Form IIIa (Türkçe): Ders Bilgileri
Dersin Adı Kodu Yarıyılı Teori
(saat/hafta)
Uygulama (saat/hafta)
Laboratuvar (saat/hafta)
Yerel Kredi
AKTS
Kütle ve Enerji Denklikleri
KMÜ 235
Güz 4 0 0 4 6
Önkoşul(lar)-var ise
Dersin dili İngilizce
Dersin Türü Zorunlu
Dersin verilme şekli Yüz yüze Dersin öğrenme ve
öğretme teknikleri
Anlatım Soru-Yanıt
Sorun/Problem Çözme Dersin sorumlusu(ları) Ders sorumlusu(ları)
Dersin amacı Bu dersin amacı, öğrencilere,
I. Tek ve çok birimden oluşan süreçlerin akış şemalarının çizimlerinin öğretilmesi, II. Tepkime olmayan ve tepkime olan çeşitli sistemlerdeki kütle ve enerji denkliklerinin türetilmesinin ve çözümlerinin öğretilmesi,
III. Tepkime olmayan ve tepkime olan çeşitli süreçlerdeki serbestlik derecesi analizinin öğretilmesi,
IV. Kütle ve enerji denklikleri ile ilgili problemlerin çözümü için gereken fiziksel özelliklerle ilgili verilerin, tablo ve grafikler kullanılarak nasıl bulunabileceklerinin öğretilmesi ve
V. Mühendislik hesaplamalarını ve problem çözümlerini, profesyonel olarak rapor edebilme becerisinin kazandırılmasıdır.
Dersin öğrenme çıktıları
Matematik, fen bilimleri ve mühendislik bilgilerini uygulama becerisi.
Yaşam boyu öğrenmenin gerekli olduğunun farkında olmak ve benimsemek.
Beklenen gereksinimleri karşılamak amacıyla bir sistemi, bileşeni ya da süreci tasarlama becerisi.
Tasarlanmış bir sistemi ve/veya süreci ölçeklendirip projelendirme becerisi.
Mühendislik problemlerini tanımlama, formüle edebilme ve çözme becerisi.
Kimya mühendisliğini fiilen uygulayabilmek için gerekli olan teknikleri, ustalığı ve modern mühendislik araçlarını kullanma becerisi.
Profesyonel ve etik sorumlulukları anlamak.
Dersin içeriği Kesikli ve sürekli süreçlerdeki kütle ve enerji denklikleri.
Kütle ve enerji denkliklerinin endüstrideki uygulamaları.
Dersin verilme şekli Yüz yüze
Kaynaklar Ders Kitabı:
Felder, R. M. and R. W. Rousseau, “Elementary Principles of Chemical Processes”, 3rd Edition, John Wiley&Sons, Inc., New York, 2000.
Yardımcı Kaynak:
Himmelblau, D. M. and J. B. Riggs, “Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering”, 7th Edition, Prentice-Hall, New Jersey, 2004.
Form IIIb (İngilizce): COURSE INFORMATION
Course Name Code Semester Theory
(hours/week)
Application (hours/week)
Laboratory (hours/week)
National Credit
ECTS
Material and Energy Balances
KMÜ Fall 4 0 0 4 6
Prequisites
Course language English
Course type Compulsory
Mode of Delivery (face to face, distance learning)
Face to face
Learning and teaching strategies
Lecture
Question and Answer Problem Solving Instructor (s) Course instructor(s)
Course objective The course aims to teach the students,
I. How to draw process flowcharts for single and multiple-unit processes,
II. How to derive and solve material and energy balances on various nonreactive and reactive systems,
III. How to perform degree-of-freedom analysis on nonreactive and reactive processes, IV. How to use tables and graphs to determine physical property data needed to solve problems related to material and energy balances.
V. How to report engineering calculations and problem solutions in a professional manner.
Learning outcomes An ability to apply knowledge of mathematics, science and engineering.
Recognition of the need for, and an ability to engage in life-long learning.
An ability to design a system, component, or process to meet desired needs.
An ability to scale and project a designed system and/or a process.
An ability to identify, formulate, and solve engineering problems.
An ability to use the techniques, skills, and modern engineering tools necessary for chemical engineering practice.
An understanding of professional and ethical responsibility.
Course Content Material and energy balances for batch and continuous processes.
Industrial applications of material and energy balances.
References Text book:
Felder, R. M. and R. W. Rousseau, “Elementary Principles of Chemical Processes”, 3rd Edition, John Wiley&Sons, Inc., New York, 2000.
Reference:
Himmelblau, D. M. and J. B. Riggs, “Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering”, 7th Edition, Prentice-Hall, New Jersey, 2004.
Form IVa ( Türkçe): Haftalara göre işlenecek konular
Haftalar Tartışılacak işlenecek konular
1. Hafta Kimya mühendisliği hesaplamalarına giriş. Birimler ve boyutlar, kuvvet ve ağırlık, sayısal hesaplama ve kestirim, boyutsal olarak homojenlik ve boyutsuz nicelikler, süreç verilerinin gösterilmesi ve analizi. Süreçler ve süreç değişkenleri. Kütle ve hacim, akış hızı, kimyasal bileşim, basınç, sıcaklık.
2. Hafta Kütle denkliği hesaplamalarının temel ilkeleri. Süreçlerin sınıflandırılması, genel denklik eşitliği. Sürekli çalışan, yatışkın durumdaki sistemler için kütle denklikleri.
Kesikli, yarı kesikli ve sürekli sistemler için integral kütle denklikleri. Kütle denkliği hesaplamaları. Akım şemaları, akım şemalarının ölçeklendirilmesi ve hesaplamanın temeli.
3. Hafta Serbestlik derecesi analizi. Tek birimli sistemlerdeki kütle denkliği hesaplamaları. Çok birimli sistemlerdeki kütle denklikleri.
4. Hafta Geri döngü ve çevrim dışı bırakma.
5. Hafta Tepkime olan süreçlerdeki denklikler. Stokiyometri, sınırlayıcı ve fazla tepkiyenler, dönüşüm kesri ve tepkimenin uzamı. Kimyasal denge, birden fazla tepkimenin gerçekleştiği sistemler, verim ve seçicilik. Moleküler ve atomik tür denklikleri.
Bağımsız eşitlikler, bağımsız türler ve bağımsız tepkimeler. Moleküler ve atomik türler için denklikler. Tepkimenin uzamı.
6. Hafta Ara sınav.
7. Hafta Yanma tepkimeleri. Teorik ve fazla hava. Yanma tepkimelerinin olduğu tepkime kaplarındaki kütle denklikleri.
8. Hafta Enerji çeşitleri, Termodinamiğin Birinci Kanunu. Kinetik ve potansiyel enerji. Kapalı sistemlerdeki enerji denklikleri. Açık sistemlerde, yatışkın durumdaki enerji denklikleri. Akış işi ve şaft işi. Özgül özellikler ve entalpi. Yatışkın durumda çalışan açık sistem için enerji denkliğinin türetilmesi. Termodinamik veri tabloları. Referans haller ve hal özellikleri.
9. Hafta Buhar tabloları. Tek bileşenli ve iki bileşenli süreçler için enerji denklikleri. Mekanik enerji denklikleri. Bernoulli Eşitliği. Tepkime olmayan süreçlerdeki enerji denklikleri.
Referans haller. İmgesel süreç yolları. Enerji denkliği hesaplamaları için yöntem.
10. Hafta Sabit sıcaklıkta basınçtaki değişiklikler. Sıcaklıktaki değişiklikler. Duyulur ısı ve ısı kapasiteleri. Isı kapasitesi formülleri. Isı kapasitelerinin hesaplanması. Tek fazlı sistemlerdeki enerji denklikleri. Faz değişiminin olduğu işlemler. Faz değişim ısıları.
Faz değişim ısılarının hesaplanması ve korelasyonu. Faz değişikliklerinin yer aldığı süreçlerdeki enerji denklikleri.
11. Hafta Nem diagramları. Adyabatik soğutma. Karıştırma ve çözelti. Çözünme ısısı ve karışma ısısı. Çözünme ve karışma işlemlerinin olduğu süreçlerdeki denklikler.
12. Hafta Tepkime ısısı. Tepkime ısılarının ölçülmesi ve hesaplanması: Hess Kanunu. Oluşma tepkimeleri ve oluşma ısıları. Yanma ısıları. Tepkime olan süreçlerdeki enerji denklikleri. Tepkime ısısı yöntemi. Oluşma ısısı yöntemi.
13. Hafta Ara sınav.
14. Hafta Sistem çıkışındaki koşulların bilinmediği süreçler: Adyabatik tepkime kapları. Yakıtlar ve yanma. Yakıtlar ve özellikleri. Adyabatik alev sıcaklığı.
15. Hafta Genel sınava hazırlık haftası.
16. Hafta Genel sınav.
Form IVb (İngilizce): Course outline weekly
Weeks Topics
1. Introduction to chemical engineering calculations. Units and dimensions, force and weight, numerical calculation and estimation, dimensional homegenity and dimensionless quantities, process data representation and analysis. Processes and process variables. Mass and volume, flow rate, chemical composition, pressure, temperature.
2. Fundamentals of material balance calculations. Process classification, the general balance equation. Material balances on continuous steady-state processes. Integral material balances on batch, semibatch and continuous processes. Material balance calculations. Flowcharts, flowcharts scaling and basis of calculation.
3. Degree-of-freedom analysis. General procedure for single-unit process material balance calculations. Balances on multiple-unit processes.
4. Recycle and bypass.
5. Balances on reactive processes. Stoichiometry, limiting reactants, fractional conversion, and extent of reaction. Chemical equilibrium, multiple reactions, yield, and selectivity. Balances on molecular and atomic species. Independent equations, independent species, and independent reactions. Molecular and atomic species balances. Extent of reaction.
6. Midterm exam.
7. Combustion reactions. Theoretical and excess air. Material balances on combustion reactors.
8. Forms of energy. The First Law of Thermodynamics. Kinetic and potential energy.
Energy balances on closed systems. Energy balances on open systems at steady state. Flow work and shaft work. Specific properties and enthalpy. Derivation of the steady state open-system energy balance. Tables of thermodynamic data. Reference states and state properties.
9. Steam tables. Energy balances on a one-component, and on a two-component processes. Mechanical energy balances. The Bernoulli equation. Energy balances on nonreactive processes. Reference states. Hypothetical process paths. Procedure for energy balance calculations.
10. Changes in pressure at constant temperature. Changes in temperature. Sensible heat and heat capacities. Heat capacity formulas. Estimation of heat capacities.
Energy balances on single phase systems. Phase change operations. Latent heats.
Estimation and correlation of latent heats. Energy balances on processes involving phase changes.
11. Psychrometric charts. Adiabatic cooling. Mixing and solution. Heats of solution and mixing. Balances on dissolution and mixing processes.
12. Heats of reaction. Measurement and calculation of heats of reaction. Hess’s Law.
Formation reactions and heats of formation. Heats of combustion. Energy balances on reactive processes. Heats of reaction method. Heats of formation method.
13. Midterm exam.
14. Processes with unknown outlet conditions: Adiabatic reactors. Fuels and combustion. Fuels and their properties. Adiabatic flame temperature.
15. Preparation to final exam.
16. Final exam.
Form Va : Değerlendirme Sistemi
Yarıyıl içi çalışmaları Sayısı Katkı Payı %
Devam (a) - -
Laboratuvar - -
Uygulama - -
Alan Çalışması - -
Derse Özgü Staj (Varsa) - -
Ödevler 2 10
Sunum - -
Projeler - -
Seminer - -
Ara Sınavlar 2 40
Genel sınav 1 50
Toplam 5 100
Yarıyıl İçi Çalışmalarının Başarı Notuna Katkısı 50
Yarıyıl Sonu Sınavının Başarı Notuna Katkısı 50
Toplam 100
Form Vb (İngilizce): Assesment methods
Course activities Number Percentage
Attendance - -
Laboratory - -
Application - -
Field activities - -
Specific practical training - -
Assignments 2 10
Presentation - -
Project - -
Seminar - -
Midterms 2 40
Final exam 1 50
Total 5 100
Percentage of semester activities contributing grade succes 50
Percentage of final exam contributing grade succes 50
Total 100
Form VIa: AKTS (Öğrenci İş Yükü) Tablosu
Etkinlikler Sayısı Süresi Toplam İş Yükü
Ders Süresi (X14 ) 14 4 56
Laboratuvar - - -
Uygulama - - -
Derse özgü staj (varsa) - - -
Alan Çalışması - - -
Sınıf Dışı Ders Çalışma Süresi (Ön Çalışma, pekiştirme, vb)
14 3 42
Sunum/Seminer Hazırlama - - -
Proje - - -
Ödevler 2 6 12
Ara sınavlara hazırlanma süresi 2 20 40
Genel sınava hazırlanma süresi 1 30 30
Toplam İş Yükü 180
Form VIb (İngilizce): WORKLOAD AND ECTS CALCULATION
Activities Number Duration
(hour)
Total Work Load
Course Duration (x14) 14 4 56
Laboratory - - -
Application - - -
Specific practical training - - -
Field activities - - -
Study Hours Out of Class (Preliminary work, reinforcement, etc.)
14 3 42
Presentation/Seminar Preparation - - -
Project - - -
Homework assignment 2 6 12
Midterms (Study duration ) 2 20 40
Final Exam (Study duration) 1 30 30
Total Workload 180
Form VIIa (Türkçe): DERSİN ÖĞRENME ÇIKTILARININ PROGRAM YETERLİLİKLERİ İLE İLİŞKİLENDİRİLMESİ
Program yeterlilikleri Katkı düzeyi
1 2 3 4 5
1. Matematik, fen bilimleri ve mühendislik bilgilerini kimya mühendisliği problemlerine uygulayıp yeni teknolojilere adapte edebilme.
X 2. Yaşam boyu öğrenmenin önemini benimseyerek
yeni teknolojik uygulamalardaki gelişmeleri veri tabanları ve diğer bilgi kaynaklarını etkin bir şekilde kullanarak takip edebilme.
X
3. Kimya mühendisliğinde kavramsal tasarımı tamamlanmış bir sistemin ve/veya sürecin tasarımını ölçeklendirip projelendirme.
X 4. Bilgisayar destekli teknik resim becerisini kimya
mühendisliği tasarım uygulamasında etkin kullanabilme.
5. Mühendislik problemlerinin çözümü için gerekli olan modern teknik ve araçları, bilgisayar yazılımı ile birlikte bilişim ve iletişim teknolojilerini etkin biçimde seçip kullanma.
X
6. Mühendislik çözümlerinin ve uygulamalarının evrensel ve toplumsal boyutlardaki etkilerini anlama.
X
7. Girişimcilik ve yenilikçilik konularında farkındalığa sahip olma.
8. Deney tasarlama, deney yapma, deney sonuçlarını analiz edip yorumlayarak yazılı bir rapor şeklinde sunabilme.
X
9. Disiplin içi ve disiplinlerarası takım çalışması yapabilme.
10. Bireysel çalışma becerisi ve bağımsız karar verebilme yetisine sahip olarak fikirlerini Türkçe ve İngilizce dillerini kullanarak sözlü ve yazılı, açık ve öz bir şekilde ifade ederek etkin iletişimde bulunabilme.
X
11. Mesleki etik ve sosyal sorumluluk bilincine
sahip olma. X
12. Proje planlama ve organizasyon, kalite yönetimi, çevre ve iş güvenliği gibi mesleki uygulamalar hakkında bilgili ve mühendislik uygulamalarının hukuksal sonuçları hakkında farkındalığa sahip olma.
13. Kimya mühendisliğinde son günlerde uluslararası alanda hızlı bir gelişme gösteren ve gelecek vaat eden Biyoteknoloji, Polimer Bilimi ve Teknolojisi ile Malzeme Bilimi ve Teknolojisi konularının en az birinde uzmanlaşmış olma becerisi kazanma.
Form VIIb (İngilizce) : MATRIX OF THE COURSE LEARNING OUTCOMES VERSUS PROGRAM OUTCOMES
Program Outcomes Contrubition level
1 2 3 4 5
1. To apply mathematics, science and engineering to chemical engineering problems and new technologies.
×
2. To recognize the need for and has the ability to engage in life-long learning; thus, can effectively follow the new technologies, databases and other information sources.
×
3. To scale up and prepare a process/production plan from a conceptually designed process/system.
×
4. To use computer based technical drawing in chemical engineering design and application effectively.
5. To select effectively and use modern techniques, tools, softwares, computer and communication technologies necessary to solve engineering problems.
×
6. To understand the impact of engineering applications and solutions in a global and societal context.
×
7. To recognize the importance of innovation and entrepreneurship.
8. To design and conduct an experiment, interpret experimental data and prepare a written report.
×
9. To function in inter/multi-disciplinary teams.
10. To work and make decisions independently, and communicate effectively by expressing his/her opinions in oral or written format in a clear and concise manner.
×
11. To understand professional and ethical responsibility.
×
12. To recognize the legal aspects of engineering applications having knowledge on project planning and organization, quality management, health, safety and environmental issues.
13. To specialize in at least one of rapidly developing fields: Biotechnology, Polymer Science and Technology, Materials Science and Technology.
