Kemiantekniikka - Chemical Engineering

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.

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, kinetiikkaan ja pintakemiaan liittyvää laboratoriotyötä. Työt tehdään pareittain ja niistä 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 näytteenottoottoon, 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, polymeeriliuokset ja -seokset, kopolymeerit), tuotteiden valmistus (muoviteknologia, kumien teknologia, polymeerien reologia). Biopolymeerit.

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

Kurssiin kuuluu 2 osiota: epäorgaaninen kemia (2op) ja orgaaninen kemia (2op) Epäorgaanisen kemian osiossa  Käydään läpi yleisimpiä epäorgaanisen liuoskemian ionireaktioita ja harjoitellaan sekä kvalitatiivisia että kvantitatiivisia analyysimenetelmiä. Laboratoriossa tehdään käytännön harjoituksia kemian perusmenetelmillä, kuten gravimetria ja titrimetria. Töissä tutustutaan myös analyyttiseen ja turvalliseen työskentelytapaan kemian laboratoriossa. Työkokonaisuudet ovat itsenäisiä työosuuksia. Kurssin “Epäorgaanisen kemian perusteet”- luennot tukevat kurssin opetusta. 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. Nukleofiilinen korvautuminen ja lohkeamisreaktiot. Alkoholit. Eetterit ja epoksidit. Aldehydit ja ketonit. Karboksyylihapot ja niiden johdannaiset. Amiinit. Heterosykliset yhdisteet. Spektroskopia ja orgaanisten yhdisteiden rakennemääritykset.

Kurssin sisältöön kuuluvat ovat perusteet aiheista kvalitatiivinen ja kvantitatiivinen analyysi, gravimetria (sisältäen liukoisuuteen ja saostumiseen liittyvät asiat/laskut) ja titrimetria (sisältäen pH laskut), pääryhmien alkuaineet ja niiden kemia. Lisäksi vuosittain vaihtuvia osioita. Luentojen sisältö tukee kurssin ”Peruskemian laboratoriotyöt kurssin” sisältöä.    

Perusteet seuraavista aiheista: ainemäärät, pitoisuudet ja reaktioyhtälöt, liuokset, kaasut, termodynamiikka, hapetus-pelkistysreaktiot (redox) ja sähkökemia, reaktiokinetiikka (=reaktionopeus) sekä tasapaino. Asiasisällöltä kurssi on hieman laajempi kuin lukiossa opiskeltu kemian laaja oppimäärä.