Εισαγωγή στη μεταφορά θερμότητας και μάζας. Μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας και μάζας-παραδείγματα. Ορισμός συγκεντρώσεων, ταχυτήτων και ειδικών ρυθμών παροχής. Νόμος Fourier στην αγωγή και Fick στη διάχυση, συσχέτιση Newton στην συναγωγή θερμότητας. Συντελεστής διάχυσης: αέρια, υγρά και στερεά μέσα. Μοριακή διάχυση σε πορώδη υλικά. Διάχυση κατά Knudsen. Επιφανειακή διάχυση. Γενικές διαφορικές εξισώσεις μεταφοράς θερμότητας και μάζας σε στερεά και ηρεμούντα ρευστά. Συνοριακές και αρχικές συνθήκες. Σταθερή μονοδιάσταστη αγωγή και διάχυση. Μόνιμη και μεταβατική αγωγή θερμότητας και μοριακή διάχυση. Παραγωγή θερμότητας στον όγκο και στις διεπιφάνειες υλικών. Άθροιση θερμικών αντιστάσεων σε διάφορες γεωμετρίες. Προσέγγιση πτερυγίου.

Διάχυση με ομογενή χημική αντίδραση. Διάχυση με ετερογενή αντίδραση. Σχετική επίδραση των ρυθμών μεταφοράς μάζας και αντίδρασης.  Σταθερή Αγωγή θερμότητας και διάχυση μάζας σε δύο διαστάσεις. Ακριβείς λύσεις με χωρισμό μεταβλητών. Συντελεστής σχήματος. Λύση με χρήση διαγραμμάτων και πολυωνυμική παρεμβολή. Μεταβατική μονοδιάστατη αγωγή θερμότητας και διάχυση μάζας. Λύσεις με μετασχηματισμό ομοιότητας και με χωρισμό μεταβλητών. Μεταβατική πολυδιάστατη αγωγή και διάχυσης. Εισαγωγή στη συναγωγή θερμότητας και μάζας. Βεβιασμένη και ελεύθερη συναγωγή. Διαστατική ανάλυση και ομοιότητα. Προσεγγιστικές συσχετίσεις στην συναγωγή θερμότητας. Αναλογίες μεταφοράς θερμότητας, μάζας και γραμμικής ορμής. Βεβιασμένη συναγωγή γύρω από σώματα και μέσα σε αγωγούς. Συναγωγή πάνω από επιφάνεια, τα οριακά στρώματα θερμότητας και μάζας. Μήκος εισόδου σε αγωγούς. Αναπτυσσόμενη και ανεπτυγμένη ροή. Συναγωγή θερμότητας και μάζας σε τυρβώδη ροή. Ελεύθερη συναγωγή. Ακτινοβολία θερμότητας. Νόμος του Planck και των Stefan-Boltzmann. Εκπομπή και απορρόφηση.

Οι φοιτητές θα μάθουν να σχεδιάζουν χημικές/φυσικές διεργασίες με τη χρήση υπολογιστών. Εμβάθυνση στα διαγράμματα ροής και προσομοίωση διεργασιών με Aspen HYSYS. Προκαταρκτικός σχεδιασμός και διαστασιολόγηση μηχανολογικού εξοπλισμού. Προκαταρκτική διαστασιολόγηση στηλών κλασματικής απόσταξης, στηλών απορρόφησης, εναλλακτών θερμότητας, μίξερς, αντλιών και συμπιεστών. Χρήση λογισμικού  ASPEN HYSYS για  προσομοίωση χημικών/φυσικών διεργασιών. Οικονομική και ενεργειακή ανάλυση χημικών/φυσικών διεργασιών μέσω ASPEN HYSYS. Bελτιστοποίηση χημικών διεργασιών.

Εργαστήρια Χημικών Διεργασιών:

1. Σαπωνοποίηση οξικού αιθυλεστέρα με υδροξείδιο νατρίου σε συνεχές αναδευόμενο αντιδραστήρα πλήρους ανάμιξης (CSTR).
2. Σαπωνοποίηση οξικού αιθυλεστέρα με υδροξείδιο νατρίου σε αυλωτό αντιδραστήρα εμβολικής ροής (PFR).
3. Εκλεκτική καταλυτική αντίδραση ΝΟx σε αντιδραστήρα εμβολικής ροής

Εργαστήρια Βιοχημικών Διεργασιών:

1. Προσδιορισμός ενζυμικής δραστικότητας με τη μέθοδο FPU.
2. Προσδιορισμός των κινητικών σταθερών του ενζύμου Ιμβερτάση.
3. Εκτίμηση βιοχημικού δυναμικού μεθανίου διαφορετικών υποστρωμάτων.

Σχεδιασμός προηγμένων χημικών αντιδραστήρων. Ανάλυση και σχεδιασμός των Χημικών αντιδραστήρων. Θερμοδυναμική μελέτη των χημικών αντιδράσεων. Κινητική ανάλυση των ομογενών χημικών αντιδράσεων. Εφαρμογή των θεμελιωδών εξισώσεων μάζας και ενέργειας στους χημικούς αντιδραστήρες. Ολοκλήρωση των σχεδιαστικών εξισώσεων των ιδανικών ομογενών αντιδραστήρων. Πειραματικός προσδιορισμός των συναρτήσεων ταχύτητας των χημικών αντιδράσεων. Σχεδιασμός μη ισοθερμοκρασιακών αντιδραστήρων σε μόνιμη κατάσταση. Σχεδιασμός μη ισοθερμοκρασιακών αντιδραστήρων σε μη μόνιμη κατάσταση. Ετερογενής κατάλυση. Σχεδιασμός καταλυτικών αντιδραστήρων. Φαινόμενα εξωτερικής και εσωτερικής διάχυσης σε ετερογενείς αντιδράσεις. Αντιδράσεις αερίου-υγρού. Σχεδιασμός αντιδραστήρων αερίου-υγρού. Τριφασικές αντιδράσεις. Σχεδιασμός αντιδραστήρων τριφασικών αντιδράσεων. Ιδανικοί αντιδραστήρες εμβολικής ροής. Συστήματα Ετερογενών χημικών αντιδραστήρων. Φαινόμενα μεταφοράς μάζας και ενέργειας σε ετερογενείς χημικούς αντιδραστήρες. Συνδυασμός αναλυτικών και υπολογιστικών προσεγγίσεων (χρήση Matlab, Polymath κτλ.) για σχεδιασμό αντιδραστήρων.

Θεμελιώδεις αρχές Ηλεκτρομαγνητισμού, ηλεκτρικών ποσοτήτων, κυκλωμάτων, σημάτων, Νόμοι Kirchoff, Στοιχεία κυκλωμάτων, Ενέργεια και Ισχύς, Γραμμικά στοιχεία, Βασικές αρχές ανάλυσης ηλεκτρικών κυκλωμάτων, θεωρήματα (διαίρεση τάσης και ρεύματος, επαλληλία, σύνδεση αντιστάσεων σε σειρά και παράλληλα, ισορροπημένες γέφυρες, Κennelly, Μillman, Τhevenin, Norton, μετασχηματισμός πηγών), Στοιχειώδη μεταβατικά φαινόμενα για κυκλώματα πρώτης τάξης, Μόνιμη ημιτονοειδής κατάσταση (χρήση phasors, μιγαδική, πραγματική και άεργος ισχύς, θεωρήματα), Τριφασικά κυκλώματα (συμμετρικά φορτία, μέτρηση ισχύος).

Καταστατικές εξισώσεις ιδανικών και πραγματικών αερίων. Υπολογισμός μεταβολών θερμοδυναμικών συναρτήσεων για καθαρές ουσίες. Υπολογισμοί εντροπικών μεταβολών. Ειδική θερμότητα. Θερμοχωρητικότητα υπό σταθερό όγκο και υπό σταθερή πίεση. Διαθέσιμη ενέργεια. Διαμοριακές Δυνάμεις. Θερμοδυναμικά Σύνολα. Υπολογισμός θερμοδυναμικών ιδιοτήτων. Μέθοδοι πρόρρησης φυσικών ιδιοτήτων καθαρών ουσιών. Διαγράμματα φάσεων μιγμάτων. Συντελεστές ενεργότητας (εξάρτηση από πίεση, θερμοκρασία, συγκέντρωση, μοντέλα υπολογισμού). Υπολογισμοί σημείου φυσαλίδας και δρόσου. Ισορροπία ατμού-υγρού σε χαμηλές πιέσεις. Ισορροπία ατμού-υγρού σε υψηλές πιέσεις (μέθοδοι υπολογισμού συντελεστών κατανομής, υπολογισμοί σημείου δρόσου, βρασμού και εκτόνωσης). Πτητικότητα.

Ηλεκτροχημεία και Χημική Δυναμική  ηλεκτροχημικών και κινητικών αντιδράσεων. Φασµατοσκοπία: Η «εφαρµοσµένη» κβαντοµηχανική.   Ύλη και φως: Ατοµική-µοριακή δοµή, προσεγγιστικές θεωρίες, αλληλεπίδραση ακτινοβολίας-ύλης.  Φασµατοσκοπική    Ανάλυση: Ερμηνεία φασµάτων, προσδιορισµός ατοµικών,κινητικων  και µοριακών σταθερών.  Φασµατοσκοπικές Τεχνικές και παρατηρήσεις: Απορρόφηση, φθορισµός, ιονισµός, φασµατοσκοπία φωτοηλεκτρονίων, χηµική ανάλυση ουσιών. 

Εισαγωγή στα οικονομικά: Προσφορά – Ζήτηση – Ισορροπία σε συνθήκες τέλειου ανταγωνισμού – Πλεόνασμα παραγωγού και καταναλωτή – Ελαστικότητες. Δικαιώματα ιδιοκτησίας, εξωτερικότητες, εκμετάλλευση κοινόκτητων πόρων. Χρηματοοικονομική αξιολόγηση επενδύσεων Χρηματοροές και βελτιστοποίηση συμπεριφοράς ως προς το χρόνο – Επιτόκιο αναγωγής, παρούσα αξία και συντελεστές χρηματοοικονομικής απόδοσης – Ανάλυση Ευαισθησίας – Εφαρμογές. Ανάλυση Κόστους-Οφέλους μιας επένδυσης – Οικονομικοί και κοινωνικοί παράγοντες. Επιλογή τοποθεσίας μιας επιχείρησης / εργοστασίου – Παράγοντες που επηρεάζουν την επιλογή – Μέθοδοι αποτίμησης της αξίας της θέσης εγκατάστασης. Διαχείριση αποθεμάτων – Πολιτικές διαχείρισης αποθεμάτων – Στοιχεία κόστους που συνδέονται με τα αποθέματα – Αποθέματα ασφαλείας. Επιχειρησιακή Έρευνα – Εισαγωγή στον Γραμμικό Προγραμματισμό – Αναλυτική και γραφική επίλυση προβλημάτων βελτιστοποίησης.

Το μάθημα περιλαμβάνει επτά (7) εφαρμοσμένα παραδείγματα συνήθων βιομηχανικών διεργασιών. Συγκεκριμένα θα διδαχτούν οι βασικές αρχές των ακόλουθων διεργασιών/ασκήσεων σε πρακτικό/πειραματικό επίπεδο:

•            Χημικοί αντιδραστήρες (CSTR, και batch)

•            Προσρόφηση αερίων (CO2) (δύο πειράματα)

•            Κατακάθιση (sedimentation) (δύο πειράματα)

•            Οξείδωση μετάλλων – Ηλεκτροχημεία (δύο πειράματα)

•            Βιομηχανική διεργασία εκρόφησης

Εισαγωγή: βασικές έννοιες, χαρακτηριστικοί χρόνοι διεργασιών. Μαθηματική προσομοίωση των φυσικών και χημικών συστημάτων. Δυναμική ανάλυση των γραμμικών συστημάτων. Δυναμική ανάλυση των συστημάτων πρώτης, δεύτερης  και ανώτερης τάξης. Στο εργαστήριο θα αναπτυχθεί ο προγραμματισμός σε περιβάλλον MATLAB.