Detail předmětu
Systémové přístupy pro procesy a energetiku
FSI-KS3 Ak. rok: 2020/2021 Letní semestr
Předmět "Systémové přístupy pro procesy a energetiku" prezentuje postupy, techniky a činnosti, jejichž úkolem je systematickým způsobem zajistit co nejlepší řešení dané procesní či energetické výrobní linky, jejího subsystému i dílčího zařízení jak v případě nového řešení, tak v případech rekonstrukce stávajícího provedení pro nové účely. Předmět mimo nezbytné teoretické vybavení seznámí posluchače na řadě konkrétních procesních a energetických průmyslových aplikací zejména s:
- přístupy pro optimalizace provozních podmínek klíčového zařízení a jeho provedení (jedno vs. vícestupňové) a řešení výchozí aparátové struktury a skladby (tzv. flowsheeting);
- přístupy koncepční optimalizace vybrané skladby výrobní linky pro optimální provozní podmínky – tzv. integrace (syntéza) procesu resp. integrace subsystémů linky (subsystémy výměny tepla a externích energetických zdrojů);
- techniky integrace, optimalizace a detailního návrhu významných zařízení výrobní linky;
- způsoby užití optimalizace v běžných inženýrských činnostech (optimalizace potrubních rozvodů, izolací, apod.).
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Studenti budou schopni aplikovat nabyté znalosti termodynamických, fyzikálních a chemických zákonitostí na řešení procesních a energetických linek, provozů a jejich subsystémů a kvalifikovaně rozhodovat v případě možností variantních řešení. Budou disponovat základní orientací ve složitosti požadavků výroby a ochrany životního prostředí. Zdokonalí si pracovní dovednosti s profesionálními simulačními softwary a programovými implementacemi (ChemCAD, Maple, VBA, atd.).
Prerekvizity
Znalosti nabyté jednak v základních kurzech specializace, tj. zejména znalost tepelných, hydraulických a difúzních pochodů, spolu se znalostmi nabytými v navazujících předmětech studia týkající se zejména problematiky energie a emisí, projektování a řízení procesů a navrhování procesních a energetických systémů.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
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.
Způsob a kritéria hodnocení
Podmínky k udělení zápočtu:
Podmínkou k udělení zápočtu je aktivní absolvování cvičení, vypracování průběžně zadávaných úkolů a získání celkem alespoň 10 bodů.
Zkouška:
Při zkoušce posluchač prokáže teoretické znalosti odpřednášené látky, zodpovězením dvou teoretických otázek a praktické schopnosti, výpočtovým vyřešením zadané písemné úlohy.
Každá část zkoušky je individuálně bodována. Hodnocení je podle zisku celkového počtu bodů následující:
A – 90 až 100 bodů,
B – 80 až 89 bodů,
C – 70 až 79 bodů,
D – 60 až 69 bodů,
E – 50 až 59 bodů,
F (nevyhověl) – méně než 50 bodů.
Učební cíle
Cíle kurzu jsou následující:
- seznámit posluchače s metodikami systémového řešení a optimalizací koncepce a skladby procesních a energetických linek i jejích nejdůležitějších subsystémů a individuálních zařízení;
- rozvinout u studentů schopnost aplikovat dříve nabyté znalosti termodynamických, fyzikálních a chemických zákonitostí na danou koncepci výrobní linky a její zařízení a rozhodovat v případě možností variantních řešení;
- podat základní orientaci ve složitosti technicko-ekonomických požadavků výroby a ochrany životního prostředí;
- umožnit studentům zdokonalení práce s profesionálními softwary (Maple, ChemCAD, VBA, atd.).
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Výuka je prováděna v počítačové laboratoři.
Účast na přednáškách je doporučená. Účast na cvičeních je povinná a kontrolovaná.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program M2I-P: Strojní inženýrství, magisterský navazující
obor M-PRI: Procesní inženýrství, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Úvod do systémového (integrovaného) řešení provozu, části a fáze integrovaného řešení. Techniky pro úvodní část řešení – optimalizace podmínek klíčového zařízení, souvisejících proudů a výchozího schématu (flowsheeting).
2. Úvod do optimalizace, matematické modely a metody, nejčastěji se vyskytující typy úloh a metody řešení (LP/MILP, NLP/MINLP). Dostupné softwary.
3. Zásady extrakce dat z flowsheetu. Výchozí technicko-ekonomická rozvaha optimální úrovně systému využití tepla a utilit (targeting, supertargeting).
4. Metody optimálního osazení (tzv. syntézy) sítě výměny tepla v případě nového návrhu procesu (grassroot design).
5. Metody optimálních úprav osazení sítě výměny tepla v případě rekonstrukce stávajícího procesu (retrofit design).
6. Úvod do optimálního začlenění (integrace) externích energetických zdrojů. Techniky výchozího technicko-ekonomického posouzení konkurenčních variant provedení nejnáročnějších „hot utilities“ a výběr nejvhodnějšího řešení.
7. Techniky pro optimální začlenění (integraci) externích energetických zdrojů. Metody a techniky pro integraci vybraného nejvhodnějšího řešení nejnáročnějších „hot utilities“.
8. Optimalizace provedení externích energetických zdrojů. Postupy pro „hot utilities“ v případě nového návrhu a rekonstrukce.
9. Optimalizace výrobních a provozních podmínek procesních a energetických linek a jejich klíčových zařízení.
10. Techniky optimalizace individuálních zařízení na výměnu tepla pro různé účely (technické, ekonomické, provozní).
11. Metody optimálního návrhu soustavy energeticky náročných zařízení přenosu tepla a hmoty.
12. Postupy optimálního návrhu potrubí, potrubních sítí a izolací.
13. Základy modelování a optimalizace v oblasti provozní dynamiky a neustálených stavů.
Cvičení s počítačovou podporou
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Bilance složitého procesu s recyklem – srovnání vlastností sekvenční a numerické (globální) metody řešení pro optimalizaci podmínek klíčového zařízení.
2. Příklady optimalizačních modelů – aspekty typických LP/MILP a NLP/MINLP úloh.
3. Příklad technicko-ekonomické rozvahy optimální úrovně systému využití tepla (targeting).
4. Praktická aplikace moderních metod LP a NLP při novém návrhu výměníkové sítě.
5. Praktická aplikace moderních metod LP a NLP při rekonstrukci výměníkové sítě.
6. Úvod do integrace pecí/kotlů jako energeticky nejnáročnějších externích energetických zdrojů. Výchozí technicko-ekonomická analýza konkurenčních variant.
7. Integrace pecí/kotlů jako energeticky nejnáročnějších externích energetických zdrojů. Aspekty integrace nového řešení a omezení v případě rekonstrukce.
8. Optimalizační postupy pro pece/kotle v případě nového návrhu a v případě rekonstrukce.
9. Aplikace metod LP – optimalizace výrobních kapacit výrobních linek, minimalizace výrobních nákladů, variabilita produkce
10. Výpočtové aplikace optimalizačních postupů pro různé účely optimalizace deskových a trubkových výměníků tepla.
11. Optimalizace uspořádání vícestupňové odpařovací stanice. Optimalizace absorberu – problematika technicko/ekonomicko/ekologického řešení.
12. Optimalizace potrubí a izolace potrubí pro dané provozní podmínky.
13. Výpočet doby najíždění kotle a optimální provozní periody předehřívací linky.