Prosím čekejte...
Nepřihlášený uživatel
iduzel: 52781
idvazba: 60775
šablona: api_html
čas: 18.5.2021 02:26:47
verze: 4908
uzivatel:
remoteAPIs: https://cis-web.vscht.cz/zaverecne-prace/program/
branch: trunk
Obnovit | RAW
Chemical and Process Engineering

Chemical and Process Engineering

Doktorský program, Fakulta chemicko-inženýrská
CHYBI CHARAKTERISTIKA PROGRAMU

The PhD study programme Chemical and Process Engineering aims on the education of experts with a wide range of knowledge and skills for both academic and industrial applications. The students learn in detail theoretical basis of chemical and process engineering, bio-engineering and material engineering as well as experimental and practical aspects of the field. This will create prerequisites for their further career in the basic or applied research in chemical and process engineering but also in the related areas, such as material engineering, bio engineering and informatics.

Uplatnění

Graduates of this study programme gain the expertise in transport phenomena, thermodynamics, reaction engineering, continuum fluid mechanics, material engineering and chemical-engineering aspects of environmental protection. Specialized knowledge includes applied informatics, mathematical modeling, numerical methods, non-linear dynamics and programming for scientific and technical computations. The graduates find jobs in applied research and development in chemical, pharmaceutical, bio-engineering and advanced material industry, including management of the research and development. The graduates are also successful in academic work at technical universities, research institutes and academies of sciences.

Detaily programu

Jazyk výuky Anglický
Standardní doba studia 4 roky
Forma studia Prezenční + kombinovaná
Garant studia prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D.
Kód programu AD401
Místo studia Prague
Kapacita 25 studentů
Počet vypsaných prací 36

Vypsané disertační práce

Absorpce CO2. Optimalizace průmyslového provozu.

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Záchyt CO2 je v průmyslu častou potřebou, ať se jedná o čištění odpadních plynů, kde je tento plyn obsažen v malé koncentraci, či o součásti průmyslové výroby s vysokými koncentracemi CO2, jako například výroba vodíku. Právě posledně zmíněný příklad odpovídá technologii v závodě Unipetrol, kde přetrvávají požadavky na jeho optimalizaci. V souladu s potřebami průmyslového partnera budou cíle experimentálního výzkumu zahrnovat i)studie trvanlivosti/degradace absorpčních rozotků používaných ve stávajícím provozu, ii)studie absorpčních schopností nových kapalin s vyšší selektivitou záchytu H2S a iii)studie vlivu stopových příměsí, například kovů Fe, Ni a V, na účinnost vypírek. Student získá cenné zkušenosti s prací v průmyslové výrobě, neboť se v rámci spolupráce s výzkumným ústavem průmyslového partnera (UniCRE) bude moci při výzkumu samostatně pohybovat v areálu Unipetrol, kde najde potřebné zázemí ve vybavené laboratoři i v osobách konzultantů-průmyslových pracovníků.

Aplikace molekulárních simulací při vyhledávání a charakterizaci nových pevných forem léčiv

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Experimentální vyhledávání nových pevných forem léčiv, jako jsou polymorfy, soli, kokrystaly nebo solváty, je velmi zdlouhavý proces vyžadující testování různých podmínek. Jakmile je objevena nová pevná forma, je analyzována kombinací několika technik včetně XRD, NMR, Ramanovy spektroskopie, SEM, DSC, měřením rozpustnosti a její stability. V tomto projektu plánujeme využít molekulární simulace k podpoře experimentálního screeningového postupu. To zvýší naše základní porozumění řídících interakcí mezi molekulami léčiva a pomocné látky pro vznik nové pevné formy. Molekulární modelování bude využito zejména při výpočtu energií interakce připravených pevných forem léčiva a k jejich relativnímu porovnání z pohledu termodynamické stability a teploty tání. Bude-li to možné, budou simulace molekulární dynamiky srovnávány s experimentálně měřenými vlastnostmi pevných forem léčiva, tj. s daty naměřenými pomocí NMR nebo FTIR. V poslední části plánujeme aplikovat molekulární modelování při popisu rozpustnosti nově objevených pevných forem za přítomnosti různých pomocných látek (jako jsou povrchově aktivní látky, polymery, malé partnerské molekuly) ve vodném prostředí.

Charakterizace a modelování dispergovaných systémů s variabilní viskozitou

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Cílem tohoto projektu je charakterizovat a modelovat systémy, kde viskozita dispergované fáze během procesu stoupá. Typickými příklady jsou emulgace, suspenzní polymerace nebo sférická aglomerace. Student začne se zjednodušeným systémem složeným ze dvou kapalných fází s různými viskozitami, které budou analyzovány on-line senzory poskytujícími informace o velikostech kapiček. Experimentální aktivita bude zahrnovat jak vsádkový, tak kontinuální postup přípravy. Shromážděná data budou následně použita k vývoji matematického modelu založeného na výpočetní dynamice tekutin (CFD) spolu s populační bilancí použité k popisu koalescence a rozpadu kapiček pro různé úrovně viskozity dispergované fáze. Rozšířením této aktivity bude proces sférické aglomerace, kde dispergovaná fáze bude obsahovat částice (nanočástice nebo krystaly), které mohou aglomerovat a tím zvýšit viskozitu dispergované fáze. Vyvinutý model bude ověřen na základě experimentálních dat shromážděných v různých provozních podmínkách.

Dynamika vícefázových soustav: kapalina-plyn-tuhá fáze

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Vícefázové disperzní soustavy se vyskytují všude kolem nás, jak v přírodě, tak v technologiích a průmyslových aplikacích (sedimentace, fluidace, plynokapalinové soustavy - probublávané kolony, flotační systémy, atd.). Díky své složitosti a aplikačnímu potenciálu představují seriózní výzvu pro základní výzkum v oboru vícefázové hydrodynamiky. V této disertační práci budou experimentálně i teoreticky studovány klíčové procesy probíhající v disperzích na malém měřítku (koalescence bublin, kolize bublina-částice v kapalině) a jejich důsledky pro režimy proudění disperzí ve velkém měřítku (probublávané kolony, flotační nádrže, apod.). Získané poznatky budou uplatnitelné v průmyslových aplikacích různého typu (chemický průmysl, ropný, potravinářský, metalurgický, farmaceutický, environmentální, atd.). Požadavky na uchazeče:
• VŠ vzdělání v oboru chemického inženýrství, nebo strojního inženýrství, nebo matematiky a fyziky,
• schopnost a ochota se vzdělávat
• kreativní přístup a týmová práce

Ejektor kapalina-plyn jako kompaktní a úsporný reaktor.

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství
Vedoucí práce: Ing. Jan Haidl, Ph.D.

Anotace

Ejektor kapalina-plyn je proudové čerpadlo, ve kterém je kinetická energie kapalného paprsku využívána k čerpání okolního plynu a tvorbě jemné plyno-kapalinové disperze. Díky své jednoduché konstrukci bez pohyblivých částí se v průmyslu ejektory běžně používají jako spolehlivé vývěvy, distributory plynu pro bublané reaktory či efektivní zařízení pro mechanické i chemické čištění odplynů. Značně turbulentní tok disperze v kombinaci s její vysokou měrnou mezifázovou plochou (104-105 m2/m3) navíc poskytují řádově vyšší hodnoty objemových koeficientů přestupu hmoty v kapalné fázi, kLa, než jsou měřeny v konvenčních aparátech chemického průmyslu - plněných kolonách či bublaných a míchaných reaktorech - a otevírají tím možnost návrhu kompaktní verze takovýchto aparátů. Předběžné analýzy ukazují, že reaktor ejektorového typu dokáže poskytovat stejný objem produktu jako řádově větší konvenční aparáty a to při srovnatelných energetických nákladech. Navíc, charakter zařízení umožňuje pružněji regulovat teplotu v reaktoru reagovat na výkyvy ve výrobě. Cílem této práce je provést systematickou studii vlivu geometrie ejektorového reaktoru a procesních podmínek na hydraulické a transportní charakteristiky ejektoru a tvorbu metodiky návrhu ejektorových reaktorů. Studie bude provedena na laboratorním a poloprovozním zařízení se systémy voda-vzduch a voda-helium za atmosférického a zvýšeného tlaku. Vlastnosti vody budou modifikovány přídavkem činidel pro co nejvěrnější simulaci reálných reakčních systémů.

Hydrogely a jejich nanokompozity

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství
Vedoucí práce: Ing. Jaroslav Tihon, CSc.

Anotace

Hydrogely jsou zesíťované polymery obsahující vysoký podíl vody. Mohou být využívány například v medicíně (kontaktní čočky, obvazový materiál, tkáňové inženýrství) a v čištění odpadních vod (mají vysokou schopnost adsorbovat organická barviva). Zakomponováním vhodných nanočástic většinou anorganického původu do struktury hydrogelů vznikají nanokompozity, které často vykazují ještě lepší fyzikálně chemické vlastnosti než původní hydrogely – typicky se zvyšuje pevnost, mění se obsah zachycené vody, adsorpční schopnost pro různé polutanty nebo naopak schopnost uvolňovat léčiva. V tomto projektu bude studována příprava nových hydrogelových nanokompozitů, jejich fyzikálně chemické vlastnosti a možnosti jejich využití, ať už v oblasti medicíny nebo životního prostředí. Projekt je vhodný pro absolventa či absolventku chemicko-inženýrského, fyzikálně-chemického nebo jiného technického oboru. Experimentální zručnost je vítána. Hlavním předpokladem je však chuť do výzkumné práce.

Kontinuální příprava multikomponentních pevných forem léčiv

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Vyhledávání nových pevných forem se obvykle provádí v systémech s malým objemem včetně laboratorních třepaček nebo odparkách, kulových mlýnech atd., které pracují výhradně ve vsádkovém módu. Jakmile je objevena nová pevná forma, je škálování procesu často velmi složitý úkol. V tomto projektu plánujeme otestovat schopnost využívat extruder k přípravě vícesložkových pevných forem léčivých látek, jako jsou soli, kokrystaly nebo amorfní formy. Experimenty v malém objemu budou prováděny v kulovém mlýnu, kde budou připraveny nové pevné formy vybrané léčivé látky. Po charakterizaci provedeme zvětšení výrobního procesu s využitím extruze, kde se budeme testovat možnost kontinuální přípravy stejná forma léčivé látky. K optimalizaci výrobního procesu bude provedeno podrobné prozkoumání parametrů procesu. Oba produkty budou důkladně charakterizovány, včetně XRD, NMR, Ramanovy spektroskopie, DSC, SEM, charakterizace částic, měření rozpouštění a testování stability.

Matematické modelování mikrofluidních separátorů pro dělení racemických směsí

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Mikrofluidní zařízení jsou charakterizována velkým poměrem velikosti mezifázové plochy a vnitřního objemu. Toho je možno využít při separacích chemických látek pomocí extrakce nebo membránových procesů. Separace opticky aktivních látek, často důležitých farmaceutických nebo potravinářských produktů, na membránách nebo sorbentech s ukotveným chirálním selektorem představuje výzvu pro současné chemické inženýrství. Nástroje matematického modelování mohou vést k lepšímu pochopení komplexních dějů v takových zařízeních a následně k designu efektivně pracujících mikrofluidních separátorů. Hlavními cíli navrhovaného tématu jsou: Na základě předběžných a dostupných experimentálních dat bude vytvořen matematicko-fyzikální popis transportu hmoty a hybnosti v mikrofluidních zařízeních s ukotveným chirálním selektorem. Budou vytvořeny matematické modely dějů v různých prostorových měřítcích, které budou zahrnovat popis transportu dělených složek difúzí, konvekcí a elektromigrací. Modely budou numericky analyzovány. V parametrickém prostoru budou hledány hodnoty parametrů, které zajistí vysokou separační účinnost a vysokou produktivitu mikrofluidního systému. Školící pracoviště disponuje kvalitní výpočetní technikou. Předpokládá se podíl doktoranda/ky na řešení grantových projektů a aktivní účast na mezinárodních vědeckých konferencích.

Matematické modelování transportu kapalina-plyn v pórech katalyzátoru

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Práce se zabývá vývojem pokročilých matematických modelů pro simulace transportu hmoty ve vícefázových systémech kapalina-plyn uvnitř pórů pevného katalyzátoru, včetně fázové přeměny (vypařování, kondenzace). Modely jsou vyvíjeny v CFD prostředí OpenFOAM a využívají trojrozměrné struktury porézních materiálů, získané počítačovou rekonstrukcí z rentgenové tomografie (XRT) a elektronových mikroskopů. Výsledky modelů jsou dále ověřovány pomocí dostupných experimentálních dat z laboratorního reaktoru.

Membránová separace primárních produktů fermentace

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

V biotechnologiích jsou často využívány vsádkové procesy, při kterých je používána živá kultura / biomasa. Biomasa často vytváří látky / produkty metabolismu, kterými je sama poškozována, viz například alkoholové kvašení. Příprava sterilního prostředí a optimálních počátečních podmínek bioprocesu bývá časovou i finanční zátěží celé výrobní technologie. Je tedy žádoucí usilovat o kontnualizaci takových procesů. Jedním z opatření pro zajištění kontinualizace technologie může být průběžné odstraňování primárního produktu bioprocesu, například výše zmíněného alkoholu. Tento záměr obnáší návrh dvoustupňového separačního zařízení, kdy je nejdříve třeba separovat kulturu / biomasu, tedy pevnou dispergovanou fázi, od kapaliny a následně z homogenní kapalné fáze separovat pro biomasu nebezpečné složky. Ve druhém stupni separace lze použít například pervaporaci. Cílem dizertační práce je experimentální vývoj separační technologie s využitím dvou stupňů membránové separace - mikrofiltrace a pervaporace. Práce bude vedena z pohledu chemicko-inženýrského vývoje, tj. budou hledány závislosti dosahovaných separačních parametrů, jako jsou selektivita, permeabilita, apod., na provozních parametrech, jako například tlak, průtok, teplota, složení nástřiku. K popisu závislostí budou využity checko-inženýrské veličiny jako polarizační modul membrány, či koeficient přestupu hmoty. Na pracovišti jsou k dispozici nové moduly pro uvedené membránové separace, které byly za účelem experimentálního vývoje technologie zakoupeny v loňském roce. Řešitel se seznámí jak se standardními membránovými moduly v průmyslových technologiích používanýmmi, tak originální sestavou vyrobenou profesionální firmou podle specifických požadavků pracoviště. Kromě toho, že se student seznámí s moderními technologiemi zaváděnými v průmyslu i s moderními zařízeními, bude pracovat v kolektivu studentů a akademických výzkumných pracovníků se zkušenostmi z průmyslové sféry. Doktorské studium s nabízeným zaměřením poskytne řešiteli dobrou průpravu buťo pro následné získání pozice kvalifikovaného pracovníka v průmyslu nebo pro systematické vedení dalšího výzkumu na vývojovém/výzkumném pracovišti s potřebným chemicko-inženýrským nadhledem. Další informace Doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha, budova B VŠCHT Praha, přízemí, místnost T02, emai: tomas.moucha@vscht.cz

Mikrofluidní systémy pro syntézu a separaci opticky aktivních látek

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Mikrofluidní reaktory a separátory jsou moderní zařízení, která představují alternativu ke klasickým vsádkovým a průtočným systémům používaným v biotechnologické praxi. Malé prostorové měřítko zajišťuje reprodukovatelné reakční podmínky a intenzivní sdílení hmoty a tepla. Mikrofluidní zařízení zpravidla postrádají pohyblivé části a dovolují snadné kombinování mnoha jednotkových operací, jako jsou mísiče, separátory, reaktory. Hlavními cíli navrhovaného tématu jsou: Studium kinetiky vybraných enzymových reakcí, které vedou k produkci opticky aktivních látek využívaných ve farmacii, potravinářství nebo při syntéze chemických specialit. Návrh a příprava mikrofluidních separatorů s vloženou membránou nebo sorbentem s uchyceným chirálním selektorem pro dělení racemických směsí. Testování vyrobených mikrofluidních zařízení pro selektivní separaci vybraných opticky aktivních sloučenin. Posouzení možnosti urychlení transportu opticky aktivních látek membránami pomocí vloženého elektrického pole. Školící pracoviště disponuje potřebnými technologiemi pro výrobu mikrofluidních systémů, moderními měřicími přístroji a kvalitní výpočetní technikou. Předpokládá se podíl doktoranda/ky na řešení grantových projektů a aktivní účast na mezinárodních vědeckých konferencích.

Modelování adheze a lámání částic při zpracování práškových materiálů

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Při zpracovávání práškových materiálů dochází k intenzivním silovým interakcím mezi částicemi, jejichž důsledkem může být adheze částic do větších aglomerátů, nebo naopak jejich destrukce a následné lámání. Adheze částic v důsledku přitažlivých mezičásticových interakcí ve spojení s deformací částic je řízena kombinací povrchových vlastností částic a síly působící na interagující částice. Popis lámání částic je výsledkem interakce mezi vnitřní pevností částice a silovým působením okolí na tuto částici. Cílem práce je popis vlivu adheze a lámání částic na dynamické a transportní vlastnosti práškových materiálů. Daný výzkum bude prováděn zejména pomocí numerických simulací s využitím metody diskrétních prvků. Předpokládá se, že vznik adheze bude popsán teorií Johnsona, Kendalla a Robertsa. Pro lámání částic budou použity modely popisující elastické vazby na základě definice tuhosti a tlumení vazby. Požadavky na uchazeče:
• VŠ vzdělání v chemickém inženýrství, fyzice, matematickém modelovaní, počítačových vědách;
• ochota učit se nové věci a schopnost týmové práce.

Modulární hydrogeloví mikroroboti

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Vedoucí práce: RNDr. Ivan Řehoř, Ph.D.

Anotace

Miniaturizace robotů na velikost desítek mikronů umožní jejich užití v dosut nepřístupných oblastech, jako je kontrolovaná doprava léčiv, či mikrochirurgie. Ukazuje se, že použití měkkých materiálů, které konají mechanickou práci pomocí deformace je klíčové pro snížení mechatronické náročnosti robotů a umožňuje jejich miniaturizaci, které není možné dosáhnout s tradičními konstrukčními přístupy. V naší skupině jsme nedávno vyvinuli hydrogelové mikroroboty, schopné plait se po podložce a poháněné světlem (https://www.youtube.com/watch?v=PQOXS7f9rDg). Spousta budoucích aplikací takovýchto mikrorobotů předpokládá jejich schopnost autoomní kooperace a schopnost spojovat se do větších funkčních celků. Modulární konektivita individuálních robotů byla experimentálně zkoumána v makroměřítku. Cílem tohoto projektu je zkoumat nové přístupy pro spojován jednotlivých robotů v mikroměřítku, založné na chemickém rozpoznávání. Vzniklé robotické superstruktury budou testovány pro schopnosti vykonávat práci, například schopnost uchopit objekt.

Míchání a segregace granulárních materiálů

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Na rozdíl od kapalin je v případě míchání granulárních systémů nutné řešit rovněž otázku segregace. Granulární systémy obsahují velké množství částic. Jednotlivá zrna však nejsou identická, ale můžou se lišit ve velikosti, hustotě, tvrdosti, tvaru nebo v jiných fyzikálně-chemických vlastnostech. Takovýto typ odlišností při pohybu částic často vede v konečném důsledku k segregaci materiálu různých vlastností. I když je segregace všudypřítomný jev, který způsobuje rozdílné dynamické chování granulárních částic v sypané vrstvě, tak důvody jejího vzniku, intenzita a predikce výsledného chování systému nejsou vždy úplně zřejmé. Cílem práce je zkoumat mechanizmy vzniku procesu segregace během procesu míchání a její vliv na dynamiku granulárních materiálů. Daný výzkum bude prováděn zejména pomocí numerických simulací s využitím metody diskrétních prvků. Požadavky na uchazeče:
• VŠ vzdělání v chemickém inženýrství, matematickém modelovaní, počítačových vědách;
• ochota učit se nové věci;
• schopnost týmové práce.

Nanostrukturované biomimetické povrchy s antibakteriálním účinkem

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství
Vedoucí práce: Ing. Viola Tokárová, Ph.D.

Anotace

Biomimetické materiály vyvinuté díky novým technologiím mají jedinečnou funkci inspirovanou biomateriály a jejich strukturou vyskytující se v přírodě. Jednou z oblastí biomimetiky jsou topografické povrchy s antibakteriálními vlastnostmi. Předmětem práce je mapování topografie přírodních materiálů, jako jsou křídla vybraných zástupců vážek nebo okvětních lístků růží, a replikace struktur na vhodný materiál, který lze aplikovat v biomedicíně (např. implantáty). Cílem je zaměřit se na nanostrukturovanou topografii a charakterizovat oba povrchy, přírodní i replikované, a otestovat antibakteriální vlastnosti replik proti různým bakteriálním kmenům (např. infekce spojené se zdravotní pooperační péčí).

Návrh a optimalizace výplní katalytických reaktorů pro dvoufázový tok kapalina-plyn s využitím 3D tisku

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství
Vedoucí práce: Ing. Petr Stavárek, Ph.D.

Anotace

Technologie 3D tisku přináší nové možnosti pro návrh chemických reaktorů a také katalyzátorových nosičů. Především je to možnost optimalizace a detailního přizpůsobení zařízení nebo struktury katalyzátoru pro požadavky daného procesu. Předmětem této práce je proto návrh a 3D tisk optimální struktury nosiče katalyzátoru pro modelovou heterogenní reakci zahrnující proudění kapaliny a plynu. Návrh bude vycházet z experimentální studie hydrodynamiky jednofázového a dvoufázového toku vrstvou strukturované výplně a matematického modelování procesu pomocí CFD (OpenFOAM, ANSYS Fluent). Uchazeč by měl disponovat dobrými znalostmi chemického a reakčního inženýrství, také mít kladný vztah k práci na počítači, který je potřebný k osvojení si systémů sběru dat, jejich vyhodnocení, matematickému modelování a technologie 3D tisku. K plnění zadaných úkolů bude vyžadována samostatnost, kreativnost, schopnost týmové práce, zájem učit se nové věci a v neposlední řadě také znalosti anglického jazyka.

Pevnost a tekutost granulárních materiálů

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Mechanika granulárních materiálů (písek, jíl, bahno, suť) je jedním z nejcitovanějších problémů v geologii a průmyslové výrobě. Přírodní katastrofy jako jsou zemětřesení nebo sesuvy půdy jsou způsobeny mechanickou nestabilitou granulární sutě. Z pohledu stavebnictví, farmaceutické a chemické výroby je nutné zabývat se mísením a transportem granulárních materiálů, kdy je obvykle vyžadována jejich "tekutost". Cílem této práce je studovat pevnost granulárních materiálů, která charakterizuje přechod ze statického do tekoucího stavu, a porozumět mechanismům, které vedou ke snížení pevnosti. Student bude provádět a analyzovat počítačové simulace granulární vrstvy namáhané smykovými silami. Výhodou virtuálních experimentů je, že umožnují separovat vliv jednotlivých procesů, které ovlivňují pevnost materiálu. Student se zaměří především na možnost degradace pevnosti vlivem porézní tekutiny nebo vnějších oscilací. Požadavky na uchazeče:
• VŠ vzdělání v chemickém inženýrství, fyzice, geologii, matematickém modelovaní, počítačových vědách;
• ochota učit se nové věci;
• schopnost týmové práce.

Porézní katalytické vrstvy ve strukturovaných reaktorech

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Práce se zaměřuje na přípravu a nanášení porézních katalytických vrstev do strukturovaných reaktorů, jako jsou voštinové monolity, filtry, porézní membrány a otevřené pěny. Cílem je zefektivnit provoz reaktoru s ohledem na využití katalytického materiálu, transport hmoty a tepla. Budou studovány průmyslově významné aplikace jako jsou konverze výfukových plynů, parciální oxidace a parní reforming metanu. Morfologie vzorků bude analyzována na základě snímků z elektronových mikroskopů (SEM, TEM) a rentgenové tomografie (XRT). Vliv mikrostruktury na celkovou účinnost zařízení bude testován v laboratorním reaktoru. Téma je podporováno předním světovým výrobcem katalyzátorů Johnson Matthey.

Párování kLa dat se střižnými silami pro spolehlivější návrhy fermentorů

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Ve fermentačních technologiích jsou často používány mechanicky míchané aerované nádoby. V případě aerobních procesů je za hlavní návrhový parametr považována měrná spotřeba kyslíku (Oxygen Uptake Rate - OUR). To znamená, že je uvažován proces řízený mezifázovým transportem kyslíku (mezi plynem a kapalinou) a klíčovým návrhovým parametrem je objemový koeficient přestupu hmoty - kLa. Praxe však ukazuje, že s míchadly nižšího příkonového čísla (což znamená nižší intenzitu turbulence a nižší kLa) je často dosahováno vyšší účinnosti fermentace, než s míchadly vyššího příkonového čísla (což znamená vyšší intenzitu turbulence a vyšší kLa). Vysvětlení přináší fakt, že mikroorganismy mohou být poničeny vyšší mírou turbulence, jak je vysvětleno dále. Intenzita turbulence je úměrná střižným silám působícím v mechanicky míchané fermentační vsádce. Vysoké střižné síly mohou "přetrhnout" mikroorganismy, které tím přestanou vyrábět svůj primární produkt. Cílem dizertační práce je proměřit veličiny úměrné střižným silám za různých experimentálních podmínek a tyto výsledky spárovat s hodnotami kLa v databázi, která je již k dispozici v Laboratoři sdílení hmoty na VŠCHT Praha. Takové propojení dat umožní vyvinout metodiku vysoce racionálního návrhu průmyslových fermentorů.

Příprava a charakterizace nanočástic pro transfekci buněk

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Doručování genových vektorů během transfekce buněk se obvykle provádí pomocí pozitivně nabitých polyiontů. Ve spojení s DNA je tato metoda schopna doručovat genetické informace do jádra hostitelské buňky a k následné produkci požadovaného proteinu. I když se tento postup běžně používá, toxicita polykationtů vede k nízké schopnosti reprodukce buněk a časté ztrátě kultivovaných buněk. V tomto projektu plánujeme vyvinout transfekční systém založený na biologicky odbouratelných polymerech s nízkou toxicitou za použití procesu agregace. Student se bude podílet na výběru, syntéze a modifikaci biologicky odbouratelného polymeru s následnou přípravou polymerních nanočástic jako nosičů DNA. Vlastnosti připraveného polymeru budou charakterizovány různými metodami, jako je rozptyl světla nebo GPC. Vytvořené nanočástice budou charakterizovány DLS, SEM / TEM, měřením zeta potenciálu a charakterizací jejich koloidní stability. Rovněž bude testována následná komplexace produkovaných NP s DNA a velikost vytvořených komplexů. V poslední části projektu bude proces komplexace zvětšen na potřebné množství, a vytvořené nanoagregáty bude testovány na živých buňkách.

Příprava nanočástic pro doručování léčiv při léčení ran

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Hlavním zaměřením tohoto projektu je syntéza multifunkčních vezikul obsahujících hydrofilní a hydrofobní léčiva pro použití při hojení ran. Protože tyto částice mohou být použity přímo nebo jako součást krytů ran, bude nezbytná jejich podrobná charakterizace a koloidní stabilita. Student bude studovat vliv složení vezikul (primárním systémem budou povrchově aktivní látky a cholesterol) a způsob přípravy na velikost a vlastnosti vytvořených nano nosičů a účinnost zapouzdření léčiva. Pro takto připravené vezikul, bude měřena kinetika uvolňování léčiva jako funkce molekulové hmotnosti použitých povrchově aktivních látek a iontové síly roztoku. Kvalita připravených vzorků bude charakterizována kombinací analytických technik včetně 3D modulovaného DLS, depolarizovaného DLS, statického rozptylu světla, optické video mikroskopie v kombinaci s analýzou obrazu a kryo-TEM. Součástí projektu bude také příprava multifunkčních vezikul v mikrofluidních systémech a porovnání jejich vlastností s metodou vsádkové přípravy.

Příprava nosičů pro dodávání léčiv pro léčbu revmatoidní artritidy

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Revmatoidní artritida (RA) je chronická autoimunitní porucha postihující hlavně klouby, které jsou napadnuty zánětem a otokem synovie kloubu. Dnes je kromě konvenčních syntetických antirevmatik modifikujících onemocnění (DMARD) schválena řada biologických DMARD. Nedávno byl také schválen první cílený syntetický DMARD, zatímco jiné cílené sloučeniny jsou ve fázi vývoje. Obzvláště zajímavá je skupina léků na bázi komplexů zlata. Přes své slibné vlastnosti mají tato léčiva nízkou rozpustnost ve vodě a tedy nízkou biologickou dostupnost. V rámci tohoto projektu proto plánujeme prozkoumat možnost přípravy rozpustnějších sloučenin komplexů zlata s využitím přístupu krystalického inženýrství a formulovat tyto léky do různých nanonosičů. Ke zkoumání stability komplexů zlata bude použita kombinace různých přípravných a analytických technik. V dalším kroku budeme zkoumat dopad matrice nebo komplexačního partnera na charakteristiky rozpouštění testovaných komplexů.

Příprava porézních nosičů pro imobilizaci enzymů a jejich aplikace v biokatalýze

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Aplikace enzymů pro přípravu různých biomolekul je stále více populárnější. To je způsobeno nízkou spotřebou energie a vysokou specificitou katalyzovaných reakcí. Významnou nevýhodou této technologie je ztráta aktivity enzymu nebo komplikovanost recyklace enzymu. Možným řešením těchto problémů je imobilizace enzymů na vhodný nosič. V tomto projektu použijeme nedávno vyvinutou technologii reaktivní gelace vhodnou pro syntézu 3D porézního materiálu tvořených nanočásticemi s volitelnou porozitou a distribucí velikosti pórů v kombinaci s kovalentní imobilizací enzymů na povrch připraveného materiálu. Pro porozumění dopadu interakcí enzym-povrch, plánujeme použít nanočástice vyrobené z různých polymerů nebo oxidu křemičitého v kombinaci s různými pomocnými molekulami umístěnými mezi porézním materiálem a enzymem. Tímto způsobem budeme schopni studovat dopad těchto interakcí na aktivitu enzymu a výtěžek biokatalytické reakce. Pro takto vytvořený systém budeme dále zkoumat vliv podmínek procesu (dispergované porézní agregáty vs. náplňové lože), vliv iontové síly, pH, koncentrace substrátu atd., na výtěžek a selektivitu prováděné enzymatické reakce. V poslední části projektu bude systém rozšířen směrem k několika následným enzymaticky katalyzovaným reakcím. Student se bude podílet na přípravě porézního materiálu a jeho charakterizaci, jakož i na povrchové funkcionalizaci pomocí vhodných skupin. Následně bude student zodpovědný za imobilizaci enzymu a testování jeho aktivity a výtěžku. Pro charakterizaci vlastností materiálu a testování chování imobilizovaných enzymů bude použita kombinace několika analytických technik včetně SEM, rozptylu světla, měření BET, Hg porosimetrie, XPS, HPLC, UV-VIS atd.

Studium a příprava nanočástic v kontrolovaných podmínkách mikrofluidního uspořádání

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství
Vedoucí práce: Ing. Viola Tokárová, Ph.D.

Anotace

Vlastnosti nanočástic (optické, elektromagnetické či mechanické) závisí na jejich velikosti, morfologii a struktuře, a proto je nutné produkovat částice vykazující co nejmenší různorodost k dosažení požadovaných uniformních vlastností. Vsádková příprava nanočástic je jednou z nejrozšířenějších metod díky své přímosti a jednoduchosti instrumentace, ale naráží na své limity dané neideálním mícháním reaktantů zejména pro extrémně rychlé srážecí reakce (tvorba koloidního stříbra, zlata, křemičitých částic). U tvorby takových nanočástic hraje míchání reaktantů významnou roli, jelikož se nukleace částic často odehrává v řádu několika milisekund po smíchání prekurzorů reakce. Průtočné mikro-fluidní systémy jsou vhodnou technologií, která díky svým malým rozměrům, velkému poměru povrchu ku objemu a intenzifikaci míchání dokáže snížit polydisperzitu produkovaných částic a kontinuálně produkovat částice, které vykazují vlastnosti těžko dosažitelné konvenčními vsádkovými metodami přípravy. Cílem této práce bude optimalizovat architekturu mikrofluidních kanálků a její vliv na promíchávání reaktantů s ohledem na syntézu nanočástic o požadované velikosti.

Studium interakcí bublin a kapek s vírovou strukturou

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Disperze kapalina-plyn nebo kapalina-kapalina jsou součástí řady technologických i biotechnologických procesů. Částice tekutiny (bubliny nebo kapky) se v turbulentním proudění kapaliny rozpadají a vytvářejí komplexní vícefázový systém. Pochopení mechanizmu rozpadu částic v turbulentním proudění je důležité, protože teoretické modely popisující tento mechanizmus jsou nezbytné pro numerické modelování složitých vícefázových systémů. Doktorská práce bude zaměřena na experimentální studium dynamického chování bubliny nebo kapky při interakci s toroidním vírem s cílem určit rychlost rozpadu původní částice a distribuci velikostí nově vzniklých částic. Mechanizmus rozpadu bude studován v závislosti na různě zvolených hydrodynamických a fyzikálně-chemických podmínkách systému. Pracoviště je dostatečně vybavené pro studium rozpadu bubliny/kapky v turbulentním proudění. Má k dispozici aparáty pro řízenou tvorbu bublin, toroidního víru i pro tvorbu intenzivní turbulence. Dále disponuje potřebnými řídícími a vyhodnocovacími programy. Požadavky na uchazeče: VŠ vzdělání (magisterský studijní program) v oboru chemického inženýrství nebo strojního inženýrství; schopnost týmové, systematické a tvořivé práce; zájem o experimentální práci.

Studium transportních charakteristik v různých typech bioreaktorů

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Výroba nových produktů v oblasti biotechnologie a farmacie je založena na návrhu bioreaktoru. Výběr vhodného typu bioreaktoru je klíčový s ohledem na maximální výtěžek, ale také je limitován životností přítomných mikroorganismů. Cílem doktorského studia je porovnat návrhové parametry (transportní charakteristiky) tří typů nejčastěji používaných bioreaktorů. Výsledky práce budou sloužit k charakterizaci rozdílů a podobností jednotlivých typů bioreaktorů z hlediska distribuce plynu, přenosu hmoty a promíchávání v závislosti na celkové energii dodávané do systému. Transportní charakteristiky budou získány experimentálně pro modelové vsádky, které budou navrženy na základě fyzikálních vlastností reálných médií. Obě spolupracující pracoviště jsou dostatečně vybavené a celkem disponují třemi typy bioreaktorů i) mechanicky míchaný reaktor, ii) probublávaná kolona a iii) air-lift reaktor. Všechny typy reaktorů jsou uzpůsobené pro měření transportních charakteristik stejnými a tudíž srovnatelnými metodami. Požadavky na uchazeče: VŠ vzdělání (magisterský studijní program) v oboru chemického inženýrství, strojního inženýrství, organické technologie, biotechnologie a podobných oborech; schopnost týmové, systematické a tvořivé práce; zájem o experimentální práci. Další informace Doc. Tomáš Moucha, budova B VŠCHT Praha, přízemí, místnost T02, e-mail: tomas.moucha@vscht.cz

Transformace aerosolových částic vlivem změn v plynném prostředí

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství
Vedoucí práce: Ing. Vladimír Ždímal, Dr.

Anotace

Aerosolové částice jsou v atmosféře všudypřítomné a ovlivňují mnoho dějů na Zemi, od globálního oteplování po lidské zdraví. Nacházejí se převážně v chemické a fyzikální rovnováze se svým okolím, ale kvůli kontinuálním změnám v atmosféře nebo během jejich transportu např. do našich plic se během své doby života mění. Proto je nutné studovat jejich chování při změnách prostředí, aby bylo možné předpovědět jejich osud a transformace, když se dostanou do atmosféry a/nebo v ní vzniknou. Studie bude provedena za použití nově vyvinutého systému laminárních reaktorů, které umožní kontrolovat vlastnosti okolního prostředí částic. Jevy budou studovány za použití pokročilých metod aerosolové instrumentace včetně on-line chemické a fyzikální charakterizace částic aerosolovým hmotnostním spektrometrem. Požadavky na uchazeče:
• VŠ vzdělání (Ing., Mgr.) v chemickém inženýrství, fyzikální chemii, organické technologii, chemické fyzice, meteorologii ...;
• ochota experimentovat a učit se nové věci;
• schopnost týmové práce.

Tvorba mikrostrukturovaných materiálů metodami samoskladby

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Vedoucí práce: RNDr. Ivan Řehoř, Ph.D.

Anotace

Samoskladba je spontánní uspořádávání jednotek - stavebních bloků - do uspořádaných struktur. Uspořádaná struktura má nejnižší energii ze všech možných uspořádání stavebních bloků a snižování této energie je je hybnou silou samoskladby. Uspořádání vzniklé struktury je určeno vlastnostmi stavebních bloků, jejich tvarem, materiálovou anizotropíí, povrchovými vlastnostmi atd. Ladění těchto vlastností tak, aby byla dosažena chtěná struktura může být nazíráno jako programování a je jednou z možností jak konstruovat mikro a nanostrukturované materiály. Otázka velikosti je při samoskladbě klíčová, zatímco malé stavební bloky (pod 2 mikrony) jsou schopny minimalizovat svoji energii v průběhu samoskladby díky brownovskému pohybu, který jim umožňuje měnit vzájemnou pozici a orientaci. Větší stavební jednotky to nedokáží a mají proto tendeci v průběhu samoskladby zamrzat v nerovnovážných pozicích.
Nedávno jsme představili postupy, které umožňují uspořádávat anizotropní hydrogelové mikročástice do uspořádaných 2D struktur. Vyvinuli jsme nové mechanismy, umožňující kontrolovat orientaci stavebních bloků během samoskladby a tím překonávat lokální minima kinetické energie. Uspořádané částice mohou být posléze spojeny pomocí kovalentních vazeb jednotlivých mikročástic. Získané struuktury mají využití v mikrorobotice, v přípravě metamateriálů i v tkáňovém inženýrství. Cílem dizertační práce je dále rozvíjet metody samoskladby hydrogelových mikročástic, kombinovat je s přímým uspořádáváním pomocí mobilních mikrorobotů vyvinutých v našem týmu (https://www.youtube.com/watch?v=PQOXS7f9rDg) a používal vzniklé struktury ve výše zmíněných aplikacích.

Tvorba mikročástic z přírodních extraktů pomocí superkritického CO2

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství
Vedoucí práce: Ing. Marie Sajfrtová, Ph.D.

Anotace

Extrakty z přírodních materiálů jsou získávány především v kapalném nebo pastovitém stavu. Pro lepší tržní využití se suší do práškovité formy, čímž se sníží cena skladování a zvýší se koncentrace a stabilita aktivních složek. Při sušení (sprejové sušení, lyofilizace atd.) však může docházet k degradaci účinných složek, ke kontaminaci organickými rozpouštědly a k produkci příliš velkých částic. Těmto nevýhodám je možné předejít použitím šetrné relativně nové metody tvorby částic, tzv. superkritickým antisolvent procesem (SAS), při kterém je roztok účinné složky v kapalném rozpouštědle vstřikován do proudu superkritického CO2, který působí jako antisolvent. To vede k přesycení rozpuštěné látky a následně k nukleaci a růstu částic. Produktem je jemný suchý prášek. Cílem práce je pro zvolený rostlinný extrakt vyhodnotit vliv provozních parametrů SAS (tlak, teplotu, koncentraci rozpuštěné látky atd.) na vlastnosti vytvořených částic. Požadavky na uchazeče:
• VŠ vzdělání v oboru chemie a technologie potravin, přírodní látky, chemické inženýrství nebo organická technologie.
• systematický a kreativní přístup k práci, chuť učit se novým věcem, spolehlivost.

Vliv fyzikálních vlastností vsádek na přenos hmoty v různých typech bioreaktorů

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Výroba nových produktů v oblasti biotechnologie a farmacie je často spojena s kontinuální změnou fyzikálních vlastností kapalin v průběhu fermentačního procesu. Fyzikální vlastnosti vsádky ovlivňují zejména přenos hmoty mezi plynem a kapalinou a proto hrají klíčovou roli při návrhu bioreaktoru. Cílem doktorské práce je studium přenosu hmoty v závislosti na fyzikálních vlastnostech použitých kapalných medií (viskozita, přítomnost různých solí a povrchově aktivních látek) ve třech typech nejčastěji používaných bioreaktorů.
Práce je zamýšlena jako spolupráce Ústavu chemických procesů AV ČR (pracoviště školitelky) a VŠCHT Praha (pracoviště konzultanta) a vhodně se doplňuje s druhou prací vypsanou zde uvedeným konzultantem. Obě pracoviště jsou vybavena potřebnými aparáty, disponují třemi typy bioreaktorů i) mechanicky míchaná nádoba, ii) probublávaná kolona a iii) air-lift reaktor. Všechny typy reaktorů jsou uzpůsobeny pro měření objemového koeficientu přestupu hmoty stejnými metodami, které tudíž poskytnou porovnatelné výsledky.
Požadavky na uchazeče: VŠ vzdělání (magisterský studijní program) v oboru chemického inženýrství, strojního inženýrství, organické technologie, biotechnologie a podobných oborech; schopnost týmové, systematické a tvořivé práce; zájem o experimentální práci.

Vliv struktury kompozitních částic pro cílené doručování léčiv

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství
Vedoucí práce: Ing. Viola Tokárová, Ph.D.

Anotace

Zapouzdření aktivních látek do mikroskopických nosičů nachází své praktické uplatnění v potravinářském průmyslu, kosmetice a farmacii. Aktivní látka je tím chráněna od okolí a může být doručena až do místa účinku (např.: poškozená tkáň, nádorové onemocnění). Cílem této práce je připravit částice s různorodou architekturou a topografii (např.: jádro-slupka, mikro-strukturované částice, vláknitá struktura) a zkoumat vliv architektury částic na kinetiku vylučování zapouzdřené aktivní složky. Pro přípravu kompozitních částicových systémů v této práci budou využity metody rozprašovacího sušení, enkapsulace a mikrofluidiky. Aktivní složka bude vybrána s ohledem na biomedicínskou aplikaci.

Využití mikroreaktorů pro studium a optimalizaci reakcí v oblasti farmacie a výroby speciálních chemikálií

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství
Vedoucí práce: Ing. Petr Stavárek, Ph.D.

Anotace

Mikroreaktory představují unikátní zařízení, která díky svým malým vnitřním rozměrům umožnují přesně kontrolovat podmínky a průběh prováděných chemických reakcí. Těchto výhodných vlastností je proto často využíváno v oblasti kontinualizace výroby speciálních chemikálií a léčiv, kde jsou kladené velmi vysoké nároky na čistotu produktu. I přes značný potenciál syntézy v průtočném režimu, vsádková výroba v průmyslu stále převažuje. Tato práce se proto zaměřuje na aplikaci a optimalizaci mikroreaktorové technologie při přípravě speciálních chemikálií a farmaceutických komponent. Uchazeč by měl disponovat dobrými znalostmi chemického a reakčního inženýrství, organické chemie a také mít kladný vztah k experimentální laboratorní práci, která je potřebná k osvojení si mikroreaktorových systémů, vyhodnocení a zpracování získaných dat. K plnění zadaných úkolů bude vyžadována samostatnost, kreativnost, schopnost týmové práce, zájem učit se nové věci a v neposlední řadě také znalosti anglického jazyka.

Vývoj a aplikace digitálního dvojče bioreaktoru pro modelování produkce biofarmaceutik

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Výroba biofarmaceutik se obvykle provádí v míchaných a probublávaných bioreaktorech, které kombinují tok tekutin a metabolismus mikroorganismů za vzniku konečného produktu v požadovaném množství a kvalitě. Často však souhra mezi špatným mícháním, nízkými koncentracemi rozpuštěného kyslíku, vysokým množstvím CO2 a vysokým smykovým napětím negativně ovlivňuje chování buněk, což má za následek nižší množství produktu a sníženou kvalitu produktu. V tomto projektu použijeme nedávno vyvinutý CFD model míchaného a probublávaného bioreaktoru, který je schopen předpovědět smykové napětí a dobu míchání, a rozšířit jej o výpočet koncentrace rozpuštěného O2 a CO2, metabolizmus substrátu a uvolňování metabolických produktů. Informace o toku tekutin budou kombinovány s hybridním modelem popisujícím podrobný metabolismus mikroorganizmů kultivovaných v bioreaktoru. Parametry modelu budou získány z experimentálních dat měřeným ve fermentorech různých velikostí. Po ověření bude vyvinutý model použit k testování a návrhu úprav stávajících fermentorů za účelem optimalizace fermentačního procesu.

Vývoj metodiky zvětšování měřítka (scaling-up) průmyslových míchaných reaktorů

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Mezi zařízení často v průmyslu používaná k intenzifikaci kontaktu plynu a kapaliny patří mechanicky míchané nádoby. Příkladem průmyslových aplikací takových zařízení mohou být kromě aerobních fermentací (kdy hovoříme o fermentoru) rovněž chlorace nebo hydrogenace (kdy hovoříme o vícefázovém míchaném reaktoru). V mnoha případech je produkční kapacita zařízení dána rychlostí absorpce či desorpce plynu do/z kapaliny (například limitace kyslíkem, či odvodem produkovaného CO2), tj. slovy chemického inženýrství dějem určujícím rychlost celého procesu je mezifázový transport hmoty mezi plynem a kapalinou. Klíčovým parametrem při návrhu takových zařízení je potom objemový koeficient přestupu hmoty kLa. Cílem výzkumu je nalézt metodiku návrhu průmyslových zařízení pro procesy, ve kterých je rychlost určujícím dějem mezifázový transport hmoty. Jedná se o návrhy na základě dat měřených v zařízeních laboratorního a poloprovozního měřítka, tedy o formulaci pravidel pro scaling-up. Za tímto účelem byla v laboratorních nádobách průměru 20 a 30 cm již dříve provedena rozsáhlá měření příkonu, zádrže plynu a objemového koeficientu přestupu hmoty v různých typech vsádek (koalescentní, nekoalescentní, viskózní) a s různými typy míchadel (různé směry čerpání od radiálního k axiálnímu) včetně uspořádání s kombinací více míchadel na společné hřídeli. V posledních letech jsou vedeny experimenty na poloprovozní aparatuře s nádobou průměru 60 cm se třemi míchadly na společné hřídeli. Aparatura je vybavena moderním software řízení a sběru dat používaným v průmyslu. V poloprovozní nádobě byla provedena měření s čistou vodou a s roztokem síranu sodného, což reprezentuje koalescentní a nekoalescentní vsádku. Nyní jsou vedeny experimenty ve vsádce s vyšší viskozitou, neboť takové vsádky se vyskytují v mnoha biochemických výrobách. V mnoha aplikacích se také jedná o suspenze s mikroorganismy, jejichž kolonie tvoří významný podíl pevné fáze ve vsádce, čímž ovlivňují hodnoty transportních charakteristik. Je proto třeba proměřit transportní charakteristiky za těchto situací. Cílem doktorské práce je opatřit soubor transportních charakteristik měřením na poloprovozní nádobě, kde bude použita kapalná vsádka s vyšší viskozitou odpovídající kapalinám v biochemických výrobách, a v nádobě průměru 30 cm za přítomnosti pevných částic. Z transportních charakteristik budou proměřovány příkon míchadel, zádrž plynu a objemový koeficient přestupu hmoty, kLa. Na základě analýzy dat změřených na zařízeních různých velikostí bude hledána metodika využití dat z laboratorního zařízení k návrhu zařízení průmyslové velikosti. Doktorand se seznámí s matematickými modely mezifázového transportu hmoty, s měřícím a řídícím software používaným v průmyslu a se způsoby měření mezifázového transportu hmoty ve větší šíři, neboť bude pracovat v kolektivu zabývajícím se také návrhy destilačních a absorpčních kolon a bublaných kolon s ejektorem. Další informace: Tomáš Moucha, tel. 2044 3299, budova B, přízemí, č.dv. T02a, e-mail mouchat@vscht.cz

Zelený, zelenější, nejzelenější: termodynamické vlastnosti vodných roztoků iontových kapalin založených na přírodních látkách

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programech: Chemické a procesní inženýrství, Chemistry

Anotace

Cílem tohoto projektu je lépe pochopit vztah mezi strukturou a vlastnostmi ve vodných roztocích iontových kapalin na bázi cholinu s různými anionty. Nové iontové kapaliny budou charakterizovány z hlediska jejich termodynamických a termofyzikálních vlastností. Iontové kapaliny obecně vykazují výrazný aplikační potenciál např. ve skladování energie nebo v separačních procesech. Dále také v důsledku velkého množství syntetizovaných struktur zůstává do velké míry neobjasněn vztah mezi jejich strukturou a vlastnostmi. Pro iontové kapaliny na bázi přírodních látek je pak takováto studie obzvláště zajímavá. Voda, jako nejčastěji používané a nejekologičtější rozpouštědlo, je pak první volbou pro studium směsí iontových kapalin s běžnými rozpouštědly. Požadavky na uchazeče:
• VŠ vzdělání (Ing., Mgr.) ve fyzikální chemii, organické technologii, chemické fyzice, chemickém inženýrství;
• ochota experimentovat a učit se nové věci;
• schopnost týmové práce.

Řízení vlastností krystalů léčiv během krystalizace a jejich dopad na následné jednotkové operace

Garantující pracoviště: Ústav chemického inženýrství, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Chemické a procesní inženýrství

Anotace

Léčiva jsou obvykle malé molekuly, které se připravují chemickou syntézou následovanou procesem krystalizace. Vlastnosti připravených krystalů (tj. fyzikálně-chemické, ale také formulační vlastnosti) jsou silně závislé na použité pevné formě léčiva, jejich velikosti a morfologii krystalů. Cílem tohoto projektu je proto studium dopadu parametrů procesu krystalizace a kroku po zpracování na připravené krystaly léčiva s ohledem na velikost, morfologii a polymorfismus. Modulace teplotou při vsádkové krystalizaci bude kombinována s procesem mokrého mletí s cílem řídit tvar, velikost a tokové vlastnosti připravených krystalů léčiva. Krok krystalizace bude kombinován s filtrací a sušením, aby se vyhodnotil dopad velikosti a tvaru krystalů na účinnost těchto jednotkových operací. Souběžně budeme také studovat dopad promývání na množství zbytkového rozpouštědla a polymorfní stabilitu konečného produktu. Zatímco farmaceutický průmysl obvykle používá vsádkové procesy, v rámci tohoto projektu budeme zkoumat možnost připravit stejné krystaly léčiva za pomoci kontinuálního procesu. K zajištění konstantní kvality produktu bude použita procesní analytická technologie schopná měřit velikost, tvar a morfologii krystalů společně s analýzou složení pomocí Ramanovy spektroskopie. On-line měření bude srovnáváno s off-line měřením pomocí SEM, IR spektroskopie, XRD a NMR. Student se bude také podílet na zvětšení měřítka výrobního procesu.


VŠCHT Praha
Technická 5
166 28 Praha 6 – Dejvice
IČO: 60461373
DIČ: CZ60461373

Datová schránka: sp4j9ch

Copyright VŠCHT Praha
Za informace odpovídá Oddělení komunikace, technický správce Výpočetní centrum

VŠCHT Praha
na sociálních sítích
zobrazit plnou verzi