Vícefázová hydrodynamika
Tato oblast výzkumu je zaměřena na základní porozumění reakčně-transportním vlastnostem chemických procesů v disperzních systémech. Zkoumáme společný pohyb fází a jejich interakce (např. koalescence a rozpad částic, interakce s vírovými strukturami), režimy proudění a jejich stabilitu, charakter promíchávání, rozložení dob prodlení, přenos hmoty. Hledáme kritéria pro laminárně-turbulentní přechody a charakterizujeme nestacionární děje v různých typech soustav podle složení fází a rozměrů systému (makroskopické disperze, mikro-reaktorové soustavy, biologické úlohy, environmentální procesy).
Reologie vícefázových systémů
Reologie, jako věda o deformaci a toku materiálů, poskytuje informace na třech úrovních: (i) materiálová charakterizace jednotlivých fází, (ii) materiálová charakterizace vícefázového média jako kontinua, např. suspenze, emulze, pěna apod. a (iii) charakterizace mezifázových jevů na úrovni vícefázové médium – stěna zařízení. V blízkosti obtékané stěny může vznikat vrstva, která je o nějakou fázi buď ochuzena, nebo obohacena, což vede k anomáliím v blízkosti stěny. Tyto jevy nabývají důležitosti zejména při mikroreaktorových technologiích.
Mikrobiální biotechnologie
Tato oblast výzkumu je zaměřená na využití mikroorganismů v různých technologiích. Výzkum je zaměřen především na jednobuněčné eukaryotní řasy a cyanobakterie, dále pracujeme s bakteriemi a kvasinkami. Těžiště výzkumu leží ve využití těchto mikroorganismů v environmentálních a potravinářských aplikacích. Nedílnou součástí je optimalizace a scale-up kultivačního procesu včetně vývoje fotobioreaktorů, optimalizace separačních procesů a inovace down-stream procesů, přičemž jsou zužitkovány poznatky získané ze základního výzkumu vícefázové hydrodynamiky.
Mikro-reaktorové technologie
Výzkum je zaměřen na aplikaci mikro-reaktorových technologií pro nacházení nových postupů výroby a intenzifikaci/optimalizaci stávajících chemických vícefázových technologií. Procesy studujeme z hlediska hydrodynamiky, sdílení tepla a hmoty a chemické kinetiky za účelem získání technologie pro efektivní způsob přípravy produktů v oblasti farmacie nebo průmyslu speciálních chemikálií (tzv. fine chemicals). Příkladem takových reakcí jsou hydrogenace nebo aldolové kondenzace. Součástí aktivit je také návrh a výroba mikro-reaktorů pro specifické aplikace ve spolupráci s průmyslovými partnery.
Další témata výzkumu:
- Hydromechanické interakce částic v granulárních systémech
- Separace řasové biomasy pomocí elektrokoagulace
- Elektrodifúzní diagnostika proudění a smykových napětí na stěně
- Využití nanočástic pro zvýšení účinnosti teplosměnných kapalin
- Numerické simulace vícefázových toků
Rozpad bublin v turbulentním proudění
Cílem výzkumu je experimentální studium rozpadu bublin v dobře charakterizovaném turbulentním proudění. Z naměřených rozsáhlých souborů dat rozpadů bubliny pro různé intenzity turbulence získáváme charakteristiky, které jsou nezbytné pro validaci teoretických modelů používaných při numerických simulacích vícefázových systémů.
Experimenty jsou prováděny dvěma nezávislými způsoby: (i) rozpad bubliny v cele s homogenní turbulencí a (ii) rozpad bubliny po kolizi s toroidním vírem. Experimenty jsou založeny na vysokorychlostním záznamu rozpadu bubliny a na spolehlivém určení energie způsobující rozpad bubliny. 
Důležitými výsledky jsou experimentální data rozpadových parametrů ve formě, ve které se vyskytují v populačních bilancích: frekvence rozpadu bubliny, průměrný počet dcer a distribuce jejich velikosti v závislosti na Webrově čísle, které charakterizuje poměr turbulentní energie systému a povrchové energie bubliny. V rámci výzkumu byl také vytvořen model binárního rozpadu fluidní částice (bubliny nebo kapky), jenž i přes zjednodušené tvarové deformace částice umožňuje vysvětlit fyzikální podstatu rozdílů v distribuci velikosti bublin a distribuci velikosti kapek.Chemical Engineering & Technology 2019, 42, 843-850. DOI: 10.1002/ceat.201800607
AIChE Journal 2018, 64, 740-757. DOI: 10.1002/aic.15935
Topical Problems of Fluid Mechanics 2017, pp. 337-342. DOI: 10.14311/tpfm.2017.042
Elektrokoagulační jednotka na separaci řasové biomasy
Chlorella vulgaris je jednobuněčná mikrořasa s rozsáhlým aktuálním využitím v oblasti lidské výživy a krmiv, zdravotnictví, kosmetického průmyslu a s potenciálním využitím k produkci biopaliv. Jedním z úskalí praktických aplikací je nízká finální koncentrace biomasy při autotrofní kultivaci této mikrořasy, která vede k vysokým nákladům na separaci buněk z kultivačního média a tím k prodražení celého procesu produkce. Separace buněk mikrořas z velkého objemu suspenze se v současné době většinou provádí především pomocí centrifugace, která je značně energeticky náročná. Bylo zjištěno, že náklady na sklízení mikrořasy Chlorella vulgaris pomocí centrifugace mohou tvořit více než pětinu celkové ceny produktu. Z tohoto důvodu jsme v rámci projektu TAČR Zéta TJ 01000297 vyvinuli průtočné elektrokoagulační zařízení, které sníží náklady na separaci biomasy až o 90%. Zařízení je chráněno užitným vzorem č. 33022.Užitný vzor: Elektrokoagulační zařízení pro separaci řasové biomasy. 2019. ENVU-PUR, s.r.o. Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i., Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i., 23.07.2019. 33022.
Bioresource Technology. 2019, 286, 121352. DOI: 10.1016/j.biortech.2019.121352
Fermentation. 2018, 4(4), 93. DOI: 10.3390/fermentation4040093
Identifikace hydrodynamických režimů v třífázové probublávané koloně
V práci jsou unikátním způsobem kombinované experimenty mapující hydrodynamické režimy v třífázovém systému (plyn-kapalina-pevná fáze) s teoretickým modelováním založeném na jednoduchých fyzikálních konceptech pro dvoufázové toky. Z důvodu intenzifikace procesů v třífázových reaktorech a s cílem vytvoření modelů pro predikci hydrodynamického chování těchto systémů byl studován vliv koncentrace porézních částic užívaných průmyslově jako nosič katalyzátorů, přičemž byl reaktor vybaven distributorem produkujícím režimy od homogenního až po heterogenní tokový režim. U všech sledovaných režimů byla prokázána aplikovatelnost původně dvoufázových modelů i pro popis třífázových systémů. Přítomnost částic způsobuje destabilizaci homogenního režimu na heterogenní, zejména ve vysokých koncentracích. Jedná se o původní práci vytvořenou na ÚCHP a publikovanou v prestižním časopise v oblasti chemického inženýrství. Jde se o výsledek intenzivní mezinárodní spolupráce s prof. Akio Tomiyamou z Japonska, který je celosvětově uznávaný odborník v oblasti studia vícefázových systémů.Chemical Engineering Journal 2018, 351, 799-815. DOI: 10.1016/j.cej.2018.06.115
Název
Řešitel
Jméno a příjmení
E-mail
Telefon
Pozice
Vedoucí vědeckého oddělení, Vedoucí vědecký pracovník
Zástupce vedoucího vědeckého oddělení, Vědecký pracovník
Vědecký pracovník