Bilancování procesních a energetických systémů (FSI-KBP)

Akademický rok 2019/2020
Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚPI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je připravení studentů na efektivní používání bilancování jako základního nástroje procesního inženýra. Předmět současně zdůrazní provázanost znalostí z dalších vybraných předmětů oboru.
Výstupy studia a kompetence:
Posluchači se naučí, že bilancování je obecná metoda práce se zákony zachování hmoty, energie či látky. Osvojí si systematický přístup k analýze bilancovaného schématu. Naučí se, jak bilancování aplikovat pro matematický popis různých typů procesů. Studenti se dále naučí řešit bilanční rovnice v probíraných typech procesů.
Prerekvizity:
Předpokládají se znalosti z bakalářského studia matematiky, fyziky a termomechaniky.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět posluchačům představí problematiku bilancování procesních a energetických systémů. Studenti si osvojí použití bilanční rovnice zákona zachování hmoty a energie na pestré paletě procesů:
• Procesy v ustáleném stavu
• Procesy jednosložkové i vícesložkové
• Procesy s chemickými reakcemi
• Procesy závislé na čase.
Pro řešení bilancí předmět poskytne analytické i numerické metody, v jejichž používání se studenti procvičí na řadě praktických příkladů. Důraz bude kladen na počítačovou implementaci postupů s využitím běžně dostupného SW MS Excel.
Metody vyučování:
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 probírané látky. Průběžně je do přednášek zahrnuto opakování nejdůležitějších prerekvizit, nutných pro zvládnutí tématu.

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, dodání všech zadaných úkolů a úspěšné zvládnutí písemných testů. Kritériem úspěšného získání zápočtu je nadpoloviční počet bodů z průběžných písemných testů.

ZKOUŠKA: Zkouška je písemná. Hodnocení bude 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).
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Podmínkou udělení zápočtu je pravidelná účast ve výuce (To znamená maximálně 3 neúčasti ve cvičení). Účast na přednáškách není kontrolovaná, nicméně splnění úkolů ve cvičeních vyžaduje znalosti z přednášek.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. týden: Klasifikace bilancí a základní pojmy
2. týden: Hmotnostní bilance systému v ustáleném stavu (bez chemické reakce a s chemickou reakcí)
3. týden: Energetická bilance ustáleného systému (jednosložkové systémy, bez chemické reakce)
4. týden: Postupy výpočtu toku energie vybraných procesních proudů
5. týden: Energetická bilance ustáleného systému (vícesložkové systémy, s chemickou reakcí)
6. týden: Úvod do ekonomického hodnocení projektů v předinvestiční fázi
7. týden: Obecný úvod do optimalizace (lineární a nelineární úlohy, metoda nejmenších čtverců, grafická metoda)
8. týden: Bilance úloh s recyklem či obtokem; potrubní sítě
9. týden: Bilancování na základě provozních dat (přeurčený systém)
10. týden: Bilance procesu závislého na čase (obyčejné diferenciální rovnice 1. řádu, analytické a numerické řešení)
11. týden: Bilance procesu závislého na čase (obyčejné diferenciální rovnice vyššího řádu, převod na soustavu rovnic 1. řádu, numerické řešení)
12. týden: Počítačová implementace algoritmů pro řešení bilance
13. týden: Pokročilé aplikace a pokročilé metody bilancování (procesy závislé na čase a prostoru)
    Cvičení s počítačovou podporou Cvičení s počítačovou podporou. Řešení úloh k přednášeným tématům, na základě informací z přednášek.
Literatura - základní:
1. Felder R. M. and Rousseau R. W., Elementary Principles of Chemical Processes, 3rd Update Edition. Wiley, 2004
Literatura - doporučená:
1. Klapka, J., Dvořák, J., Popela, P. Metody operačního výzkumu. Brno: VUTIUM, 2001
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2I-P prezenční studium M-PRI Procesní inženýrství P pro absolventy B-EPP zá,zk 5 Povinný 2 1 Z
M2I-P prezenční studium M-PRI Procesní inženýrství -- zá,zk 5 Povinný 2 1 Z