ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
|
Утверждаю
|
___________________
Руководитель ООП
по направлению 240100
проф. Н.М. Теляков
|
_______________________
Зав.кафедрой ПТПЭ
проф. Теляков Н.М.
|
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ»
Направление подготовки: 240100 Химическая технология
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр, специальное звание «бакалавр»
Форма обучения: очная
Составители: заведующий каф. ПТПЭ Н.М. Теляков
доцент каф. ПТПЭ С.Н.Салтыкова
ассистент каф. ПТПЭ Д.В.Горленков
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1.Цели и задачи дисциплины
Учебная дисциплина "Процессы и аппараты химической технологии" является одной из основных профилирующих дисциплин в системе подготовки бакалавров. Основной целью дисциплины является ознакомление слушателей с основами конструкций химического оборудования, привитие навыков выполнения расчетов, использования критериальных зависимостей в процессе решения задач тепло- и массообмена при выборе тех или иных агрегатов. Основными обобщёнными задачами дисциплины (компетенциями) являются приобретение необходимых знаний по основным технологическим процессам и оборудованию; овладение методами расчета материального и теплового балансов основных переделов химико-технологических процессов; формирование навыков выполнения расчета основных агрегатов; по сбору и анализу информационных исходных данных для проектирования технологических установок; в разработке проектной и рабочей технической документации.
2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
Дисциплина «Процессы и аппараты химической технологии» относится к профессиональному циклу основной образовательной программы и входит в его базовую часть. Содержание дисциплины базируется на знаниях, полученных при изучении дисциплин естественнонаучного и профессионального циклов, а знания, умения и навыки, полученные при её изучении, будут использованы в процессе освоения специальных дисциплин, при курсовом и дипломном проектировании, в профессиональной деятельности. Изучение и успешная аттестация по данной дисциплине, наряду с другими дисциплинами, являются необходимыми для освоения специальных дисциплин, прохождения учебной и производственной практик. Дисциплина является предшествующей для изучения последующих дисциплин цикла Б.3 (профессиональные дисциплины) в базовой части – Моделирование химико-технологических процессов (8-й семестр), Химические реакторы (7-ой семестр), Системы управления химико-технологическими процессами (8-й семестр), в вариативной части – Высокотемпературные процессы химической технологии (7-8-й семестры).
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих Профессиональных компетенций:
способен осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции (ПК-7);
способен разрабатывать проекты ( в составе авторского коллектива) (ПК-26);
способен проектировать технологические процессы с использованием автоматизированных систем технологической подготовки производства (в составе авторского коллектива) (ПК-28).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
конструкции основных аппаратов химико-технологических процессов, принципы их работы и возможности их применения;
основы теории теплопередачи;
основы теории массопередачи в системах со свободной и неподвижной границей раздела фаз;
методы расчета тепло-и массообменной аппаратуры;
основы теории процесса в химическом реакторе, методологию исследования взаимодействия процессов химических превращений и явления переноса на всех масштабных уровнях,
методику выбора реактора и расчета процесса в нем;
основные реакционные процессы и реакторы химической и нефтехимической технологии.
Уметь:
проводить анализ, сопоставлять между собой различные переделы и грамотно выбирать оформление тех или иных технологических схем;
выявлять возможные элементы моделирования технологических процессов и на этой основе выполнять расчет и выбор основных аппаратов;
выполнять технологические расчеты основных аппаратов и на основе этих расчетов делать выбор стандартного оборудования при проектировании технологических схем цепи аппаратов;
использовать ЭВМ для выполнения расчетов процессов и аппаратов технологического оборудования;
определять основные характеристики процессов тепло-и массопередачи;
рассчитывать параметры и выбирать аппаратуру для конкретного химико-технологического процесса;
рассчитывать основные характеристики химического процесса;
произвести выбор типа реактора и произвести расчет технологических параметров для заданного процесса.
Владеть:
навыками работы с современными программными средствами подготовки конструкторско-технологической документации;
методами анализа технологических процессов и их влияния на качество получаемых изделий;
методами определения оптимальных и рациональных технологических режимов работы оборудования;
методами расчета и анализа процессов в химических реакторах.
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 13 зачетных единиц
Вид учебной работы
|
Всего часов
|
Семестры
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
VIII
|
Аудиторные занятия (всего)
|
193
|
36
|
17
|
18
|
68
|
54
|
В том числе:
|
|
|
|
|
|
|
Лекции
|
105
|
18
|
17
|
18
|
34
|
18
|
Практические занятия (ПЗ)
|
54
|
18
|
|
|
|
36
|
Семинары (С)
|
|
|
|
|
|
|
Лабораторные работы (ЛР)
|
34
|
|
|
|
34
|
18
|
Самостоятельная работа (всего)
|
264
|
90
|
34
|
36
|
68
|
36
|
В том числе:
|
|
|
|
|
|
|
Курсовой проект (работа)
|
18
|
|
|
|
|
18
|
Расчетно-графические работы
|
96
|
24
|
24
|
24
|
24
|
|
Реферат
|
|
|
|
|
|
|
Другие виды самостоятельной работы
|
150
|
66
|
10
|
12
|
44
|
18
|
|
|
|
|
|
|
|
Вид промежуточной аттестации: экзамен, зачет
|
экзамен, зачет
|
зачет
|
экзамен
|
экзамен
|
экзамен
|
зачет
|
Общая трудоемкость, час
зач. ед.
|
457
|
126
|
51
|
54
|
136
|
90
|
13
|
3,5
|
1,5
|
1,5
|
4
|
2,5
|
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п
|
Наименование раздела дисциплины
|
Содержание раздела
|
1
|
2
|
3
|
|
Введение
|
Основная задача и содержание курса. Основные принципы выбора и конструирования технологической аппаратуры.
|
|
Процессы выщелачивания, основные конструкции выщелачивателей
|
Процессы выщелачивания. Варианты аппаратурного оформления. Проточное (перколяционное), агитационное, смешанное – агитационно-перколяционное. Основные аппараты и аппаратурно-технологические схемы процесса выщелачивания. Принцип расчета и выбора аппаратов различного типа.
Конструкции реакторов для агитационного выщелачивания. Принцип организации процесса выщелачивания. Перемешивание и выбор перемешивающих устройств для реакторов. Назначение перемешивания в жидкой среде. Основные факторы при выборе мешалок. Типы механических мешалок, их конструкционные особенности и области их применения (лопастные мешалки, пропеллерные, турбинные, цепные, специальные). Определение рабочей мощности мешалки. Моделирование механических мешалок для процессов растворения твердых веществ. Принцип расчета. Категории гидродинамического подобия для процесса перемешивания. Мешалки с пневматическим перемешиванием, барботажное и аэролифтное перемешивание. Расчет потребного количества и давления воздуха (газа), необходимого для пневматического перемешивания. Автоклавы и их расчет. Основные типы автоклавов: с поверхностным нагревом и механическим перемешиванием, с применением острого пара для нагрева и перемешивания. Расчет производительности автоклава. Расход пара на нагрев и перемешивание. Проверочный расчет прочности стенки аппарата. Схема непрерывно действующих реакторов различного типа. Техника безопасности при работе реакторов. Антикоррозионная защита аппаратов. Расчет производительности реакторов.
|
|
Разделение пульп, основные аппараты для этих процессов
|
Способы разделения пульп и суспензий. Классификация пульп. Разделение пульп гравитационным способом, путем фильтрации и за счет центробежных сил. Процессы отстаивания. Конструкции отстойников, их расчет, принцип выбора аппарата. Зависимость скорости отстаивания от различных факторов. Степень уплотнения сгущенного продукта. Теоретическая скорость осаждения твердой частицы в неподвижной среде. Значение коэффициента сопротивления. Определение скорости осаждения частиц по методу Стокса и методу Лященко. Поправочные коэффициенты, зависящие от формы частиц. Определение площади и высоты отстойника. Расчет содержания растворимых веществ, увлекаемых шламом. Типы сгустителей и их конструкции. Схемы непрерывной противоточной декантации. Способы антикоррозионной защиты. Технико-экономическое сравнение различных типов отстойников.Процессы фильтрации. Классификация фильтрующих перегородок. Факторы, влияющие на выбор фильтров. Фильтры периодического действия: нутч-фильтры, фильтр-пресс, мешочный фильтр, свечевые и пальчиковые фильтры и др. Фильтры непрерывного действия: барабанный и дисковый вакуум-фильтры, ленточные фильтры, барабанные фильтры, работающие под давлением, другие виды фильтров. Основное управление фильтрации. Определение констант фильтрации, скорости фильтрации и скорости промывки осадка. Содержание сухого вещества в осадке и концентрация твердого в пульпе. Расчет поверхности фильтрации и принцип выбора фильтра.Процессы центрифугирования. Фильтрация, отстаивание и осветление с помощью центрифуг. Классификация центрифуг по фактору разделения. Устройство центрифуг. Периодически действующие центрифуги, непрерывно действующие центрифуги, сверхцентрифуги.Расчет фактора разделения при центрифугировании. Расчет допустимого числа оборотов центрифуг.
|
|
Процессы теплообмена, аппаратура для этих процессов
|
Процессы теплообмена. Способы нагрева и охлаждения. Выбор теплоносителя или охлаждающего агента. Типовые группы теплообменных устройств: нагрев паром, жидкостями, газами и электрическим током. Охлаждающие агенты. Выбор теплообменных аппаратов. Классификация теплообменных аппаратов по способу передачи тепла. Поверхностные теплообменники (оросительные, погруженные, «труба в трубе», кожухотрубные и др.). Теплообменники смешения, основные конструкции и устройство. Регенеративные теплообменные аппараты. Сравнение теплообменных аппаратов. Принцип расчета поверхностных теплообменников. Нахождение средней поверхности для цилиндрической стенки. Уравнение теплопередачи Ньютона-Фурье для плоской и цилиндрической стенки. Нахождение коэффициента теплопередачи. Значение критериев подобия при передаче тепла конвекцией. Определение значения коэффициента теплоотдачи. Принцип расчета и выбора теплообменных аппаратов. Процессы выпаривания. Аппаратура для выпаривания. Выпаривание при различных давлениях. Факторы, влияющие на производительность и интенсивность работы выпарных аппаратов. Устройство выпарных аппаратов. Аппараты со свободной циркуляцией (змеевиковые, рубашечного типа и с горизонтальными трубами). Аппараты с естественной циркуляцией (с центральной циркуляционной трубой, с подвесной греющей камерой, с выносным кипятильником). Аппараты с принудительной циркуляцией. Пленочные аппараты.
Многокорпусные выпарные установки. Схемы с прямоточным, с противоточным и с параллельным питанием. Расчет количества выпариваемой воды и расхода пара. Определение теплоты парообразования жидкости. Антикоррозионная защита и защита от инкрустации теплообменных поверхностей.
|
|
Процессы массопередачи, аппаратура для массообменных процессов
|
Аппаратура для кристаллизации. Основные понятия растворимости. Насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы. Способы перевода растворов в неустойчивое состояние. Типы и основы конструкции кристаллизаторов. Кристаллизаторы с водяным охлаждением (со встроенными змеевиками или рубашками, горизонтальные кристаллизаторы непрерывного действия с выносным холодильником). Кристаллизаторы с воздушным охлаждением; барабанный вращающийся кристаллизатор непрерывного действия. Вакуум-кристиаллизаторы. Непрерывно действующие схемы. Принцип выбора аппаратов для кристаллизации. Уравнение для определения количества образовавшихся кристаллов. Тепловой баланс для случая кристаллизации. Определение теплоты образования кристаллов .Аппаратура для процессов сорбции, экстракции и ректификации. Основные виды аппаратов, их устройство, конструктивные особенности и принцип работы. Основы технологического расчета и выбор аппаратов для процессов массопередачи.
|
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п
|
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
1.
|
Моделирование химико-технологических процессов
|
|
+
|
+
|
+
|
+
|
2.
|
Химические реакторы
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
3.
|
Системы управления химико-технологическими процессами
|
|
+
|
+
|
+
|
+
|
4.
|
Оборудование высокотемпературных производств
|
|
+
|
+
|
+
|
+
|
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п
|
Наименование раздела
дисциплины
|
Лек-
ций
|
Практ.
зан.
|
Лаб.
зан.
|
Семи-наров
|
СРС
|
Всего
часов
|
1
|
Введение
|
9
|
10
|
|
|
52
|
71
|
2
|
Процессы выщелачивания, основные конструкции выщелачивателей
|
24
|
10
|
8
|
|
53
|
95
|
|
Разделение пульп, основные аппараты для этих процессов
|
24
|
10
|
8
|
|
53
|
95
|
|
Процессы теплообмена, аппаратура для этих процессов
|
24
|
10
|
9
|
|
53
|
96
|
|
Процессы массопередачи, аппаратура для массообменных процессов
|
24
|
14
|
9
|
|
53
|
100
|
6. Лабораторный практикум
№ п/п
|
№ раздела
дисциплины
|
Наименование лабораторных работ
|
Трудоемкость
(час.)
|
1.
|
4
|
Определение удельной площади сгущения
|
4
|
2.
|
4
|
Определение гранулометрического состава мелкодисперсных порошков методом весовой седиментации
|
4
|
3.
|
4
|
Аппаратурное оформление и конструкция ротора центробежного экстрактора
|
4
|
4.
|
2,3
|
Исследование влияния силикатных бактерий на кварцсодержащие материалы
|
4
|
5.
|
2
|
Определение пористости кварцсодержащего материала (на примере обработки кварца силикатными бактериями)
|
4
|
6.
|
3
|
Изучение закономерностей распределения осевых составляющих скорости течения газа по поперечному сечению потока
|
5
|
7.
|
3
|
Определение констант процесса фильтрации
|
4
|
8.
|
3,5
|
Изучение гидродинамики псевдоожиженного слоя
|
5
|
7. Практические занятия (семинары)
№ п/п
|
№ раздела дисциплины
|
Наименование практических занятий
|
Трудоемкость (час.)
|
1
|
2
|
3
|
4
|
1.
|
2,3
|
Общие сведения о паре и нагреве. Теплопередача.
|
6
|
2.
|
2,3,4
|
Переход теплоты за счет теплопроводности
|
6
|
3.
|
2,3,4
|
Передача теплоты лучеиспусканием
|
6
|
4.
|
2,3
|
Расчет поверхностных конденсаторов
|
6
|
5.
|
3,5
|
Расчет многокорпусной выпарки
|
6
|
6.
|
2,3,5
|
Расчет ректификационной колонны
|
6
|
7.
|
2,3,5
|
Расчет мешалок
|
6
|
8.
|
2,3,5
|
Расчет сушилок
|
6
|
9.
|
4,5
|
Расчет печей
|
6
|
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Определить основные размеры пенного газопромывателя для очистки от пыли 20000м3/ч газа при температуре 40 0С.
Рассчитать теплообменный аппарат для охлаждения 1,1 кг/с диэтилового эфира рассолом.
Рассчитать кожухотрубчатый холодильник диаметром 159 мм с трубами 25X2 мм (ГОСТ 15120—79).
Рассчитать кожухотрубчатый холодильник диаметром D = 273 мм трубами 25X2 мм (ГОСТ 15120—79).
Рассчитать кожухотрубчатый аппарат D = 400 мм одноходовый (ГОСТ 15122—79).
Рассчитать кожухотрубчатый холодильник диаметром 325 мм с трубами 25X2 мм двухходовой (ГОСТ 15120—79).
Рассчитать кожухотрубчатый аппарат диаметром 400 мм с трубами 20X2 мм двухходовой.
Рассчитать горизонтальный кожухотрубчатый теплообменный аппарат для нагрева 20 т/ч толуола. Турбулентное течение толуола в трубном пространстве.
Рассчитать горизонтальный кожухотрубчатый теплообменный аппарат для нагреза 20 т/ч толуола. Ламинарное течение толуола в трубном пространстве.
Рассчитать кожухотрубчатый теплообменник для охлаждения в межтрубном пространстве 1240 мэ/ч (считая при нормальных условиях) азота.
Рассчитать теплообменный аппарат типа "труба в трубе".
Рассчитать вынесенную греющую камеру выпарного аппарата.
Рассчитать змеевик для периодического нагрева ксилола в баке.
Рассчитать батарейный циклон для очистки от пыли 7800 м3/ч газа при температуре 310 0С.
Рассчитать трехкорпусную прямоточную выпарную установку с естественной циркуляцией раствора для концентрирования 5 т/ч 12% водного раствора азотнокислого натрия.
Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения под атмосферным давлением 10 т/ч жидкой смеси, содержащей 50% (масс.) бензола и 50 % (масс.) толуола.
Расчет сушилки кипящего слоя для сушки хлористого калия.
Расчет аппарата кипящего слоя для сушки коксика.
Определение основных размеров двухвальцовой сушилки для сушки пасты углекислого никеля производительностью 80 кг/ч пасты.
Рассчитать трубчатый рекуператор.
Рассчитать радиационный рекуператор, работающий в системе комбинированного радиационного-конвективного рекуператора.
Рассчитать игольчатый рекуператор.
Рассчитать рекуператор из односторонне-игольчатых труб длиной 880 мм из серого чугуна.
Рассчитать и спроектировать ректифтикационную установку для непрерывного разделения смеси толуола- СCl4.
25. Рассчитать и спроектировать установку для охлаждения изоамилацетата рассолом.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учебник: В 2 кн./ В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, ГА. Носов и др.; Под ред. В.Г. Айнштейна. М.: Логос; Высшая школа. 2003. Кн. 1. 912 с.: ил.
Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учебник: В 2 кн./В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов и др.; Под ред. В.Г. Айнштейна. М.: Логос; Высшая школа. 2003. Кн. 2. 872 с.: ил.
Телегин А.С., Швыдкий B.C., Ярошенко Ю.Г. Тепломассоперенос: Учебник для вузов: 2-е изд., перераб. и доп. / Под редакцией Ю.Г. Ярошенко. М.: ИКЦ «Академкнига». 2002. 455 с.
Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача. М.: Химия. 1982. 696 с.
б) дополнительная литература
Калицун В.И. и др. Основы гидравлики и аэродинамики: 2-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат. 2002. 296 с.
Ламб Г. Гидродинамика. Том I. Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2003. 452 с.
Ламб Г. Гидродинамика. Том II. Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2003. 482 с.
в) программное обеспечение
Электронные версии учебников, пособий, методических разработок, указаний и рекомендаций по всем видам учебной работы, предусмотренных вузовской рабочей программой, находящиеся в свободном доступе для студентов, обучающихся в вузе.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
Операционные системы Windows, стандартные офисные программы.
10.Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лабораторные работы проводятся в специализированных лабораториях, в которых смонтированы лабораторные стенды, позволяющие выполнять работы по определению тех или иных параметров, необходимых при расчетах для выбора химико-технологических агрегатов и для изучения принципа работы и эксплуатации различных аппаратов. Представлены установки, позволяющие определять физико-химические параметры сред, перерабатываемых в химической промышленности и необходимые для расчета и выбора аппаратуры.
Специализированная лаборатория.
Для реализации лабораторного практикума по дисциплине кафедра располагает лабораторией, оснащённой следующими приборами:
Печь для определения коэффициента теплоотдачи
Стенд для определения коэффициентов трения и местных сопротивлений
Установка для исследования процесса фильтрации
Измерительные приборы для контроля технологических параметров процесса.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Преподавание дисциплины основано на организации внутри дисциплины и междисциплинарных образовательных модулей, представляющих совокупность теоретических представлений и практических навыков по каждой дидактический единице во взаимосвязи с последующими и смежными дисциплинами, целью которых является приобретение студентом компетенций, знаний и умений, установленных ФГОС ВПО для направления 240100 «Химическая технология».
Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация является совокупностью данных по успешности выполнения студентом требований ФГОС ВПО, учебного плана, примерной учебной программы (посещение теоретических и лабораторных занятий, своевременное выполнение лабораторного практикума, заданий по самостоятельной работе).
Примерная программа предусматривает возможность обучения в рамках традиционной поточно-групповой системы обучения. При этом обучение рекомендуется проводить в течение пяти семестров (для бакалавров — с 4 по 5-й семестры).
Разработчики:
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
|
Заведующий кафедрой печных технологий и переработки энергоносителей, профессор
|
Н.М.Теляков
|
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
|
Доцент кафедры печных технологий и переработки энергоносителей,
|
С.Н.Салтыкова
|
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
|
Ассистент кафедры печных технологий и переработки энергоносителей,
|
А.В.Смирнов
| |
