Chemical Engineering

Standard length of daily study: 3

Standard length of external study:

Content of the study field - description of the first degree

Odbornosť v oblasti chemického inžinierstva je založená na súbore poznatkov, ktorý umožňuje vytvoriť spôsobilosť ovládať, riadiť a zefektívňovať komplexné výrobné procesy zabezpečujúce chemické a fyzikálne zmeny látok vrátane manipulácie materiálových prúdov a ich tepelných úprav od surovín po komerčné produkty a to v oblasti chemických, farmaceutických, potravinárskych, biotechnologických výrob a v oblasti životného prostredia.

Univerzalita tejto bázickej spôsobilosti, založená na vysokej procesovej podobnosti výrobných postupov v týchto oblastiach umožňuje pružnosť a adaptabilitu absolventov podľa stavu trhu práce na začiatku ich profesionálnej činnosti, ale aj vo vzdialenejšej budúcnosti a to najmä v súvislosti s perspektívnymi technológiami. V rámci voliteľných predmetov poskytuje tento odbor možnosti špecifickejšej profilácie na tomto i ďalších stupňoch vzdelávania. Absolventi nájdu uplatnenie vo výrobnej činnosti, vo vývoji produktov, v oblasti energetiky podnikov, bezpečnosti prevádzok, v obchodnej činnosti s produktami i v technickej administratíve v štátnych orgánoch i v podnikoch.

Teoretické vedomosti

Súčasťou jadra znalostí je prírodovedný základ zahrnujúci predovšetkým poznatky z matematiky, fyziky a chémie, pričom za primeraný možno považovať rozsah matematiky s prevažujúcim užívateľským zameraním, ak presiahne 10 % ECTS kreditov, rozsah všeobecnej chémie, chémie priemyselných výrob a fyzikálnej chémie ak presiahne 20 % ECTS kreditov.

Vlastným jadrom znalostí sú poznatky z oblasti teórie transportných javov (hybnosti, tepla a látky) v prostredí s chemickými reakciami i pri úprave vlastností látok a delení zmesí a poznatky z ich praktických aplikácií na technologické procesy komplexných výrobných postupov v priemyselných zariadeniach. Nevyhnutnou súčasťou jadra výučby a  znalostí z tejto oblasti sú poznatky z laboratórnych prác z chemického inžinierstva so zodpovedajúcimi zručnosťami pri obsluhe zariadení zabezpečujúcich dopravu tekutín, ich tepelné úpravy v príprave na príslušné chemické a fyzikálne procesy výrobných postupov a zariadení na delenie zmesí.

Rozsah tém vlastného jadra znalostí spolu s bilancovaním hmotnosti a energie a s energetickým inžinierstvom možno považovať za primeraný, len ak presiahnu vo výučbe 45 % ECTS kreditov študijného programu.

Praktické schopnosti a zručnosti

Absolvent bakalárskeho štúdia chemického inžinierstva získa schopnosť

-       rozumieť fyzikálnym a chemickým procesom výrobných postupov v oblasti chemických, farmaceutických, potravinárskych, biotechnologických výrob, v oblasti životného prostredia a spôsobom ich ovládania a riadenia

-       zabezpečovať prevádzku týchto výrob ako operátor, technológ i ako pracovník v základných riadiacich funkciách

-       zefektívňovať prevádzku na základe analýzy jej činnosti s využitím chemickoinžinierskych výpočtov chemických a fyzikálnych procesov v štandardných typoch priemyselných zariadení

-       rozumieť energetike výrobných procesov, efektívne využívať energetické zdroje, riadiť výrobu a distribúciu energetických médií v podniku

Doplňujúce vedomosti, schopnosti a zručnosti

Absolvent bakalárskeho štúdia chemického inžinierstva nadobudne spôsobilosť

-       pracovať s chemickoinžinierskymi  výskumnými a vývojovými zariadeniami, zhromažďovať a spracovávať údaje pomocou výpočtovej techniky

-       zúčastňovať sa na vývoji nových produktov

-       rozumieť zásadám technologickej bezpečnosti vo výrobnej činnosti

Vymedzenie jadra znalostí

Nosné témy jadra znalostí

Témy všeobecného teoretického základu

-       matematika (matice, sústava lineárnych rovníc, reálna funkcia a jej vlastnosti, diferenciálny počet, integrálny počet, obyčajné diferenciálne rovnice, nekonečné rady, náhodné veličiny, odhady neznámych parametrov, testovanie štatistických hypotéz, korelačná a regresná analýza, numerické metódy)

-       fyzika (kinematika a dynamika hmotného bodu a sústavy hmotných bodov, gravitačné pole, dynamika tuhého telesa, mechanika tekutín)

-       všeobecná chémia (štruktúra hmoty, vlastnosti molekúl, skupenské stavy, chemické reakcie, chemická rovnováha, roztoky, odmerná analýza)

-       anorganická chémia (vlastnosti a praktické využitie anorganických zlúčenín, anorganické materiály)

-       organická chémia (uhľovodíky a ich deriváty, reakcie organických látok, heterocyklické zlúčeniny, amínokyseliny, sacharidy, lipidy, prírodné a syntetické polyméry)

-       fyzikálna chémia (chemická termodynamika, elektrochémia, koloidika)

-       informatika (charakteristika operačných systémov a počítačových sietí, databázy, vyhľadávanie a triedenie údajov, algoritmizácia riešenia úloh a programovacie prostriedky)

Tieto témy je vhodné zaradiť do prvých troch semestrov štúdia.

Témy profilujúcich znalostí odboru

-       materiálové bilancie technologických procesov (bilančné rovnice a ich vlastnosti, bilancie v systémoch bez chemickej reakcie, bilancie systémov s chemickými premenami zložiek)

-      energetické bilancie technologických procesov (charakteristiky stavu systému, energetické bilancie v systémoch bez chemickej reakcie, energetické bilancie s chemickými reakciami)

-       tok tekutín (bilancie hybnosti a mechanickej energie tekutiny, doprava tekutín, miešanie tekutín, filtrácia, fluidizácia)

-       transport tepla (prestup tepla vedením, prúdením, sálaním, výmenníky tepla), transport látky

-       separačné procesy (destilácia, absorpcia, extrakcia, adsorpcia, membránové procesy, kryštalizácia, sušenie)

-       energetické inžinierstvo (termodynamika energetických zariadení, energetické médiá, stláčanie a skvapalňovanie plynov, chladenie, priemyselné pece)

-       zariadenia priemyselných výrob (konštrukčné materiály a ich vlastnosti, uskladňovacie, dopravné, teplovýmenné a separačné zariadenia, chemické reaktory, technická dokumentácia)

-       reaktorové inžinierstvo (kinetika chemických reakcií, získavanie a vyhodnocovania kinetických údajov, modely izotermických a neizotermických chemických reaktorov)

-       návrhové výpočty procesov a zariadení

Za vhodné možno považovať zaradenie materiálových a energetických bilancií do 1. ročníka, ostatné predmety do 2. ročníka, sčasti do 3. ročníka.

Doplňujúce témy jadra znalostí

-       automatizácia (matematické modely systémov, Laplaceova transformácia, odozva dynamického systému na určité typy vstupných signálov, regulátory, meranie fyzikálnych veličín, snímače niektorých fyzikálnych veličín, metódy merania veličín, zber a spracovanie údajov pomocou výpočtovej techniky)

-       bezpečnostné inžinierstvo (bezpečnostné vlastnosti chemických látok, nebezpečné procesy, riziká výrobných zariadení a ich analýza, modelovanie následkov havarijných udalostí)

-       ekonomika priemyselných projektov (metódy odhadu investičných nákladov, odhad cien zariadení, výpočet investičných nákladov projektu, odhad výrobných nákladov, diagram toku peňazí, návratnosť investícií, metódy voľby optimálneho variantu)

-       technologický projekt (návrh technológie, výpočet rozmerov zariadení)

Témy sú primerané vo výučbe 3. ročníka.

Ďalšie témy jadra znalostí

• Biochémia (systematická biochémia, enzýmové reakcie, transportné mechanizmy buniek, základy genetiky, proteosyntéza, primárny a sekundárny metabolizmus)
• Bioinžinierstvo (mikrobálna a enzýmová kinetika, aeróbny a anaeróbny rast mikroorganizmov, imobilizované enzýmy, bioreaktory – typy, transport látky, hydrodynamika, prestup kyslíka, sterilizácia, bioseparácie)
• chémia anorganických priemyselných výrob (vrátane materiálov)
• chémia organických priemyselných výrob (vrátane polymérov)

Znalosti uvedené v nosných témach jadra znalostí musia byť súčasťou obsahu každého študijného programu v tomto študijnom odbore. Študijný program musí pokrývať celý obsah študijného odboru. Znalosti špecifikované v nosných témach jadra majú tvoriť aspoň 70 % kreditov študijného programu v každom ročníku, v súčte za celé štúdium musia tvoriť aspoň 75 % kreditov študijného programu a to s rozložením ako sa uvádza v stati Teoretické vedomosti.

Štátna skúška

správa z riešenia technologického projektu a jeho obhajoba

kolokviálna skúška z oblasti poznania študijného odboru Chemické inžinierstvo

Content of study field - description of the combined first and second degree

Standard length of daily study: 2 (pre uchádzačov, ktorí ukončili prvostupňové štú

Standard length of external study:

Content of the study field - second grade description

Absolvent druhého stupňa vysokoškolského štúdia Chemického inžinierstva získa komplexné znalosti pre potreby riadenia výroby, aplikovaného a základného výskumu, návrhu, projekcie a optimalizácie chemických a potravinárskych výrob spájaním základných znalostí z chémie a biochémie s poznatkami o chemických reaktoroch, separačných procesoch a zariadeniach, so zreteľom na ekonomické, bezpečnostné a ekologické ukazovatele.

Dôraz sa kladie na to, aby si absolvent prehĺbil znalosti z oblasti chemických vied, fyziky a matematiky s rozsiahlym využitím výpočtovej techniky

Teoretické vedomosti (2. stupeň)

Absolvent odboru Chemického inžinierstva (2. stupeň)

-         analyzuje fyzikálne a chemické deje, interpretuje zákonitosti, ktorými sa riadia procesy aplikované v rôznych odvetviach chemických, potravinárskych, farmaceutických a iných technológií

-         zostavuje a rieši matematické modely jednotkových operácií, reaktorov a bioreaktorov, pri ktorých aplikuje poznatky z  prestupu látky, hybnosti a tepla

-         modeluje procesy prebiehajúce v jednoduchých a zložených systémoch

-         navrhuje a posudzuje činnosť zariadenia alebo sústavy zriadení chemických a biochemických výrob

Praktické schopnosti a zručnosti (2. stupeň)

Absolvent odboru Chemického inžinierstva (2. stupeň) získa schopnosť

-         tvorivo využívať získané poznatky v aplikovanom výskume a výrobnej praxi

-         zavádzať a používať moderné metódy a prostriedky pri riešení problémov

-         aplikovať výsledky matematického modelovania pre určenie podmienok racionálneho a efektívneho vedenia procesov, voľby charakteristík zariadení, v ktorom  procesy prebiehajú

-         samostatne vedecko-výskumne pracovať v oblasti chemického, biochemického, environmentálneho a bezpečnostného inžinierstva

-         pracovať v projektoch komplexného riešenia návrhu, realizácie a zavedenia chemických, biochemických a iných výrob

Doplňujúce vedomosti , schopnosti a zručnosti (2. stupeň)

Absolvent odboru Chemického inžinierstva (2. stupeň)

-         tvorivo a efektívne využíva matematické a výpočtové prostriedky pri riešení problémov chemických a biochemických technológií

-         vie identifikovať riziká chemických, potravinárskych a farmaceutických výrob a navrhnúť systém preventívnych opatrení, ktoré znižujú nebezpečenstvo a dôsledky havárií na životné prostredie, v súlade s právnym rámcom disciplíny

Vymedzenie jadra znalostí (2. stupeň)

Nosné témy jadra znalostí študijného odboru (2. stupeň)

-       Teória prenosových javov – bilancie látky, energie a hybnosti; teória laminárneho a turbulentného toku tekutín, teórie prestupu látky a tepla; rýchlostné rovnice prestupu bilancovaných veličín; simultánny prestup tepla, látky a hybnosti vo viaczložkových, viacfázových systémoch a v póroch tuhej látky v jednoduchých a zložitých geometriách; aplikácie teoretických aspektov na zložité reálne systémy z hľadiska dynamického, priestorového, fázového (suspenzie, disperzie a emulzie) a reologického (rôzne typy tekutín); transportné analógie.

-       Reaktorové inžinierstvo – prehĺbenie poznatkov z oblasti homogénnych izotermických a neizotermických chemických a biochemických reaktorov (využívanie komplexnejších modelov toku pri simulačných a návrhových výpočtoch – funkcie rozdelenia zdržného času, axiálna disperzia); teória katalytických a nekatalytických heterogénnych reaktorov.

-       Difúzne separačné procesy – procesové a návrhové výpočty pretržitých i nepretržitých separačných procesov viaczložkových zmesí založených na princípe teoretického kontaktu; procesové a návrhové výpočty pretržitých i nepretržitých separačných procesov s využitím koeficientov prestupu látky a tepla.

-       Termodynamika – výpočet termodynamických funkcií v zložitých systémoch s fázovými a chemickými premenami; fázové a chemické rovnováhy viaczložkových viacfázových systémov; termodynamické a transportné vlastnosti látok (práca s databázami).

-       Analýza a syntéza chemických výrob – návrh a analýza prevádzkovania jednotlivých zariadení chemických a biochemických technológií s ohľadom na ekonomické, bezpečnostné a environmentálne hľadiská; stabilita a flexibilita procesu vzhľadom k vonkajším podmienkam materiálové a energetické bilancie výrobných jednotiek, simulácia a optimalizácia chemických výrob, pinch-techniky dizajnu

-       Numerické metódy v chemickom inžinierstve – obyčajné a parciálne diferenciálne rovnice; sústavy algebraických a diferenciálnych rovníc rôznych druhov; metódy jednoparametrovej a viacparametrovej optimalizácie s obmedzeniami a bez obmedzení; metódy odhadu parametrov; teória plánovania pokusov.

-       Aplikované disciplíny chemického inžinierstva – biochemické inžinierstvo, bezpečnostné inžinierstvo, potravinárske inžinierstvo, energetické inžinierstvo, polymérne inžinierstvo, environmentálne inžinierstvo, materiálové inžinierstvo, inžinierstvo koloidných a disperzných sústav.

-       Legislatívne aspekty návrhu, prevádzkovania a bezpečnosti chemických výrob; ochrana duševného vlastníctva.

-       Ekonomika výrobného podniku - obchodný plán, riadenie výroby a odbytu, marketing.

Odporúča sa, aby tieto znalosti tvorili aspoň 3/4 ECTS kreditov študijného programu v 1. roku štúdia.

-       Technologický projekt – tímové riešenie návrhu výroby s definovaným konečným produktom a požadovanou kapacitou výroby. Výber vhodných surovín a základných výrobných postupov, zostavenie technologickej schémy, riešenie materiálovej a energetickej bilancie výroby, návrh jednotlivých zariadení vrátane rozmerov a konštrukčných materiálov a návrh merania a regulácie procesov. Technicko-ekonomická analýzu výroby so zohľadnením legislatívnych aspektov bezpečnosti, ochrany zdravia a životného prostredia.

-       Diplomová práca – individuálne samostatné riešenia zadania problému vedeckého alebo technického charakteru, ktoré môže mať formu projektu, teoretickej alebo experimentálnej výskumnej štúdie.

Odporúča sa, aby tieto znalosti tvorili aspoň 3/4 ECTS kreditov študijného programu v 2. roku štúdia.

Znalosti uvedené v jadre znalostí musia byť súčasťou obsahu každého študijného programu v tomto študijnom odbore. Študijný program musí pokrývať celý obsah Študijného odboru. Minimálne 3/4 obsahu študijného programu musí obsahovať témy študijného odboru v 100% vyjadrení ECTS kreditov odboru.

Štátna skúška

-       obhajoba diplomovej práce (abstrakt v jazyku anglickom)

-       správa z riešenia technologického projektu

-       kolokviálna skúška z oblasti poznania študijného odboru Chemické inžinierstvo.

Standard length of daily study:

Standard length of external study:

Content of the study field - description of the third grade

Absolvent ovláda vedecké metódy výskumu a vývoja používané pri sledovaní transportu hybnosti, energie a látky pri návrhu, simulácii, optimalizácii, zvyšovaní bezpečnosti, ochrany životného prostredia procesov prebiehajúcich v zariadeniach a chemickej, farmaceutickej  a biochemickej technológie, energetiky a pod.

Teoretické vedomosti (3. stupeň)

- zákonitosti toku viacfázových systémov, nenewtonovské tekutiny

- tok a výmena tepla v zložitých systémoch

- chemická a fázová rovnováha, chemická kinetika zložitých sústav v aplikácii na chemické a biochemické reaktory

- zákonitosti prestupu látky vo fáze a viacfázových sústavách

- matematické a experimentálne modelovanie, optimalizácia vo vzťahu návrh, projekcia, simulácia chodu a bezpečnostná analýza zariadení chemickej, biochemickej, farmaceutickej a inej technológie

Doplňujúce vedomosti, schopnosti a zručnosti (3. stupeň)

Absolvent si osvojí zásady vedeckej (a riadiacej) práce vo výskumnej skupine, preukáže schopnosť samostatného riešenia čiastkového problému základného výskumu, naučí sa formulovať vedecký alebo technický problém, kriticky zhodnocovať publikované výsledky v sledovanej oblasti, hľadať originálne riešenia, konfrontovať svoje názory s vedeckou komunitou.

Naučí sa prezentovať výsledky svojej práce formou odborných seminárov v rámci školiaceho pracoviska, formou prezentácii (poster, prednáška) na odborných konferenciách, a formou publikácií v odbornej časopiseckej literatúre.

Vymedzenie jadra znalosti (3. stupeň)

Nosné témy jadra znalosti študijného odboru (3. stupeň):

-         tok tekutín, newtonovských, nenewtonovských, jedno- a viacfázových v rôznych usporiadaniach systému

-         tok tepla v tekutinách a viacfázových systémoch

-         fázové a chemické rovnováhy zložitých systémov

-         prestup látky vo viacfázových systémoch

-         deje prebiehajúce v chemických a biochemických reaktoroch

-         matematické a experimentálne modelovanie chemických a biochemických javov so zameraním na technické využitie

-         navrhovanie zariadení na výmenu tepla a hmoty medzi fázami a realizáciu chemických a biochemických reakcií

Študijná časť

Teoretický fundament, metodologický aparát, špecializácia:

- tok tekutín a energie v zložitých systémoch (jednofázový, viacfázový), prestup látky vo viacfázových viaczložkových systémoch, chemická a fázová rovnováha, aplikovaná chemická kinetika a teória chemických a biochemických reaktorov, systémové inžinierstvo

- použitie teoretických základov pri riešení problémov aparátov alebo zložitých systémov chemickej a biochemickej technológie z hľadiska ich návrhu, syntézy, optimalizácie a bezpečnosti

- matematické a experimentálne modelovanie a optimalizácie: formulácia matematického modelu, metódy riešenia rovníc matematického modelu, plánovanie experimentov, testovanie hypotéz, formulácia optimalizačnej úlohy a účelovej funkcie, riešenie optimalizačných úloh

- jazyková príprava

Vedecká časť

- Riešenie konkrétneho vedeckého problému hydrodynamiky, prestupu tepla, prestupu látky, teórie chemických alebo biochemických reaktorov v oblasti chemickej alebo biochemickej technológie, životného prostredia, energetiky, bezpečnosti jednotlivých zariadení alebo technologických celkov a pod.

- Pri riešení úlohy sa musí preukázať iniciatívny a tvorivý prístup od formulácie, návrhu ciest riešenia až po dosiahnutie cieľa. Pritom sa musí vychádzať z aktuálneho stavu problematiky v danej oblasti poznania a používať adekvátny aparát na riešenie úlohy. Problém sa rieši s využitím metód matematického alebo experimentálneho modelovania, optimalizácie s využitím plánovaných experimentov a štatistiky pri hodnotení dosiahnutých výsledkov. Závery práce okrem získaných poznatkov musia obsahovať prínos pre rozvoj študijného odboru a priemyselnú prax  v oblasti chemických potravinárskych, farmaceutických a iných výrob.

Znalosti uvedené v jadre majú rozsah 1/3 v študijnej časti a 2/3 vo vedeckej časti. Dizertačná skúška a obhajoba dizertačnej práce musia spĺňať kritérium, aby študent preukázal schopnosť samostatne získavať teoretické poznatky a samostatne ich prezentovať pred odbornou verejnosťou z akademickej obce a priemyselnej praxe.