Detail předmětu

Procesní systémové inženýrství

FSI-DPIAk. rok: 2017/2018

Předmět seznamuje studenty se systémovým přístupem k navrhování a provozování velkých průmyslových jednotek (procesů) jako jsou například rafinérie, energetické zdroje, lihovary, cukrovary, cementárny či chemické a potravinářské výrobní závody. Předmět objasňuje mezioborový charakter procesního inženýrství, které propojuje jednotlivé úzké specializace.

Výsledky učení předmětu

Kurs ukazuje, jak se v širokém okruhu průmyslových podniků využívají a jak spolu souvisí znalostí z mnoha předmětů obecného strojírenského studia. Studenti jsou seznámeni s tím, jak se tyto specializované obory vzájemně doplňují a jaké nástroje řešení se používají v různých fázích navrhování a provozování průmyslových procesů.
1. Orientace v technologických schématech procesních a energetických zařízení.
2. Přehled o systémech měření a regulace v průmyslových budovách a provozech.
3. Představení matematického pozadí a výstupů simulaci proudění tekutin s přenosem tepla a chemickými reakcemi.
4. Stručný úvod do problematiky koncepčního plánování a ekonomického hodnocení projektů – vztah investice – provozní příjmy a náklady - návratnost.
5. Jednotkové operace jako základní stavební jednotka procesního a zpracovatelského průmyslu.
6. Systémy výměny tepla, jejich úloha a nejčastěji používané typy průmyslových výměníků tepla.
7. Principy technologického a pevnostního návrhu procesních a energetických zařízení s přihlédnutím k ekonomice návrhu.
8. Získání přehledu o způsobech poškozování zařízení v průmyslu a dosažení jejich maximální životnosti.

Prerekvizity

Předmět spojuje a navazuje na znalosti získané ve většině předmětů předchozího bakalářského studia (např. Základy konstruování, Fyzika I, Matematika I a II, Chemie, Numerické metody, Informatika, apod.).

Doporučená nebo povinná literatura

Seider W. D., Seader J.D., Lewin D.R.: Products & Process Design Principles. Synthesis, Analysis and Evaluation. 2nd edition, John Wiley and Sons, USA, 2004
Medek J.: Mechanické pochody, PC-DIR Real s.r.o., Brno, 1998
Medek, J.: Hydraulické pochody, 3. vydání, VUT - Vysoké učení technické, Brno, 2000.
Patrick D.R., Fardo S.W.: Industrial Process Control Systems, The Fairmont Press, Inc., 2009 (EN)
Green D.W., Southard M.Z.: Perry's Chemical Engineer's Handbook, 9th Ed., McGraw-Hill, 2018 (EN)
Versteeg H., Malalasekera W.: An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, 2nd Ed., Pearson, 2007 (EN)
Medek J.: Mechanické pochody, PC-DIR Real s.r.o., Brno, 1998
Medek J.: Hydraulické pochody, 3. vydání, VUT - Vysoké učení technické, Brno, 2000
Green D.W., Southard M.Z.: Perry's Chemical Engineer's Handbook, 9th Ed., McGraw-Hill, 2018 (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek a cvičení. Důraz je kladen na praktickou aplikaci a souvislosti znalostí získaných v teoreticky i technicky zaměřených předmětech, které jsou na Fakultě strojního inženýrství vyučovány v bakalářském studiu.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky udělení zápočtu:
Aktivní účast ve cvičeních.

Zkouška:
Hodnocení probíhá ve dvou stupních:
- Písemné testy (bodově hodnocené). Pokud student obdrží v nejhorším případě známku „E“ z testu, postoupí k ústní zkoušce.
- Ústní zkouška: Studenti prokazují znalosti na základě porozumění problematice nikoliv pouhého memorování (vysvětlení principů s využitím prezentací z přednášek).

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Chemický průmysl, jeho rozvoj a surovinová základna.
2. Základní technologické procesy a zařízení.
3. Látková a energetická bilance technologických uzlů.
4. Faktory ovlivňující průběh chemických dějů I
5. Faktory ovlivňující průběh chemických dějů II
6. Výroba technicky důležitých technických a syntézních plynů.
7. Technologie zpracování zemního plynu, výroba amoniaku
8. Výroba kyseliny dusičné, průmysl síry a výroba H2SO4.
9. Elektrolytické a elektrolytické výroby
10. Průmysl zpracování ropy, petrochemický průmysl, výroba plastů
11. Zpracování odpadů
12. Technologie úpravy vody
13. Výroba stavebních hmot (vápno, cement).

Cíl

Cílem předmětu je vysvětit mezioborový charakter procesního inženýrství, které propojuje jednotlivé úzké specializace. Na příkladu spalovny resp. jednotky WtE (waste-to-energy), jež stojí na rozhraní mezi typickou procesní linkou (jejímž primárním účelem je výroba produktu ze suroviny - např. benzínu z ropy, ovocného destilátu z kvasu, atd.) a typickou energetickou linkou (jejímž primárním účelem je výroba energie - např. elektrárna-výroba elektrické energie, teplárna-výroba tepelné energie) se student během kurzu postupně seznámí s obecně platným konceptem řešení problému průmyslového provozu na různých úrovních – od koncepčního návrhu, komplexního hodnocení z pohledu energie, životního prostředí a ekonomiky až po řešení jednotkových operací pomocí příslušných aparátů resp. zařízení, ze kterých se proces skládá a konstrukčních detailů jednotlivých zařízení. Získané poznatky a tento způsob myšlení jsou uplatnitelné v celé řadě dalších oborů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Výuka probíhá formou přednášek prezentovaných s vhodným prezentačním prostředkem (ppt) a formou cvičení. Výukové podklady dostávají studenti v elektronické podobě.
Účast na přednáškách je doporučená. Účast na cvičeních je povinná a kontrolovaná.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3S-P bakalářský

    obor B-EPP , 2. ročník, letní semestr, 4 kredity, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Úvod do problematiky - úvodní přehledová přednáška
2. Koncepční plánování v procesním průmyslu
3. Práce s projekčními podklady
4. Sběr dat a řízení procesů
5. Optimalizace procesů z pohledu výroby energie a ekonomiky
6. Systém výměny tepla – účel, principy jeho systémového návrhu a výběru vhodných zařízení
7. Úvod do problematiky technologického návrhu a provozu dílčích zařízení v systémech výměny tepla
8. Pevnostní navrhování a řešení procesních zařízení
9. Hodnocení provozního poškozování procesních zařízení
10. Souvislosti mezi moderními metodami simulací procesů a výpočtového modelování (CAD, FEM, CFD). Řídící rovnice, metody a nástroje pro jejich řešení s ukázkami.
11. Úvod do modelování proudění tekutin s přenosem tepla a reakcemi (CFD) s ukázkami řešení.
12. Významné jednotkové operace v procesním průmyslu I – oblast hydraulických a mechanických pochodů.
13. Významné jednotkové operace v procesním průmyslu II – hořáky, emise a čištění spalin.

Cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Jednoduché příklady na zopakování základních zákonitostí.
2. Příklady navazující na téma z přednášky č.2.
3. Příklady navazující na téma z přednášky č.3.
4. Příklady navazující na téma z přednášky č.4.
5. Příklady navazující na téma z přednášky č.5.
6. Příklady navazující na téma z přednášky č.6.
7. Příklady navazující na téma z přednášky č.7.
8. Příklady navazující na téma z přednášky č.8.
9. Příklady navazující na téma z přednášky č.9.
10. Příklady navazující na téma z přednášky č.10.
11. Příklady navazující na téma z přednášky č.11.
12. Příklady navazující na téma z přednášky č.12.
13. Příklady navazující na téma z přednášky č.13 a zápočet.

eLearning