Detail oboru

Konstrukční a procesní inženýrství

FSIZkratka: D-KPIAk. rok: 2018/2019Zaměření: Procesní inženýrství

Program: Stroje a zařízení

Délka studia: 4 roky

Akreditace od: 1.1.1999Akreditace do: 31.12.2020

Profil

Tento obor připravuje studenty na samostanou tvůrčí práci v konstrukční praxi a klade důraz na komplexní znalosti, integrování poznatků vědy, techniky a také umění v procesu projektování. Studenti , kteří se soustředí na problémy oblasti procesního inženýrství, jsou vedeni k samostatnosti při řešení vývoje, optimálního vedení, efektivního navrhování a projekce procesů v různých průmyslových oblastech.

Garant

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Makroskopická struktura pevného paliva v průběhu hoření

    Účelem práce je zapojení studenta do vývoje vlastních (in-house) simulačních modelů, a to v rámci startujícího grantového projektu. Výroba energie z biomasy, fosilních paliv i odpadů často využívá tradiční a osvědčenou technologii roštového spalování. Vzrůstající tlak na snižování emisí zároveň nutí výrobce, aby hledali nová technická řešení pro zvýšení své konkurenceschopnosti. Klíčem k inovacím a zvýšení prestiže výrobců jsou výpočtové simulace, nicméně modely pro tuto technologii se teprve vyvíjejí. Doktorand bude pracovat na následujících úkolech: • Tvorba CFD modelu pomocí nástrojů ANSYS • Model makroskopické struktury paliva • Popis vývoje makroskopické struktury při pohybu paliva na roštu • Popis interakce makroskopické struktury s procesem hoření Pro zájemce o toto téma jsou připraveny zajímavé platové podmínky, podpora zkušeného týmu s přátelskou atmosférou a spolupráce s průmyslovými partnery. Zájemce by měl mít zkušenost s výpočtovou dynamikou tekutin (CFD), být motivovaný pro práci ve výzkumu a schopnost rychle se orientovat v nové problematice (dobré předchozí studijní výsledky).

    Školitel: Hájek Jiří, doc. Ing., Ph.D.

  2. Modernizace a optimalizace energeticky náročných průmyslových procesů

    Práce je zaměřena na využití nejmodernějších technologií, návrhových postupů, výpočetních nástrojů a odborných metodik pro významné zlepšení udržitelnosti energeticky náročných procesních systémů. Použité moderní přístupy mohou zahrnovat prvky pokročilých laboratorních experimentů, intenzifikaci a integraci procesů, umělou inteligenci, molekulární návrh, průmyslový internet věcí (IIoT) apod. Práce naváže na předchozí výzkum doktoranda (v rámci jeho magisterského studia), jehož výsledkem byly analytické nástroje pro identifikaci a odstraňování klíčových nedostatků (tzv. „debottlenecking“) a pro optimalizaci průmyslových procesů. Během uvedeného výzkumu bylo mimo jiné zjištěno, že výrazného navýšení účinnosti s pozitivním dopadem na celkovou udržitelnost průmyslových procesů může být dosaženo modernizací vybraných jednotkových operací (jednotlivých zařízení). K podobnému závěru dospěli Vondra et al. (2018) z Laboratoře energeticky náročných procesů (LENP) NETME Centre při FSI VUT v Brně, když ukázali, že využití moderních separačních postupů může vést k výraznému snížení investičních i provozních nákladů, stejně jako požadavků na rozměry vybraných aparátů a zařízení. V návaznosti na tyto poznatky bude doktorská práce zaměřena jak na vývoj nových, tak na modernizaci stávajících procesních technologií v rámci zaběhlých průmyslových celků. Hlavním cílem práce bude zvyšování efektivity a dlouhodobé udržitelnosti průmyslových procesů, přičemž pozornost bude věnována především návrhu, optimalizaci a modernizaci petrochemických závodů. Doktorská práce bude úzce propojena s probíhajícím výzkumným projektem, jehož cílem je aplikovat pokročilé vědecké metody na teoretický popis procesních celků. Cílem je vytvořit matematický aparát, který umožní efektivně modelovat a optimalizovat vybrané procesní celky. Vzhledem k úzké spolupráci s průmyslovými partnery bude možné vzniknuvší teoretické postupy ověřit v reálných průmyslových podmínkách. Výzkumná činnost bude stavět na zkušenostech s pokročilými nástroji pro simulaci procesů (Touš et al., 2009), které již byly úspěšně ověřeny v několika průmyslových aplikacích (Máša et al., 2018). Využití progresivních teoretických aparátů se osvědčilo v mnoha výzkumných a vývojových projektech (Stehlík, 2016). Cíle doktorské práce: • Úvodní rešerše: studie současného stavu poznání a směrů výzkumu v petrochemickém průmyslu • Experimentální měření a sběr dat (v laboratoři i v průmyslových provozech) • Prvotní optimalizace procesu a identifikace klíčových nedostatků • Vývoj původního procesního zařízení, výpočetního nástroje nebo inženýrské metody pro účely modernizace stávajícího průmyslového provozu Reference: MÁŠA, V., STEHLÍK, P., TOUŠ, M., VONDRA, M. (2018). Key pillars of successful energy saving projects in small and medium industrial enterprises. Energy, no. 158, 293-304. ISSN: 0360-5442. STEHLÍK, P. (2016). Up-to-Date Waste-to-Energy Approach, From Idea to Industrial Application. 1. 1. Cham, Switzerland: Springer International Publishing, 115. ISBN: 978-3-319-15466- 4. TOUŠ, M., HOUDKOVÁ, L., BÉBAR, L., PAVLAS, M., STEHLÍK, P. (2009). Waste-to-Energy (W2E) software -a support tool for decision making process. Chemical Engineering Transactions. 18. 971-976. 10.3303/CET0918159. VONDRA, M., MÁŠA, V., BOBÁK, P. (2018). The energy performance of vacuum evaporators for liquid digestate treatment in biogas plants. Energy, 146, 141-155. • Analýza a hodnocení reálných dopadů modernizace

    Školitel: Máša Vítězslav, doc. Ing., Ph.D.

  3. Pokročilé prognostické modely v oblasti odpadového hospodářství

    Cílem disertační práce je tvorba prognostických přístupů a nástrojů pro odhad produkce a složení odpadů za použití matematického programování. Nástroje budou generovat datové sady, které tvoří klíčový vstup pro lokační a alokační problémy v logistických úlohách v odpadovém hospodářství. Práce je charakteristická originální aplikací teoretických matematických poznatků na řešení úloh vzešlých z průmyslové praxe. Navržené modely budou použitelné pro různou úroveň detailu územního členění (od regionů až po části měst a ulice). Postup řešení: • Seznámení se s problematikou produkce a složení odpadu (stěžejní zaměření na komunální odpad). • Nastudování vhodných matematických metod a postupů. • Tvorba metodiky pro vytvoření prognózy produkce a složení pro vybrané typy odpadů včetně vzájemných interakcí. • Vhodná softwarová implementace modelů. • Řešení případových studií na základě výše uvedených bodů.

    Školitel: Stehlík Petr, prof. Ing., CSc., dr. h. c.

  4. Rozšíření a vývoj pokročilých nástrojů pro inteligentní údržbu pro management rizik pro redukci materiálových / energetických zdrojů a zlepšení environmentálních stop

    Výzkum je zaměřen na projekt SPIL Výzkumná aktivita č. 10: Rozšíření a vyvíjení pokročilých postupů a nástrojů vyvíjením a rozšířením nástrojů pro optimalizaci činností údržby zařízení, harmonogramu minimalizace rizik a nákladů vyplývajících z managementu výrobních zařízení. Zahrnuje to provozní a investiční náklady, dále jako minimalizaci pravděpodobnosti selhání, nehod, poruch, odstavení, které mohou vést k možným katastrofám, a také přispět k pracovním nemocem zaměstnanců. Tyto aktivity budou studovat a rozšiřovat metodologii integrace procesnů, simulace procesů, matematické modelování a další pokročilé výpočetní nástroje pro dosažení cílů projektu.

    Školitel: Varbanov Petar Sabev, doc. Ing., Ph.D.

  5. Simulace fotobioreaktorů

    Účelem práce je zapojení studenta do vývoje vlastních (in-house) simulačních modelů, a to v rámci startujícího grantového projektu. Cílené pěstování mikrořas pro inovativní výrobu různých produktů s vysokou přidanou hodnotou je novým trendem ve vývoji biotechnologií. Optimalizace životního prostředí těchto mikroorganismů vyžaduje kromě jiného schopnost predikovat jejich růst v závislosti na vlastnostech prostředí, které zahrnují řadu parametrů jako např. dostupnost živin či světelné podmínky. Modely pro takové aplikace je nicméně třeba teprve vyvinout. Doktorand bude pracovat na následujících úkolech: • Tvorba CFD modelu pomocí nástrojů ANSYS • Popis vývoje populace mikrořas • Popis interakce mikrořas se světelným zářením Nadstandardní podmínky, které jsou pro zájemce o toto téma připraveny, zahrnují kromě zajímavých platových podmínek práci ve zkušeném týmu s přátelskou atmosférou a spolupráci s akademickými i průmyslovými partnery. Zájemce by měl mít zkušenost s výpočtovou dynamikou tekutin (CFD), být motivovaný pro práci ve výzkumu a schopnost rychle se orientovat v nové problematice (dobré předchozí studijní výsledky).

    Školitel: Hájek Jiří, doc. Ing., Ph.D.

  6. Šíření reakčních front při hoření pevného paliva

    Účelem práce je zapojení studenta do vývoje vlastních (in-house) simulačních modelů, a to v rámci startujícího grantového projektu. Výroba energie z biomasy, fosilních paliv i odpadů často využívá tradiční a osvědčenou technologii roštového spalování. Vzrůstající tlak na snižování emisí zároveň nutí výrobce, aby hledali nová technická řešení pro zvýšení své konkurenceschopnosti. Klíčem k inovacím a zvýšení prestiže výrobců jsou výpočtové simulace, nicméně modely pro tuto technologii se teprve vyvíjejí. Doktorand bude pracovat na následujících úkolech: • Tvorba CFD modelu pomocí nástrojů ANSYS • 2D a 3D modelování reakčních front • Popis přenosu tepla uvnitř vrstvy paliva • Popis interakce paliva s primárním vzduchem a spalovací komorou Pro zájemce o toto téma jsou připraveny zajímavé platové podmínky, podpora zkušeného týmu s přátelskou atmosférou a spolupráce s průmyslovými partnery. Zájemce by měl mít zkušenost s výpočtovou dynamikou tekutin (CFD), být motivovaný pro práci ve výzkumu a schopnost rychle se orientovat v nové problematice (dobré předchozí studijní výsledky).

    Školitel: Hájek Jiří, doc. Ing., Ph.D.

  7. Výpočtový nástroj pro technicko-ekonomické hodnocení vybraných separačních procesů

    Práce je zaměřena na vybrané separační technologie a jejich matematické modelování. Konkrétněji se věnuje metodám pro zpracování průmyslových odpadních vod s prioritní orientací na ty technologie, které splňují současné požadavky na energetickou efektivitu a ohleduplnost k životnímu prostředí. Mezi tyto technologie lze zařadit např. zařízení využívající odpadní teplo z průmyslových procesů (odpařovací stanice, sušárny, odstředivky), membránová a elektrochemická separační zařízení s nízkou spotřebou elektrické energie (mikro-, ultra- a nano-filtrace, reverzní osmóza, elektrodialýza, elektrodeionizace atd.) či jiné postupy umožňující účinné oddělování cenných látek z odpadních či procesních vod (např. stripování). Rozhodnutí o využitelnosti separační technologie ve zvoleném průmyslovém procesu předpokládá odbornou znalost konkrétní metody (fyzikální princip, hmotnostní a energetické toky, vlastnosti produktů) a zhodnocení záměru po stránce ekonomické (investiční a provozní náklady). Potenciál pro efektivní technicko-ekonomické hodnocení nabízí moderní programovací jazyky, jejichž výhodou je jednoduchý zápis a volná dostupnost velkého množství knihoven. Příkladem může být jazyk Python. Výsledkem dizertační práce by měl být výpočtový nástroj vytvořený s podporou některého z progresivních programovacích jazyků a umožňující efektivní technicko-ekonomické hodnocení využitelnosti vybraných separačních technologií v průmyslových provozech. Podkladem pro výpočtový nástroj by měly být nejen odborné publikace a teoretické úvahy, ale rovněž experimentální měření na laboratorní nebo poloprovozní úrovni. Budou řešeny následující úlohy: - úvodní rešerše: teorie vybraných separačních technologií včetně publikovaných experimentálních výsledků či provozních informací, dostupné knihovny ve zvoleném programovacím jazyku (termo-fyzikální vlastnosti látek, vybrané matematické a fyzikální operace, zpracování a vizualizace dat, uživatelské rozhraní) - vypracování výchozí koncepce výpočtového nástroje - sběr dat z experimentálních měření - tvorba výpočtových modelů vybraných separačních technologií - tvorba výpočtového nástroje pro technicko-ekonomické hodnocení technologií - uplatnění výpočtového nástroje v podmínkách konkrétního průmyslového provozu

    Školitel: Máša Vítězslav, doc. Ing., Ph.D.


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.