Kemiantekniikka - Chemical Engineering

Course will be divided in two parts: Part I: Solution Chemistry (2 cr): Ideal, ideally dilute, and real solutions. The Debye-Hückel theory for electrolyte solutions. Pitzer equations for real electrolyte solutions. Equilibrium in electrolyte solutions. (1. period) Part II: Fundamentals of Electrochemistry (3 cr): Conductivity and capacitance. Electrolysis cells and galvanic cells. Potential differences across Liquid junctions. Basics of electrochemical analysis. Electrochemical energy storage: Batteries and fuel cells. Electrodes and electrode reactions. Electrode kinetics: Current-voltage characteristics of charge-transfer reactions. Reaction order. Two laboratory works included (can be conducted remotely with help of videos) (2. period) Student can conduct both or one of the parts.

This course contains two independent modules.1) Inorganic chemistry module is designed to prepare students for further study in inorganic chemistry or, more generally, employment of materials science fields. The content include advanced concepts in structure, reactions, bonding, and chemical/physical properties of inorganic compounds, understanding of which is central to the study of all areas of chemistry. 2) Analytical chemistry module covers design, operational principles and application of modern instrumental methods used in chemical analysis via case studies. There is an eBook for each module, and online interactive assignments. Students will work in small groups on the topics selected. The course is suitable for distance learning.

This course includes the use of scientific databases to find research results and knowledge including critical source assessment. The students will make individual or group workshops on selected research topics where they find knowledge of what is known today. They will learn to search the knowledge gap to propose research objectives, to identify promising scientific methods, and to plan for research. Students will learn to process the results to check the reliability of their results and their research hypothesis. Finally, the course will help to present the research results in presentation, thesis, or peer reviewed scientific journals. 

In the course it is told how to work safely in laboratory and which risks you should notice. In addition the chemical handling chain is explained and material safety data sheets are read. Different personal protection equipment are shown and how to choose them. The action in emergency and exceptional situations are handled as well as the roles and responsibilities of personnel in organization are discussed.

During the course the student will learn about the relevant instructions affecting his/her studies and how to generate a personal study plan. The student will familiarize him/herself with the relevant staff of his/her degree programme and with the services provided by e.g. the Library, Study Services and Career Services.

The thesis is a research or design project. Students must demonstrate the ability to complete the project independently and following a plan. A report is prepared following the LUT instructions for the Master's thesis.

Most of industrial sectors are facing a new era that requires companies to transform their operations, create new business models and foster a digital culture. In this context, the industry is facing a changing talent landscape, necessitating of new skillsets in their workforce. Companies need to ensure that their staffs are properly constituted to support this transformation process. During the course, entrepreneurship skills as well as innovative thinking for engineers will be trained using the examples from raw material sector. Case studies will bring the understanding of skills and competences of the future workforce and current trends of the industrial revolution.

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  

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.

Kemianteollisuuden yleisiä piirteitä: taloudellinen merkitys, koulutus, henkilöstörakenne, lainsäädäntö, ym. Kemianteollisuuden raaka-aineet, tuotteet Prosessien kuvaustavat ja prosessien tutkimus&kehitys Laskuja taseista, reaktoriviipymistä, prosessien suorituskyvyt Prosessilaitteet: reaktorit, erotuslaitteet Kemianteollisuuden yrityksiä (bulkki-, öljy- ja petrokemikaalit, kuluttaja-kemikaalit, puunjalostuksen kemikaalit, mineraalien ja metallien jalostus): tuotteet, tuotteiden käyttökohteet, päätuotteiden valmistusvaiheet. Tyypillisiä kemisti-insinöörin toimenkuvia.

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.

Kemiallisen reaktiokinetiikan peruskäsitteet. Alkeellisimpien reaktioiden nopeuslakien määrittäminen kokeellisista tuloksista. Reaktiokinetiikan molekylaarinen tulkinta ja reaktiomekanismit. Siirtymätilateoria. Useita vaiheita sisältävät reaktiosysteemit. Adsorptioisotermit, pintareaktiot ja heterogeeninen katalyysi. Reaktiot liuosfaasissa ja homogeeninen katalyysi.