Detail předmětu

Modelování procesů

FSI-IMPAk. rok: 2017/2018

V kurzu se posluchači na řadě příkladů seznámí se základními typy matematických modelů používaných pro navrhování, analýzu a optimalizaci procesních systémů a zařízení:
• Model zpracovatelské linky popisující hmotovou a energetickou bilanci kontinuálního procesu.
• Model procesního zařízení popisující průběh dávkového procesu.
• Model pro optimalizaci procesu či zařízení.
• Model pro detailní analýzu podmínek v zařízení.
Probírané modely jsou povětšinou na bázi systému rovnic (převážně lineárních) a obyčejných diferenciálních rovnic. Kromě analytického řešení systémů rovnic se posluchači naučí aplikovat základní numerické metody řešení ODR a graficky řešit lineární optimalizační úlohy.

Výsledky učení předmětu

Pochopení zásad návrhu matematických modelů složitých systémů a jejich aplikací v praxi. Přehled o procesních a energetických systémech a typech modelů, které se používají pro jejich navrhování, analýzu a optimalizaci. Po absolvování by posluchači měli být schopni zvolit vhodný typ modelu pro návrh, analýzu či optimalizaci systému či zařízení, rozumět podstatě používaných modelů, mít přehled o metodách řešení a zkušenost s jejich aplikací.

Prerekvizity

Procesní systémové inženýrství; základní znalosti z matematiky, fyziky a termomechaniky z prvních čtyř semestrů studia na FSI.

Doporučená nebo povinná literatura

Perry, Robert H.: Perry’s chemical engineers’ handbook, McGraw-Hill, New York, 2008
R. M. Felder and R. W. Rousseau, Elementary Principles of Chemical Processes, 3rd Update Edition. Wiley, 2004.
Ramirez, W. F.: Computational Methods for Process Simulation, 2 edition. Oxford ; Boston: Butterworth-Heinemann, 1998

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie, vysvětlení metod řešení a předvedení postupů řešení. Přednášky zahrnují ukázkové příklady, řešené interaktivně se studenty, s důrazem na pochopení. Průběžně je do přednášek zahrnuto opakování nejdůležitějších prerekvizit, nutných pro zvládnutí probírané látky.

Cvičení je zaměřeno na procvičování a práci v softwarových nástrojích.

Způsob a kritéria hodnocení

ZÁPOČET: Pro udělení zápočtu je nutná pravidelná a aktivní účast ve cvičeních, a úspěšné zvládnutí zápočtové písemky. Kritériem úspěšného zvládnutí písemky je získání nadpolovičního počtu bodů. Posluchač má u písemky možnost jedné opravy.

ZKOUŠKA: Zkouška je písemná. Hodnocení je pak provedeno standardním způsobem podle procenta dosažených bodů (0-50%…F, 51-60%…E, 61-70%…D, 71-80%…C, 81-90%…B, 91-100%…A).

Jazyk výuky

čeština

Cíl

Cílem je seznámení studentů s přístupy k modelování pro návrh, analýzu a optimalizaci provozování průmyslových a energetických jednotek (procesů) a zařízení. Studenti by měli být schopni vybrat typ modelu pro řešení typických problémů, mít povědomí o metodách řešení a být schopni jednodušší úlohy řešit.

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

Účast na přednáškách je doporučená. Účast na cvičeních je povinná a je kontrolována.
Účast na přednáškách je nutná pro zvládnutí metod, které na cvičeních nejsou vysvětlovány, ale pouze procvičovány na příkladech.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3S-P bakalářský

    obor B-EPP , 3. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Základy modelování. Definice systému. Orientovaný graf. Větve a uzly. Demonstrace na konkrétním příkladu
2. Materiálová bilance, látková bilance, energetická bilance, materiálové a energetické proudy, jednotkové operace, extenzivní a intenzivní veličiny.
3. Simulace a modelování. Jednoduché modely. Mísiče, rozdělovače, manipulátory, výměníky tepla.
4. Stupně volnosti. Řešitelnost. Sekvenční modulární simulace. Rovnicový popis systému. Recyklační proud a iterativní řešení.
5. Ustálený a neustálený, kontinuální a dávkový proces. Kinetika chemické reakce, rovnováha, konverze.
6. Citlivostní analýza. Účelová funkce, omezení, optimalizace. Hierarchie modelu procesu/zařízení a optimalizace.
7. Algebraické systémy rovnic, aplikace na bilance procesních systémů.
8. Ukázkový příklad – bilancování procesních systémů
9. Systémy obyčejných diferenciálních rovnic, aplikace na simulace procesních systémů.
10. Ukázkový příklad – simulace procesních systémů
11. Systémy parciálních diferenciálních rovnic, aplikace na výpočty napjatosti, ukázkový příklad.
12. Systémy parciálních diferenciálních rovnic, aplikace na proudění tekutin.
13. Ukázkový příklad – proudění tekutin

Cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Cvičení s poč. podporou. Práce s počítačem k jednotlivým přednáškovým tématům.

eLearning