Navrhování procesních a energetických systémů (FSI-KNP)

Akademický rok 2022/2023
Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚPI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je naučit studenty praktickému technologickému a rozměrovému návrhu zásadních procesních a energetických systémů a zařízení, jež dominantním způsobem zajišťují a ovlivňují funkci procesních a energetických výrobních provozů. Jde především o návrh systémů a zařízení na výměnu tepla a hmoty s praktickým a efektivním využitím současných moderních profesionálních softwarových produktů aktuálně používaných v projekčních kancelářích pro podporu těchto návrhových činností.
Výstupy studia a kompetence:
1. Základní přehled o rozsahu projekční činnosti procesního inženýra se zaměřením na techniky, metody a nástroje pro navrhování procesních a energetických systémů a jejich jednotlivých zařízení.
2. Osvojení využívání profesionálních softwarových systémů pro navrhování a související odbornou činnost procesního inženýra.
Prerekvizity:
Základní znalosti z předmětů absolvovaných v předchozích dvou semestrech, zejména tepelných pochodů, hydraulických pochodů, inženýrské termodynamiky, energie a emise a konstrukce procesních zařízení.
Obsah předmětu (anotace):
Posluchači se praktickým a moderním způsobem seznámí s problematikou navrhování procesních a energetických systémů aktuálně používanou v projekčních inženýrských kancelářích. Z široké palety činností spadajících do oblasti navrhování procesních a energetických systémů je přitom pozornost přednášek a cvičení soustředěna na nejvýznamnější oblast a to na praktický technologický a rozměrový návrh procesních a energetických systémů a jejich zařízení se zřetelem jejich dopadu na životní prostředí. Konkrétně je pozornost zaměřena na postupy a nástroje potřebné pro navrhování procesních a energetických systémů ve fázi koncepčního návrhu a studie proveditelnosti a na postupy a nástroje pro navrhování procesních a energetických systémů ve fázi základního technologického a rozměrového návrhu systému a jednotlivých zařízení (basic design). Propojení teoretické i praktické části výuky bude zajištěno v maximální míře využitím podpory dostupných nejnovějších výukových verzí profesionálních softwarových systémů užívaných pro navrhování procesních a energetických systémů a zařízení (např. ChemCAD, HTRI, GateCycle, atd.).
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů, teorie a praktických ukázek dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Předpoklady pro udělení zápočtu:
Povinná a aktivní účast ve cvičeních a porozumění problematice přednášené v kursu a vypracování semestrální práce.

Zkouška:
Hodnocení probíhá ve dvou stupních:
1. Písemná část: Písemné testy (bodově hodnocené) a hodnocení semestrální práce. Pokud student obdrží v nejhorším případě známku „E“ z testu i semestrální práce, postoupí k ústní zkoušce.
2. Ústní část: v návaznosti na výsledky testu prokazují studenti související teoretické znalosti z oblasti navrhování formou odborné rozpravy s vyučujícím, z níž vyplyne výsledné hodnocení studenta.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Výuka je situovaná v počítačové učebně.
Teoretický výklad je kombinován s praktickými ukázkami řešení dílčích úloh na počítači.
Účast na přednáškách je doporučená. Účast na cvičeních je povinná a kontrolovaná.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod do návrhu procesních a energetických systémů a zařízení (stupně návrhu, příklady technologií, nástroje pro navrhování, softwary).
2. Navrhování trubkových výměníků tepla s přepážkovými systémy.
3. Navrhování deskových výměníků tepla s hladkými deskami.
4. Navrhování deskových výměníků tepla s profilovanými deskami.
5. Úvod do rektifikace binárních směsí.
6. Navrhování zařízení pro kontakt plynů a kapalin.
7. Navrhování rektifikačních a absorpčních kolon.
8. Navrhování zařízení pro separaci vícesložkových směsí.
9. Navrhování tepelných zařízení se změnou fáze pracovních látek.
10. Spalovací zařízení pro procesy a energetiku – koncepční návrh zařízení.
11. Spalovací zařízení pro procesy a energetiku – rozměrový návrh zařízení.
12. Najíždění, provoz a regulace vybraných procesních a energetických zařízení.
13. Tepelné ztráty procesních a energetických zařízeních a navrhování izolace.
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Představení koncepce cvičení, popis řešeného procesu a sestavení jeho výpočtového schématu v softwaru ChemCad.
2. Simulační výpočet procesu v softwaru ChemCad, úvod do softwaru HTRI.
3. Návrh trubkového výměníku tepla se segmentovými přepážkami v softwaru HTRI pro řešený proces.
4. Návrh deskového výměníku tepla s profilovanými deskami v softwaru HTRI pro řešený proces.
5. První část návrhu systému rektifikačních kolon pro separaci třísložkové směsi v softwaru ChemCad.
6. Druhá část návrhu systému rektifikačních kolon pro separaci třísložkové směsi v softwaru ChemCad.
7. Třetí část návrhu systému rektifikačních kolon pro separaci třísložkové směsi v softwaru ChemCad.
8. Dokončení návrhu systému rektifikačních kolon pro separaci třísložkové směsi v softwaru ChemCad.
9. Návrh reboileru nebo kondenzátoru v softwaru HTRI pro řešený proces.
10. Úvod do softwaru GateCycle a sestavení modelu energetického systému.
11. Výpočtová simulace energetického systému v softwaru GateCycle.
12. Návrh ekonomizéru parního kotle v softwaru HTRI pro energetický systém.
13. Odevzdání samostatných semestrálních prací. Vyhodnocení, zápočet.
Literatura - základní:
1. 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.
2. Kleiber M., Process Engineering, Second Edition, Walter de Gruyter GmbH, Berlin, 2020.
3. VDI-Heat Atlas, 2nd edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010
4. Cengel, Y. A., Cimbala J.M.; Fluid mechanics: fundamentals and applications, 2nd edition, McGraw-Hill Higher Education, Boston, 2010
5. Finlayson B. A.; Introduction to Chemical Engineering Computing, John Wiley and Sons, Hoboken, 2006
6. White R. E., Subramanian V. R.; Computational Methods in Chemical Engineering with Maple, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010
Literatura - doporučená:
1.

Kleiber M., Process Engineering, Second Edition, Walter de Gruyter GmbH, Berlin, 2020.
2. VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen Editor: VDI-Heat Atlas, 2nd. edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010.
3. Green, D., W., Perry, R., H., CHEMICAL ENGINEERS´ HANDBOOK, 8 th editon, Mc Graw-Hill International Editions, Chemical Engineering Series,New York, 2007
4. Kizlink, J.: Technologie chemických látek I. a II. díl, VUT Brno, 2001
5. Stehlík, P.: Termofyzikální vlastnosti, VUT Brno, 1992
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 5 Povinný 1 1 Z
N-PRI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinný 2 2 Z