Procesní systémové inženýrství (FSI-DPI)

Akademický rok 2019/2020
Garant: prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c.  
Garantující pracoviště: ÚPI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
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.
Výstupy studia a kompetence:
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.).
Obsah předmětu (anotace):
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.
Metody vyučování:
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).
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.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 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 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.
Literatura - základní:
2. Seider W. D., Lewin D. R., Seader J. D., Widago S., Gani R., Ng K. M., Product and Process Design Principles: Synthesis, Analysis and Evaluation, Fourth Edition, John Wiley & Sons Inc., New York, 2017.
4. Green D.W., Southard M.Z.: Perry's Chemical Engineer's Handbook, 9th Ed., McGraw-Hill, 2018
5. Patrick D.R., Fardo S.W.: Industrial Process Control Systems, The Fairmont Press, Inc., 2009
6. Versteeg H., Malalasekera W.: An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, 2nd Ed., Pearson, 2007
7. Medek J.: Hydraulické pochody, 3. vydání, VUT - Vysoké učení technické, Brno, 2000
Literatura - doporučená:
2. Green D.W., Southard M.Z.: Perry's Chemical Engineer's Handbook, 9th Ed., McGraw-Hill, 2018
3. Medek, J.: Hydraulické pochody, 3. vydání, VUT - Vysoké učení technické, Brno, 2000.
4. Medek J.: Mechanické pochody, PC-DIR Real s.r.o., Brno, 1998
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B3S-P prezenční studium B-EPP Energetika, procesy a životní prostředí -- zá,zk 4 Povinný 1 2 L