavio. Steady-state –simulointi. Simulointiohjelmiston rakenne ja käyttö. Kemian prosessien aine- ja energiataseiden laskenta käyttäen kaupallista kemian alan simulaattoria (Aspen Plus).

Suunnittelun lähtötiedot. Prosessisuunnittelun perusteet, metodiikka, vaiheet ja sisältö. Prosessisynteesi ja –analyysi. Prosessikaaviot. Laitesuunnittelu. Materiaalivalinnan perusteet. Sijoitussuunnittelu. Kustannus- ja kannattavuusarviointi. Projektitoiminta.

Kurssi antaa perustiedot aineensiirrosta ja sen merkityksestä kemiantekniikan yksikköoperaatioissa sekä niiden mitoituksesta. Yksikköoperaatioista kurssilla keskustellaan mm. absorptiosta, adsorptiosta, ja neste-nesteuutosta.

Kurssi antaa perustiedot tyypillisimmistä kemiantekniikan yksikköoperaatioista ja niiden mitoituksesta. Yksikköoperaatioista käsitellään askelprosessit yleisesti, absorptio, strippaus, tislaus, uutto, liuotus, ja haihdutus, sekä näihin prossesseihin liittyvät tasapainotilat.

Kemiallisen reaktiotekniikan ja -kinetiikan kannalta keskeisten perusilmiöiden tutkiminen kokeellisesti ja simuloinnein.

Neljä pareittain tehtävää laboratoriotyötä: kaksi mekaanisiin ja kaksi termisiin yksikköprosesseihin liittyvää työtä.

Homogeeniset reaktiot ideaalisissa panosreaktoreissa ja jatkuvatoimisissa reaktoreissa. Reaktion mekanismi ja reaktionopeusyhtälöt. Ideaalireaktoreiden aine- ja energiataseet sekä reaktorien mitoitus. Sarjaan ja rinnan kytketyt reaktorit. Laskennalliset menetelmät reaktiotekniikassa.

Nesteen virtaus putkessa ja putkiston painehäviö. Pumpun tehontarve. Jauhemaisen kiintoaineen varastointi, kuljetus ja hienonnus (murskaus, jauhatus). Kiintoaineen luokitus, kiintoaineen ja nesteen erottaminen laskeuttamalla ja suodattamalla.

Elektrolyyttiliuosten sähkönjohtokyky ja sen soveltamismahdollisuudet elektrolyyttiliuosten ominaisuuksien määrittämisessä. Kineettinen kaasuteoria ja sen soveltaminen kaasun lämpötilan ja paineen, kaasumolekyylien keskimääräinen nopeuden sekä kaasumolekyylien törmäyksien tutkimisessa. Kaasujen ja nesteiden kuljetusprosessit (lämmönjohtokyky, viskositeetti ja diffuusio).

Neljä kemialliseen termodynamiikkaan, sähkökemiaan, kinetiikkaan ja pintakemiaan liittyvää laboratoriotyötä. Töistä laaditaan kirjalliset raportit.

Kaasujen, nesteiden ja kiintoaineiden ominaisuudet ja tilanyhtälöt. Reaktiolämpö. Kamiallinen potentiaali. Reaktiotasapaino. Termodynaamiset taulukot ja niiden käyttö. Partiaaliset moolisuureet. Yhden ja useamman komponentin faasitasapainot. Liuosten kolligatiiviset ominaisuudet. Ideaaliset ja epäideaaliset liuokset. Faasidiagrammit. Sähkökemialliset kennot.

Kiinteiden aineiden karakterisointiin käytettävät analyysimenetelmät, mitä analyysistä saatava tulos kertoo näytteestä, miten näyte/näytematriisi vaikuttaa valittavaan analyysimenetelmään, millä perusteella analyysimenetelmä valitaan.

Kurssi sisältää yhden ongelmaratkaisupohjaisen työn, jossa hyödynnetään muutamaa instrumenttianalytiikan analyysilaitteistoa. Työ tehdään itsenäisesti pienryhmissä. Kurssisisältö on vuosittain vaihtuva. Keskeisiä menetelmiä ovat spektrometrian ja kromatografian menetelmät. Kurssilla opiskelija tutustuu käytännössä laitteistoihin, niiden toimintaan ja sovellutuksiin. Kurssilla tutustutaan myös tyypillisiin työvaiheisiin, joita kukin analyyttinen menetelmä vaatii esikäsittelynä sekä menetelmän antamien tulosten tulkintaan, kuten kromatogrammien tulkintaan. Tulokset ja työ raportoidaan hyvän analyyttisen tavan mukaisesti. Kurssin ”Analyyttisen kemian perusteet” luennot tukevat kurssin opetusta.

Opiskelija perehtyy tavallisimpiin analyyttisessa kemiassa käytettäviin alkuaineiden ja yhdisteiden analyysimenetelmiin, joita käytetään liuoskemiassa, tutkimus- ja prosessiympäristö huomioon ottaen. Keskeisiä instrumenttimenetelmiä ovat spektroskopiset ja kromatografiset menetelmät, esim. atomiabsorptiospektrometria, UV-spektrometria, ionikromatografia, nestekromatografia, ja kaasukromatografia.  Kurssilla perehdytään myös analyyttiseen tapaan esittää tulokset sekä arvioida mittausten epävarmuutta. Lisäksi tutustutaan mittausmenetelmien validoinnin perusteisiin.  Luentojen sisältö tukee kurssin ”Analyyttisen kemian laboratoriotyöt” sisältöä. 

Synteettisten polymeerien: valmistus (polymerointi, polymerointireaktioiden kinetiikka ja moolimassat), muokkaus (polymeerien rakenne ja ominaisuudet, kopolymeerit). Biopolymeerit.

Solujen rakenne, toiminta ja aineenvaihduntareaktiot. Biomolekyylien rakenne, kemialliset reaktiot ja tehtävät; proteiinit, hiilihydraatit, nukleiinihapot, lipidit. Entsyymit biokemiallisissa reaktioissa. Mikrobiologian perusteet.

Kurssiin kuuluu 2 osiota: epäorgaanisen kemian työt ja orgaanisen kemian työt Epäorgaanisen kemian osiossa  Käydään läpi yleisimpiä epäorgaanisen liuoskemian ionireaktioita ja tutustutaan kvalitatiivisiin ja kvantitatiivisiin analyysimenetelmiin. Laboratoriossa tutkitaan eri ionien reaktiota, tehdään käytännön harjoituksia kemian perusmenetelmillä, kuten gravimetria ja titrimetria. Töissä tutustutaan myös analyyttiseen ja turvalliseen työskentelytapaan kemian laboratoriossa. Työkokonaisuudet ovat itsenäisiä työosuuksia. Orgaanisen kemian osio: Turvallinen laboratoriotyöskentely. Orgaanisen kemian yksikköprosessit ja työskentelymenetelmät; teoria ja laitteistojen rakentaminen. Keskeiset yksikköprosessit: refluksointi, tislaus, uutto, kiteytys, uudelleenkiteytys, kuivaus, sulamis- ja kiehumispisteiden määritys. Monivaiheisen synteesin toteutus. Tuotteen erotus ja puhdistus sekä puhtauden arviointi. Tulosten raportointi. Spektrometriset menetelmät.

Sidokset ja isomeria. Alkaanit, alkeenit ja alkyynit. Aromaattiset yhdisteet. Stereokemia. Nukleofiiliset korvautumis- ja lohkeamisreaktiot. Alkoholit. Eetterit ja epoksidit. Aldehydit ja ketonit. Karboksyylihapot ja niiden johdannaiset. Amiinit. Heterosykliset yhdisteet. Spektroskopia orgaanisten yhdisteiden rakennemäärityksissä.