Discovery Learning Labs (DLL)

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1 Module 1. Thermodynamique d'une pompe à chaleur Cet équipement se compose d'un compresseur hermétique relié à un condenseur et un évaporateur conçu pour fonctionner comme une pompe à chaleur. Avec cet équipement, l'étudiant doit découvrir le vrai équipement utilisé dans un réfrigérateur ou une pompe à chaleur. L'étudiant doit compléter la préparation des courbes de rendement de la pompe à chaleur en fonction des propriétés du fluide frigorigène et à la condensation différente et températures d'évaporation. Un bilan thermique global sera effectuée en utilisant de l'eau ou de l'air comme source de chaleur ou de la source de refroidissement.

2 Module 2. Conversion de l'énergie photovoltaïque Comprendre comment l'énergie de notre plus grande source d'énergie renouvelable, le Soleil, peuvent être convertis et utilisés est essentielle pour un programme moderne en génie chimique. Dans ce module, les stagiaires étudieront le fonctionnement d'un panneau photovoltaïque commercial. Ils calculent le rendement de conversion électrique, trouver le point de puissance maximale et de voir comment ceux-ci changent avec l'intensité lumineuse.

3 Module 3. Bilan énergétique sur une pile à combustible Une pile à combustible, qui convertit l'hydrogène et de l'oxygène à l'eau tout en transformant l'énergie excédentaire en électricité, est un dispositif important dans une économie d'énergie fossile libre. L'appareil fournit une façon pratique à découvrir les concepts importantes en génie chimique. Les les étudiants seront initiés à la manière d'une pile à combustible PEM fonctionne et effectuer un bilan énergétique global sur le système à différentes conditions de fonctionnement. La variation d'enthalpie et d'entropie dans l'appareil seront quantifiées.

4 Module 4. Bases de la mécanique des fluides Les bases de réel (par opposition à l'idéal) de débit de fluide sont un concept essentiel de base en génie chimique. L'équipement de Venturi, Bernouilli et la cavitation est composé d'un tube de Venturi avec une section transversale circulaire et qui est alimenté avec un débit d'eau réglable. L'étudiant doit apprendre les concepts de base de la mécanique des fluides: laminaire vs flux turbulent (avec le concept du nombre sans dimension de Reynolds) et le principe de Bernoulli. L'étudiant devra être présenté à la figure morose et aux propriétés des fluides réels.

5 Module 5. Les échangeurs de chaleur (tubes, plaques et coques) Les échangeurs de chaleur sont une composante essentielle des usines chimiques industriels et les appareils commerciaux. Ce module se compose d'une unité de base qui va fournir de l'eau chauffée ou à froid à des débits contrôlés pour une des trois échangeurs de chaleur possibles. Les échangeurs de chaleur à eux-mêmes (type tube, type de shell, et le type de plaque) ont plusieurs capteurs de température. Les étudiants observera le fonctionnement des exhangers, calculer le logarithme différence moyenne tempérée et crée un bilan thermique global sur un échangeur de chaleur à tubes simplifiée. Dans un stade ultérieur, les élèves de calculer le coefficient de transfert de chaleur, un paramètre de conception de base, sur la coque réelle et des échangeurs de chaleur à plaques et à utiliser cette information pour concevoir une version à grande échelle.

6 Module 6. Système du réacteurs chimiques en continu Réacteurs chimiques en continu constituent la base en génie chimique et les exemples sont nombreux en génie biochimique, les industries pharmaceutiques, les industries de chimie fine. Dans ce module, une réaction d'hydrolyse de l'acétate d'éthyle, en présence d'hydroxyde de sodium, seront étudiées (mais le système est approprié pour étudier les réactions d'autres, tels que l'hydrolyse d'anhydride acétique). Différents systèmes de réacteurs seront étudiées et les paramètres importants, tels que le temps de séjour sera trouvée. L'équation de conception pour chaque réacteur sera utilisée pour prédire la performance de chaque réacteur sous diverses conditions de réaction et les prédictions seront testés. Le premier réacteur est un réacteur à réservoir agité en continu isotherme (CSTR). Le deuxième réacteur sera un réacteur tubulaire (ISF). Le système de réacteur de troisième seront les CSTR en série.

7 Module 7. Perte de charge dans les tuyaux et coudes Cet équipement se compose de différents types de tuyaux, raccords et vannes qui sont fournis avec un débit d'eau. L'équipement est conçu pour étudier le comportement des flux fermés. Elle permet d'étudier les pertes de charge dans les conduites ainsi que dans différents accessoires hydrauliques. Les pertes par frottement dans les conduites droites de différentes tailles peuvent être étudiées sur une certaine gamme de nombre de Reynolds. Non idéales (réel) des fluides présentent une perte de charge importante lorsque vous voyagez à travers des tuyaux. En outre, cette perte de charge est variée avec différents éléments de conduite. Depuis génie chimique industriel est basé sur l'écoulement du fluide dans les tuyaux, il s'agit d'un concept fondamental. Les étudiants seront qualitativement observer les chutes de pression dans les éléments de tuyauterie critiques et les coudes. Des relations empiriques seront développés. Le facteur de friction Fanning sera utilisé pour calculer la perte de charge et par rapport à des données expérimentales.

8 Module 8. Contrôle de la température et niveau du réservoir Le contrôle des processus est un concept essentiel en génie chimique. L'archétype est un thermostat contrôlant la température d'une pièce. Algorithmes de contrôle plus avancées sont utilisées dans le contrôle des procédés chimiques. Dans ce système, les élèves sont initiés aux rudiments de la PID (proportionnelle, intégrale, dérivée) de contrôle. L'équipement se compose d'un réservoir qui est rempli d'eau par une pompe, il ya une fuite qui se déverse dans le réservoir à un réservoir. Le niveau de la cuve et la température de l'eau peut être contrôlée par des algorithmes sur l'ordinateur. Les étudiants apprendront les notions de décalage, de dépassement et les oscillations dans la régulation PID. Aussi l'étudiant trouvera la fonction de transfert de la configuration didactique et examiner les méthodes de réglage empiriques.

9 Module 9. Extraction liquide-liquide L'extraction d un liquide à partir d'un autre liquide en continu est une notion fondamentale dans le travail de réactions chimiques à des produits distincts de réactifs ou des produits secondaires indésirables. Cet équipement est conçu pour fonctionner une simple extraction de l'acide acétique à partir de l'eau dans du chloroforme (un procédé couramment utilisé industriel). Le système est fourni avec une extraction séparée et unités de rectification. Les pompes contrôlent le débit des liquides dans la colonne. Les étudiants apprendront les diagrammes de phases ternaires, coefficient de partage, transfert de masse, et le nombre de plateaux théoriques dans une colonne à garnissage.

10 Module 10. L'évaporation à double effet Un évaporateur à effets multiples est un appareil destiné à utiliser de manière efficace la chaleur de la vapeur pour évaporer l'eau. Dans un évaporateur d'eau à double effet est bouillie dans une séquence de 2 navires. La seconde est maintenue à une pression inférieure à la première. Parce que la température d'ébullition de l'eau diminue à mesure que la pression diminue, la vapeur évaporée dans une cuve peut être utilisé pour chauffer l'autre, et que la première cuve (à la pression la plus élevée) nécessite une source de chaleur externe. Il s'agit donc d'un exemple important de l'intégration de la chaleur en génie chimique. Les étudiants d'exploiter un évaporateur à double effet réel, et de comparer les résultats réels de la théorie. Une complète de l'énergie / masse solde sera la performance et les coefficients de transfert de chaleur (globale et individuelle) sera calculé.

11 Module 11. Cristallisation d'alimentation continue Cristallisation est une technique de séparation solide-liquide chimique, dans lequel le transfert de masse d'un soluté de la solution liquide à une phase solide se produit cristallin pur. Dans la cristallisation du génie chimique est une opération industrielle importante qui se produit dans un cristallisoir continu ou en discontinu. Ce système consiste en un processus simple pour cristalliser et séparer un produit solide à partir d'une liqueur mère. Les procédés distincts de nucléation et la croissance cristalline sur la taille et la distribution des tailles de cristal en fonction de la température et de super-saturation sera examinée pour un procédé de cristallisation destiné à produire rapidement au laboratoire.

12 Module 12. distillation continue Distillation continue est une constante de séparation dans laquelle un mélange est introduit en continu dans le processus et les fractions séparées sont retirés en continu sous forme de courants de sortie. Une distillation est la séparation partielle ou séparation d'un mélange liquide d'alimentation en composants ou des fractions de point d'ébullition sélective (ou évaporation) et à la condensation. L'unité de distillation avancé dans ce module se compose d'une chaudière à laquelle deux types de colonnes interchangeables peuvent être adaptées (colonnes à plateaux et des colonnes de remplissage), un système de reflux, d'un dépôt à la distillation, une pompe à vide et l'autre pompe pour réaliser l'continue d'alimentation. Un mélange d'eau et d'alcool seront distillés dans cette expérience. Les élèves appliqueront les concepts de bilans de masse et d'énergie, d'équilibre vapeur-liquide et de McCabe-Thiele analyse pour calculer les paramètres de fonctionnement de la distillation.

13 Module 13. Continuous and batch filtration La filtration est une opération de séparation solide-liquide commune utilisée dans l'industrie qui requiert des données empiriques pour faire des prédictions de performances. Le module de filtration permet l'étude du processus de filtration en deux types de filtres. D'une part, un filtre plaques verticales, composées de plaques en nylon, de 0,5 micron de diamètre, ce qui nous permet de filtrer le CaCO3 de la suspension de concentration connue. D'autre part, une cartouche de filtre, plus apte à filtrer en continu des matériaux plus gros, ce qui permettra de filtrer et nettoyer un échantillon d'eau avec de petits morceaux de papier. Les étudiants apprendront la loi de Darcy et l'exemple de pré-revêtement et le filtre secours effets. Les bilans massiques sera effectuée sur le filtrat ainsi.

14 Module 14. Lit fixe et fluidisé Un lit fluidisé est formé quand une quantité d'une substance particulaire solide (généralement présent dans une cuve de maintien) est placé dans des conditions appropriées pour que le mélange solide / liquide à se comporter comme un fluide. Ceci est habituellement réalisé par l'introduction d'un fluide sous pression par l'intermédiaire de particules. Le phénomène résultant est appelé fluidisation. Lits fluidisés sont utilisés à plusieurs fins en génie chimique, tels que les réacteurs à lit fluidisé (types de réacteurs chimiques), craquage catalytique fluide, combustion en lit fluidisé, le transfert de chaleur ou de masse ou de la modification d'interface, tels que l'application d'un revêtement sur des éléments solides. En permettant l'étude simultanée de l'eau et du débit d'air à travers le lit, les étudiants apprendront les concepts suivants: chute de pression dans les lits garnis et fluidisé (pour l'air et les systèmes d'eau), la vérification de l'équation de Carman-Kozeny, Début de point de fluidisation, L'observation des différences entre les particules et la fluidisation agrégative, l'étude simultanée de systèmes d'air et de l'eau et de l'observation du phénomène de "bouillonnement".

15 Module 15. Convection libre et forcée Le transfert de chaleur à une interface solide / liquide se produit non seulement par conduction, mais aussi par convection. La conception d'échangeurs de chaleur est dirigé par la compréhension de ces deux phénomènes. Par exemple, le "puits de chaleur" sur un processeur d'ordinateur a une grande surface à ailettes de conception afin d'optimiser les effets de la conduction et convection. Dans ce module, l'étudiant devra étudier comment la convection libre et forcée peut améliorer le transfert de chaleur à une interface solide / fluide. Le système est constitué d'un tunnel en acier inoxydable de section rectangulaire supporté par une structure en aluminium anodisé qui permet son réglage sur une table de travail. Dans le tunnel, trois types d'échangeurs de chaleur peuvent être réglés: échangeur plat, chevilles échangeur et l'échangeur de la lame. Chaque échangeur présente une résistance électrique pour son chauffage. Dans les trois bases des échangeurs de nous fixer un thermocouple qui contrôle la température que les échangeurs atteindre. Les étudiants de mesurer les coefficients de transfert de chaleur et de calculer le nombre de Grashof et le nombre Hagen (deux paramètres de conception importants pour échangeurs de chaleur convectifs base).

16 Module 16. Transitoire et stationnaire état de conduction de la chaleur L'autre forme de dominer le transfert de chaleur en génie chimique est la conduction. Ce module se compose de matériel qui a été spécialement conçu pour démontrer le principe de transmission de la chaleur pour la conduction sans la nécessité connaissance des grands principes de la transmission par convection ou rayonnement. L'équipement se compose d'une barre de métal en fusion isolée et une barre de métal refroidi séparées par un espace dans lequel l'étudiant placer l'objet à mesurer. Différentes, interchangeables, les matériaux seront mesurés par rapport à leur profil de température dans l'espace. Les élèves de calculer la conductivité thermique des matériaux et des coefficients solide / solide de transfert de chaleur, ainsi que d'observer les transitoires dans le système. La loi de Fourier de conduction sera appliquée au système dynamique.

17 Module 17. L'absorption des gaz paroi humidifiée Une colonne d'absorption du film humide (ou gaz paroi mouillée) est constitué, pour l'essentiel, dans un tube vertical à travers lequel un liquide descend, de son côté un gaz monte à travers elle. Le gaz, lorsque mise en contact du liquide, est en partie diffuse dans le moyen de transfert de masse. Ce procédé est normalement utilisée pour étudier le transfert de masse entre deux composants dans deux phases différentes en raison du fait qu'il existe un film interfacial entre ces phases dans la colonne de film humide, à la différence d'autres procédés. Comme la solution analytique de ce système simple est tout à fait solvable, les élèves pourront comparer la solution à la loi de Fick et les résultats empiriques pour déterminer le coefficient de transfert de masse, et de calculer la relation en loi de puissance.