Bilancování procesních a energetických systémů (FSI-KBP)

Akademický rok 2023/2024
Garant: doc. Ing. Martin Pavlas, 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 výpočtové nástroje a 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. Ve výuce a přednášené látce jsou zohledněna aktuální témata energetické bezpečnosti a výroby energie z obnovitelných zdrojů.
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 2 předem omluvené 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, postupy výpočtu toku energie vybraných procesních proudů
4. týden Úvod do bilance potrubních sítí, bilance úloh s recyklem či obtokem, počítačová implementace algoritmů pro řešení bilance
5. týden: Úvod do ekonomického hodnocení projektů v předinvestiční fázi
6. týden: Bilancování na základě provozních dat (přeurčený systém)
7. týden: Bilance pro hodnocení dopadů na životní prostředí
8. týden: Přístupy k bilancování šíření emisí do okolního prostředí, emise a imise
9. týden: Bilance procesu závislého na čase, akumulace hmoty
10. týden: Bilancování procesů se změnou fáze (pára-kapalina, jedno a více složkové systémy)
11. týden: Bilancování procesů se změnou fáze (kapalina - pevná látka) a aplikace pro akumulaci energie
12. týden: Základy bilancování nízkouhlíkových technologií výroby energie
13. týden: Přehled SW pro bilancování procesů
    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
2. Ditl. P, Netušil M. Bilancování a simulace systémů v MS Excel, 1. vydání, Praha : Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2018.
3.

D. W. Green, M. Z. Southard(eds.): Perry´s Chemical Engineers´Handbook, 9th ed. New York: McGraw-Hill Education 2019
Literatura - doporučená:
1. Klapka, J., Dvořák, J., Popela, P. Metody operačního výzkumu. Brno: VUTIUM, 2001
2. Ditl. P, Netušil M. Bilancování a simulace systémů v MS Excel, 1. vydání, Praha : Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2018.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-PRI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinný 2 1 Z