Technologické linky zpracovatelského průmyslu (FSI-KS2)

Akademický rok 2022/2023
Garant: doc. Ing. Jaroslav Jícha, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚPI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem kursu je získání přehledu o nejdůležitějších linkách procesního průmyslu a osvojení si metodiky návrhu strojně-technologického řešení výrobní linky, jejího bilancování a komplexního posouzení vhodnosti pro daný záměr. Studenti získají schopnost posuzovat alternativní strojně-technologických řešení modelových případů zpracovatelského průmyslu
Na řadě příkladů a výpočtových řešeních konkrétních průmyslových aplikací demonstrována u těchto linek problematika tvorby a komplexního posouzení jejich koncepce a možností, spolu s hodnocením možností jednotlivých zařízení a jejich vlivu na vlastnosti výrobní linky.


Výstupy studia a kompetence:
Posluchači získají schopnost aplikovat dříve získané znalosti zákonitostí průběhu dějů v zařízeních technologických linek pro navrhování technologických procesů a kvalifikovaně rozhodovat v případě možností variantních řešení.
Cílem kursu je, aby posluchači získali přehled o nejdůležitějších technologiích procesního průmyslu a osvojili si metodiku tvorby koncepce výrobní linky, jejího bilancování a komplexního posouzení vhodnosti pro daný záměr.

Prerekvizity:
Základní znalosti z termomechaniky a termodynamiky, zejména znalost výpočtů tepelných projevů fyzikálních a chemických dějů. Znalosti hydraulických procesů a inženýrská termodynamika.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět „Technologické linky zpracovatelského průmyslu“ bezprostředně navazuje na znalosti získané v předmětu Inženýrská termodynamika a z časového hlediska je v rámci jednoho semestru rozdělena na dvě etapy. První část rozšiřuje předchozí znalosti posluchačů o termodynamických zákonitostech pro soustavy s probíhajícími ději v zařízeních technologických linek o přístup z hlediska kinetického průběhu dějů. Jsou analyzovány faktory ovlivňující průběh dějů v reaktorech různého typu. Součástí výuky je bilancování technologických uzlů v neustáleném stavu z hlediska akumulace hmoty a tepla.
Cílem druhé části kursu je, aby posluchači získali přehled o nejdůležitějších linkách procesního a zpracovatelského průmyslu. Je demonstrován přístup k navrhování strojně-technologického řešení vzorových technologií. Pozornost je věnována především technologiím uplatňovaným v průmyslu zpracování ropy, petrochemii, cementárenském průmyslu a technologiím sloužícím pro zpracování a energetické využití komunálních a průmyslových odpadů ale i dalším.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Na cvičeních pracují studenti na počítačích a řeší samostatně problémy, které jsou převážně spojeny se semestrální prací.
Způsob a kritéria hodnocení:
K zápočtu je předkládána semestrální práce, jejíž téma je zadáno během výukového období. Hlavní úkoly semestrální práce jsou postupně probírány na cvičeních. Zápočet je udělován na základě pravidelné účasti na cvičeních a projevů studenta na cvičeních.
Výsledky semestrálních prací jsou prezentovány studenty formou krátkých připravených prezentací.
Zkouška se skládá z části písemné a z části ústní. V části písemné musí absolvent prokázat schopnost samostatného řešení zadané výpočtové úlohy dotýkající se rozsahu výuky. Při ústní zkoušce student zdůvodní řešení výpočtové úlohy a prokáže znalosti odpřednášené látky. Celkové hodnocení zohledňuje rovněž úroveň zpracování semestrální práce.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Výuka probíhá formou přednášek (2 hodiny) prezentovaných v posluchárně s vhodným prezentačním prostředkem. Doprovodný text v elektronické podobě mají studenti k dispozici. Účast na přednáškách je doporučená. Cvičení (2 hodiny) probíhají v určené učebně a navazují na odpřednášenou látku. Účast na cvičeních je povinná a je kontrolována.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1) Úvod, fázové rovnováhy směsí
2) Aktivita, aktivitní koeficienty, rovnováhy
3) Principy bilancování technologických uzlů v ustáleném stavu a neustáleném stavu s akumulací hmoty a tepla.
4) Tlakové ztráty aparátů se sypaným ložem
5) Reaktory I - Základní typy reaktorů. Bilanční rovnice vsázkových, trubkových reaktorů a ideálně míchaných průtočných reaktorů.
6) Reaktory II - Termodynamické a kinetické faktory ovlivňující výsledek procesů v reaktorech a zařízení technologických linek.
7) Spalování paliv, kyslíková bilance, rosný bod
8) Spalovny odpadů s důrazem na čištění spalin I.
9) Spalovny odpadů s důrazem na čištění spalin II.
10) Procesy na odstranění organických látek v odpadních plynech
11) Zpracování ropy. Petrochemické procesy - výroby čpavku, H2 a metanolu.
12) Provozní podmínky a strojně-technologické řešení průmyslových realizací, např.: čištění odpadních vod a zpracování kalů z čistíren odpadních vod, výroba lihu nebo jiné.
13) Měření emisí na stacionárních zdrojích znečištění. ČKAIT.
    Cvičení s počítačovou podporou 1) Výpočet materiálové a tepelné bilance hlavních aparátů technologické linky parního reformování zemního plynu k výrobě vodíku (využití tepla pro výrobu technologické páry, quenching).
2) Výpočet aktivitních koeficientů metodou Van Laar.
3) Pokračování ve výpočtu materiálové a tepelné bilance hlavních aparátů technologické linky parního reformování zemního plynu k výrobě vodíku (reakce vodního plynu - SHIFT reaktory – termodynamický výpočet).
4) Bilancování technologických uzlů v neustáleném stavu s akumulací hmoty a tepla. Příklady výpočtu časové změny koncentrace látek nebo teploty v systémech za neustáleného stavu.
5) Výpočet materiálové a tepelné bilance hlavních aparátů technologické linky. Výpočet technologické linky parního reformování zemního plynu k výrobě vodíku (blok konverze CO – kinetický výpočet).
6) Bilance aparátu VENTURI v bloku mokré vypírky v technologii termického zpracování odpadů.
7) Čištění spalin technologií PSA
8) Návrh ventilátorů pro dopravu vzduchu a spalin (ve vztahu k analyzovanému procesu parního reformování zemního plynu)
9) Výpočet transportních vlastností (použití TKS i dostupného software), výpočet tlakových ztrát v sypaném loži a funkční návrh reaktoru.
10) Využití kyslíkové bilance pro určování průtoku spalin pro spalování tuhých látek.
11) Hydraulický výpočet katalytických reaktorů s axiálním a radiálním tokem.
12) Výpočet adiabatického ohřevu a stupně konverze při katalytické oxidaci uhlovodíků
13) Prezentace semestrální práce
Literatura - základní:
1. Felder R., M., Rosseau, R.,W., Elementary Principles of Chemical Processes, third edition, 2005, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken–NJ (USA), ISBN 0-471-68757-X
2. Santoleri J., J., Reynolds J. and Theodore L., Introduction to Hazardous Waste Incineration“, Second Edition, 2000, John Wiley & Sons, New York, ISBN 0-471-011790-6
3. Shackley, S., Gough, C., Carbon Capture and its Storage, An Integrated Assessment, 2006, Ashgate Publishing Ltd, Aldershot, UK, ISBN:0 7546 4499 5
4. Riazi, M.R., Characterization and properties of petroleum fractions. ASTM International, 1st edition, West Conshohocken, PA (USA),.2005, ISBN 407-0-8031-3361-8
Literatura - doporučená:
1. Perry, J.: Chemical Engineers´ Handbook, Mc Graw Hill, New York, 1997
2. Kizlink, J.: Technologie chemických látek I. a II. díl, FCH, VUT Brno, 2001
3. Babinec, F.: Aplikovaná fyzikální chemie,VUT Brno, 1981
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 6 Povinný 1 1 L
N-PRI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 2 1 L