Navrhování procesních a energetických systémů (FSI-KNP)

Akademický rok 2023/2024
Garant: doc. 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, 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.

Zkouška:
Hodnocení probíhá ve dvou stupních:
1. Písemná část: Písemné testy (bodově hodnocené). Pokud student obdrží v nejhorším případě známku „E“ z testu, 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 problematiky návrhu procesních a energetických systémů a zařízení (stupně návrhu, příklady technologií, nástroje pro navrhování, softwary), návrh výměníku tepla typu trubka v trubce.

  2. Navrhování trubkových výměníků tepla s přepážkovými systémy.

  3. Navrhování základních typů deskových výměníků tepla.

  4. Uvažování provozních aspektů procesních a energetických zařízení (zanášení, ztráty tepla) při jejich navrhování.

  5. Navrhování zařízení na výměnu tepla se změnou fáze jedné pracovní látky.

  6. Navrhování procesních a energetických zařízení na výměnu tepla se změnou fáze obou pracovních látek.

  7. Úvod do navrhování spalovacích zařízení pro procesy a energetiku.

  8. Koncepční fáze návrhu spalovacích zařízení pro procesy a energetiku.

  9. Rozměrový návrh procesních trubkových pecí.

  10. Rozměrový návrh vodních a parních kotlů.

  11. Integrovaný návrh procesních zařízení a trend moderních integrovaných zařízení

  12. Navrhování míchaných zařízení s výměnou tepla.

  13. Zohledňování vlivu distribuce pracovních látek při návrhu procesních a energetických zařízeních.
    Cvičení s počítačovou podporou

  1. Úvodní praktická aplikace základních rovnic – návrh trubkového výměníku tepla bez a se softwarovou podporou.

  2. Návrh trubkového výměníku tepla se segmentovými přepážkami se softwarovou podporou.

  3. Navrhování deskových výměníků tepla bez a se softwarovou podporou

  4. Výpočtové příklady na zohlednění zanášení a ztráty tepla při návrhu zařízení

  5. Tepelný návrh kondenzátoru se softwarovou podporou.

  6. Bilanční a tepelný návrh procesní odparky.

  7. Návrh žárotrubného kotle I. - výpočet spalování paliva bez a se softwarovou podporou

  8. Návrh žárotrubného kotle II. – koncepční rozvržení tepelného výkonu na jednotlivé části kotle.

  9. Návrh žárotrubného kotle III. – rozměrový návrh plamencové komory a konvekčních tahů.

  10. Návrh žárotrubného kotle IV. – aerodynamický výpočet a návrh komína.

  11. Integrovaný návrh tepelného zařízení regeneračního typu.

  12. Tepelný návrh ohřívané míchané nádoby.

  13. Výpočtové příklady na zohlednění vlivu distribuce pracovní látky při návrhu zařízení, 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  
N-PRI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinný 2 2 Z