|
Chemické a procesní inženýrství
Doktorský program,
Fakulta chemicko-inženýrská
Cílem doktorského studijního programu Chemické a procesní inženýrství je vychovávat odborníky se širokým spektrem znalostí, které umožní uplatnění v akademické i průmyslové sféře. Studenti jsou podrobně obeznámeni jak s teoretickými základy chemického a procesního inženýrství, bioinženýrství a materiálového inženýrství, tak s experimentálními a praktickými aspekty oboru. Tím si vytvoří předpoklady pro základní nebo aplikovaný výzkum zaměřený na chemické a procesní inženýrství, ale také na další obory, jako je materiálové inženýrství, bioinženýrství a informatika. UplatněníAbsolvent studijního programu získá odborné znalosti, které zahrnují teorii přenosových jevů, termodynamiku, reaktorové inženýrství, teorii kontinua a hydromechaniku, materiálové inženýrství a chemicko-inženýrské aspekty péče o životní prostředí. Speciálními znalostmi jsou pak aplikovaná informatika, matematické modelování, metody nelineární dynamiky, numerické metody a programování při vědecko-technických výpočtech. Absolventi najdou uplatnění jednak v orientovaném či aplikovaném výzkumu v chemickém, procesním, materiálovém a farmaceutickém průmyslu a v bioinženýrství, jednak v manažerských funkcích při řízení výzkumu či vývoje. Absolventi se rovněž mohou uplatnit v akademické sféře jak na vysokých školách technického zaměření, tak při základním výzkumu v AV ČR i v zahraničních výzkumných institucích. Detaily programu
Vypsané disertační práce pro rok 2026/27Diagnostika dvoufázového toku v mikrokanálech
AnotaceCílem projetku je experimentální studium charakteru dvoufázového proudění (kapalina-plyn) v kanálech mikrometrických rozměrů. Naše pozornost se zaměří na zmapování tokových režimů pro různé geometrie kanálků (např. pravoúhlé křížení, T-větvení, náhlé rozšíření) a reologicky odlišné typy kapalin (Newtonské, viskoelestické, či pseudoplastické). Originální experimentální technika vyvinutá v našem oddělení, elektrodifúzní diagnostika proudění, bude využita jak pro určení směru a rychlosti proudění kapaliny v blízkosti stěny, tak i pro detekci průchodu bublin. Dodatečné informace o proudění budou získány pomocí vizualizačních experimentů využívajících rychloběžnou kameru, popřípadě pomocí měření rychlostních polí metodou mPIV (Micro Particle Image Velocimetry). Projekt je vhodný pro absolvent(a/ku) chemicko-inženýrského studia nebo studia jiného typu s technickým zaměřením. Uchazeč by měl být experimentálně zručný a měl by mít alespoň základní znalosti z oblasti hydrodynamiky. Základním předpokladem je ovšem chuť do samostatné výzkumné práce. Případný zájemce se bude moci opřít o naše bohaté zkušenosti jak v oblasti automatizovaných experimentálních měření s následným zpracováním dat (LabView), tak i řešení složitých hydrodynamických úloh (MatLab, Mathematica). Konzistentní propojení částicově rozlišených a semi-rozlišených simulací proudění s částicemi
AnotaceDisertační práce se zaměřuje na vývoj konzistentní víceškálové metodologie, která propojuje částicově rozlišené a semi-rozlišené simulace proudění s částicemi. Motivací jsou zásadní výpočetní omezení plně rozlišených přístupů CFD–DEM a nedostatečná fyzikální věrnost konvenčních semi-rozlišených modelů. Cílem práce je proto vytvořit metodiku zohledňující měřítko, která umožní přesné a výpočetně efektivní simulace v širokém rozsahu koncentrací částic, jejich velikostí a tvarů. Práce staví na již existujícím částicově rozlišeném CFD–DEM řešiči, který umožňuje práci s částicemi libovolného tvaru. Z tohoto řešiče budou systematicky extrahována fyzikálně konzistentní data pro uzavření vztahů semi-rozlišeného modelu, zejména hydrodynamické interakční síly, jako jsou odporová a vztlaková síla. Tato data jsou následně využita k vytvoření náhradních modelů založených na umělých neuronových sítích, které umožňují zahrnout klíčovou mikroskopickou fyziku do částečně rozlišených formulací bez nutnosti explicitního řešení proudění kolem každé částice. Důraz je kladen na numerickou konzistenci, robustnost a přenositelnost napříč proudovými režimy, morfologiemi částic a objemovými koncentracemi pevné fáze. Matematické modelování polymeračních procesů
AnotaceTéma je zaměřeno na vývoj pokročilých matematických modelů poylmerizačních i depolymerizačních reakcí souvisejících s rozličnými, průmyslově motivovanými problémy, např. cílenou depolymerizací hyaluronanů termální hydrolýzou, polymerací ethylénu za vysokého tlaku či Fischer-Tropschovou syntézou jakožto možnou alternativou pro výrobu syntetických paliv. Motivace jednotlivých případových studií bude jednak zlepšení vlastností finálního produktu, jednak vývoj prediktivních systémů pro zajištění bezpečnosti průmyslových procesů. Práce bude založena jednak na "first-principles" deterministickém modelování reakčně-transportních jevů, ale využita bude také metodika kontinuace ustálených stavů pro analýzu stability řešení. Vyvinuté modely budou posléze ve spolupráci se zahraničními partnery integrovány do většího celku zahrnujícího i "data-driven" statistické modely založené na principech strojového učení. Mikrobubliny: tvorba, vlastnosti, použití
AnotaceMikrobubliny jsou malé bublinky plynu (rozměry cca. 1-1000 mikronů) rozptýlené v kapalině. V mnoha ohledech vykazují odlišné chování od 'běžných' bublin o velikosti milimetrů a centimetrů, s nimiž pracuje většina vícefázových zařízení (kontaktory, reaktory). Mají nízkou stoupavou rychlost a tím velkou dobu prodlení, což zlepšuje transportní a reakční děje a snižuje plýtvání (veškerý plyn rozpustí). Mají velký měrný povrch (m2)/(m3) při daném objemu plynu v zařízení. Využívají se stále častěji v různých aplikacích, ale jejich chování v komplexních průmyslových podmínkách není dostatečně probádáno. V této disertační práci se student seznámí se základními dovednostmi práce s mikrobublinami jako jsou jejich příprava pomocí mikrobublinných generátorů a charakterizace jejich základních vlastností. Potom vyřeší zadaný projekt jejich konkrétního využití v nějakém procesu či aplikaci. Téma projektu bude zadáno dle domluvy, v závislosti na aktuálních příležitostech a možnostech. Získané poznatky budou uplatnitelné v průmyslových aplikacích různého typu (chemické, biotechnologické, potravinářské, metalurgické, farmaceutické, environmentální). Požadavky na uchazeče: • VŠ vzdělání - MSc chemické inženýrství nebo podobný obor, kreativní přístup k výzkumu a týmová práce Příprava mikrofluidní platformy pro diagnocké účely
AnotaceSeparace organických par a plynů funkcionalizovanými membránami
AnotaceMetal/kovalentní organická molekulární síta a funkcionalizované nanostrukturní materiály s iontovými kapalinami přestavují novou cestu pro zlepšení separačních schopností polymerních membrán pro dělení plynů a organických par. Tento druh funkcionalizace membrán rovněž vede k potlačení negativních jevů jako je plasticizace a stárnutí, které limitují využití nové generace polymerních materiálů s excelentními separačními vlastnostmi. Cílem práce je zjistit, jaký vliv má typ a množství funkcionalizace na transportně-separační parametry a strukturu membrán. Studie transportních a separačních vlastností bude provedena za použití automatizovaných systémů na měření permeace směsí plynů a organických par. V rámci práce budou zkoumány možnosti predikce transportních parametrů pomocí fyzikálních modelů a metod strojového učení. Požadavky na uchazeče: • VŠ vzdělání v chemickém inženýrství, fyzikální chemii nebo relevantním oboru. • zájem o vědu, ochota experimentovat, učit se nové věci, schopnost týmové práce. Strukturované katalytické reaktory pro průmyslové aplikace
AnotacePráce se věnuje experimentálnímu vývoji strukturovaných katalytických reaktorů pro průmyslové aplikace, jako jsou ukládání a uvolňování energie ve formě bezuhlíkatých paliv (NH3, H2 a další), jejich využití v palivových článcích a také katalytické odstraňování škodlivin z výfukových plynů. Ve středu zájmu jsou reakční kinetika katalytických reakcí a dále zlepšení přenosu hmoty a tepla v reaktoru pro dosažení co nejvyšší konverze. Studium světlem aktivovaných antibakteriálních povrchů v mikrofluidních reaktorech
AnotaceLight activated photocatalytic materials are attracting increasing interest as antibacterial surfaces because they can inactivate microorganisms upon illumination without the need for chemical disinfectants. However, their antibacterial performance is often studied under static or poorly controlled conditions, which makes it difficult to understand how and why they work and to transfer them to practical applications. In particular, the effects of flow conditions, mass transfer, and surface interactions are still not well understood. This PhD project focuses on studying antibacterial photocatalytic surfaces under well controlled flow conditions using microfluidic reactors. Bacteria will be exposed to reactive oxygen species generated at illuminated solid surfaces while key parameters such as reactor geometry, flow rate, residence time, and surface properties are systematically varied. This approach will allow the student to quantify bacterial inactivation and to understand the roles of transport and surface reactivity. Bacteria are used as simple test systems to evaluate surface performance, enabling the development of clear structure performance relationships and practical design guidelines for light activated antibacterial surfaces. The PhD topic is part of a project funded by the Czech Grant Agency and is carried out in cooperation with three major Czech research institutions, namely Brno University of Technology, Masaryk University, and the Czech Academy of Sciences. The outcomes of the project are relevant for flow based disinfection, water treatment, and related environmental applications. Transport tepla v granulárních materiálech při mechanickém míchání
AnotaceDisertační práce se zaměřuje na vztah mezi kontaktní dynamikou částic a přenosem tepla v míchaných granulárních systémech. Kombinací metody diskrétních prvků (DEM), CFD simulací a experimentů na rotačním bubnu a vertikálním míchadle bude zkoumáno, jak typ a intenzita míchání ovlivňuje dominantní mechanismy tepelného transportu. Cílem je propojit mikroskopickou kontaktní mechaniku s makroskopickým tepelným chováním systému. Požadavky na uchazeče: • VŠ vzdělání v chemickém inženýrství, matematickém modelovaní, počítačových vědách; • ochota učit se nové věci; • schopnost týmové práce. Víceúrovňové matematické modelování strukturovaných katalytických reaktorů a palivových článků
AnotacePráce se věnuje víceúrovňovému matematickému modelování strukturovaných katalytických reaktorů a palivových článků pro průmyslové aplikace, jako jsou ukládání a uvolňování energie ve formě bezuhlíkatých paliv (NH3, H2 a další) a také katalytické odstraňování škodlivin z výfukových plynů. Ve středu zájmu jsou reakční kinetika katalytických reakcí a dále zlepšení přenosu hmoty a tepla v reaktoru pro dosažení co nejvyšší účinnosti a konverze. Vyvíjené modely pokrývají měřítka od mikroskopických porézních struktur až po celé zařízení. Vliv adheze na dynamiku a segregaci granulárních materiálů při míchání
AnotaceDisertační práce se zaměřuje na roli adheze v chování granulárních systémů při mechanickém míchání. Pomocí metody diskrétních prvků (DEM) s využitím kontaktních modelů (JKR, bond model) a experimentální validace bude zkoumáno, jak adheze ovlivňuje segregační vzorce a dynamiku tvorby a rozpadu aglomerátů. Cílem je pochopit, za jakých podmínek a jakým způsobem adheze modifikuje segregaci a jaké faktory určují stabilitu aglomerátů při mechanickém namáhání. Požadavky na uchazeče: • VŠ vzdělání v chemickém inženýrství, matematickém modelovaní, počítačových vědách; • ochota učit se nové věci; • schopnost týmové práce. Vliv vlastností mezifázového rozhraní na dynamiku bublin
AnotaceVícefázové systémy s přítomností plynné fáze v kapalném prostředí jsou všudypřítomné v přírodě i živých systémech. Kontakt kapaliny s plynem je důležitý také v mnoha průmyslových procesech, jako je flotace nebo aerované reaktory. Surfaktanty, PAL, se svou schopností snižovat mezifázové napětí mezi kapalinou a plynem, mění chování mnoha vícefázových procesů. Pro mnoho systémů však charakterizace rozhraní pouze povrchovým napětím nestačí a nezbytné začínají být méně konvenční měření povrchové reologie a adsorpční/desorpční charakteristiky PAL. Cílem této práce je experimentálně určit vliv povrchově aktivních látek na dynamiku bublin a s tím související procesy (pohyb bublin, absorpce, koalescence atd.) a charakterizovat vybrané PAL měřením relevantních fyzikálně-chemických a transportních vlastností. Práce zahrnuje měření mezifázové reologie, pozorování a vyhodnocení dynamiky bublin pomocí rychloběžné kamery, a interpretaci získaných výsledků. Požadované vzdělání a schopnosti • VŠ studium chemického, strojního inženýrství nebo fyzikální chemie; • Systematický a tvůrčí přístup k práci, schopnost týmové spolupráce. Vysoce výkonné experimenty v heterogenních katalýze v průtokových reaktorech
AnotaceThis project aims to develop a platform combining high-throughput experimentation (HTE) with flow photomicroreactors to create efficient, scalable, and green heterogeneous catalytic processes. Addressing the complexity of catalytic reactions, varying catalysts, substrates, and reaction conditions, requires moving beyond traditional one-variable-at-a-time methods. HTE enables rapid screening of heterogeneous photocatalysts and reaction conditions across diverse photochemical transformations, while translating these reactions into flow photomicroreactors reduces reaction times, improves mass and photon transport, and accelerates discovery. The student will design experimental workflows integrating segmented flow in microreactors, where individual reaction parameters are tested in discrete liquid slugs containing suspended or immobilized solid catalysts, enabling systematic exploration of the reaction design space. HTE in the flow photomicroreactor will be coupled with in-line analytical techniques to distinguish effective and ineffective catalyst–substrate interactions. The resulting datasets will be visualized as heat maps, providing clear insight into structure and performance relationships and guiding rational optimization of heterogeneous catalytic systems. Vývoj pokročilých matematických modelů pro řízení provozu katalytických reaktorů
AnotacePráce se věnuje vývoji matematických modelů pro účinné řízení provozu katalytických reaktorů v průmyslových aplikacích, jako jsou odstraňování škodlivin z výfukových plynů (systém pro selektivní katalytickou redukci NOx se vstřikováním močoviny), palivové články využívající bezuhlíkatých paliv (NH3, H2) a další. Vyvinuté modely musí být schopny v reálném čase popsat a předpovídat budoucí chování daného reaktoru na základě jeho historie a signálů z měřicích čidel. Bude zkoumán jak přístup pomocí klasických fyzikálně-chemických modelů, tak i s využitím modelů strojového učení a umělé inteligence. |
Aktualizováno: 16.2.2026 17:31, Autor: Jakub Staś