čeština

6

doc. Ing. David Jecha, Ph.D.

Ústav procesního inženýrství

Student by měl před zahájením studia předmětu umět:

• derivovat a integrovat funkce jedné proměnné a řešit jednoduché obyčejné diferenciální rovnice,
• používat stavovou rovnici ideálního plynu a aplikovat 1. a 2. větu termodynamickou na jednoduché děje s ideálním plynem, definovat hlavní termodynamické veličiny,
• sestavit stechiometrickou rovnici chemické reakce, provádět stechiometrické výpočty a přepočítávat základní způsoby vyjádření koncentrace.

Uvedené znalosti odpovídají bakalářskému studiu strojního, energetického nebo chemického zaměření (zejména předmětům z termomechaniky a chemie).

Způsob ukončení

Předmět je ukončen zápočtem a zkouškou. Ke zkoušce se může přihlásit pouze student s uděleným zápočtem.

Účast na výuce

Účast na přednáškách je doporučená. Účast na cvičeních je povinná a kontroluje se prezenční listinou. Student může mít nejvýše 2 absence bez náhrady. Ve velice výjimečných případech lze tolerovat víc absencí z vážných důvodů, ale každá další absence musí být řádně omluvena a nahrazena způsobem, který určí cvičící.

Podmínky udělení zápočtu

Zápočet je udělen při splnění všech tří podmínek:

• splnění povinné účasti na cvičeních,
• úspěšné absolvování zápočtového testu, tj. dosažení alespoň 50 ze 100 bodů,
• odevzdání semestrální práce a její přijetí a schválení vyučujícím.

Zápočtový test

Písemný test z výpočetních úloh řešených ve cvičeních (celkem 100 bodů) se koná na konci výuky v semestru. Povolenými pomůckami jsou kalkulačka a jeden list A4 s vlastními vztahy a poznámkami. Délku testu stanoví vyučující podle jeho náročnosti, nejvýše však 120 minut. Student má nárok maximálně na dva opravné termíny.

Semestrální práce

Semestrální práce je skupinová výpočtová práce (skupiny zpravidla 3–5 studentů) zaměřená na materiálovou a tepelnou bilanci vybraných uzlů reálného technologického procesu. Zadání, termín odevzdání a pokyny ke zpracování jsou zveřejněny na začátku semestru v e-learningu. Hlavní úlohy se průběžně řeší ve cvičeních.

Výstupem je technická zpráva v editovatelném formátu (docx). Ke každému úkolu obsahuje zadání a řešení se slovním popisem postupu, číslovanými vztahy a rovnicemi, bilančními tabulkami, popsanými grafy, jednotkami veličin a stručným shrnutím výsledků. Součástí může být řešení vybraného úkolu pomocí nástroje umělé inteligence a kritické porovnání s vlastním řešením.

Práce je hodnocena stupněm A–F podle správnosti a úplnosti řešení a formální úrovně. Práci s podstatnými nedostatky vyučující vrátí k přepracování. Připomínky k přijaté práci musí skupina zapracovat a opravenou verzi odevzdat před konáním zkoušky.

Zkouška

Zkouška je písemná, formou testu v e-learningu (Moodle). Koná se prezenčně v počítačové učebně pod dozorem. Test obsahuje zpravidla 40 otázek z látky přednášek a cvičení (teoretické otázky a výpočetní úlohy) a časový limit je zpravidla 40 minut. Povolena je pouze kalkulačka; vyhledávání na internetu a jiné pomůcky nejsou povoleny.

Výsledná klasifikace

Výsledné hodnocení je dáno součtem bodů (maximálně 100 bodů a případně bonusové body za aktivitu na přednáškách):

• zkouškový test: 0–70 bodů (procentní výsledek testu × 0,70); podmínkou úspěšného složení zkoušky je dosažení alespoň 50 % bodů testu, jinak je výsledné hodnocení F,
• semestrální práce: 0–10 body (hodnocení A = 10, B = 7, C = 3, D = 1, E = 0),
• zápočtový test: 0–20 bodů, vypočtené jako (body z testu − 50) / 50 × 20, zaokrouhleno na celé body; při úspěchu v prvním opravném termínu se strhává 5 bodů, při úspěchu ve druhém opravném termínu se strhává 10 bodů.
• bonus: 0–6 bodů za aktivní účast na přednáškách (průběžné kvízy).

Klasifikační stupeň se určí podle stupnice ECTS (čl. 14 SZŘ VUT): A 90–100 bodů, B 80–89, C 70–79, D 60–69, E 50–59, F méně než 50 bodů.

Cílem předmětu je, aby student uměl provádět materiálové a energetické bilance fyzikálně-chemických dějů v procesních zařízeních s využitím vlastností látek za reálných podmínek.

Student, který úspěšně absolvuje předmět, umí:

• zvolit vhodný model stavového chování (stavová rovnice ideálního plynu, kubické stavové rovnice, teorém korespondujících stavů) a vypočítat hustotu a další stavové veličiny reálných plynů, kapalin a jejich směsí,
• stanovit transportní a tepelné vlastnosti látek a jejich směsí (viskozita, tepelná vodivost, difuzivita, měrné teplo, entalpie) s využitím tabelárních dat a odhadových metod,
• sestavit a vyřešit materiálovou a energetickou bilanci ustáleného procesu s chemickou reakcí, včetně přepočtu jednotek (SI a anglosaská soustava), koncentrací a průtoků, reakčního tepla (Hessův a Kirchhoffův zákon), spalného tepla, výhřevnosti a spotřeby spalovacího vzduchu,
• vypočítat energetickou náročnost komprese a expanze plynů a změnu teploty plynu při adiabatickém a izoentalpickém ději,
• vypočítat změnu entropie a Gibbsovy energie pro děje s reálnými látkami, stanovit rovnovážnou konstantu reakce a její teplotní závislost a určit tlak nasycených par čisté látky,
• zpracovat v týmu technickou zprávu s bilancí technologického uzlu a posoudit fyzikální věrohodnost výsledků, včetně výsledků získaných nástroji umělé inteligence.

Všechny studijní materiály jsou k dispozici v e-learningovém kurzu předmětu KS1 (Moodle VUT) pro daný akademický rok:

• prezentace ke všem přednáškám,
• podklady ke cvičením (zadání úloh, výpočtové podklady),
• zadání semestrální práce, pokyny k jejímu zpracování a odevzdání a potřebná termodynamická data.

V e-learningovém kurzu probíhá také zkouška.

Program N-PRI-P: Procesní inženýrství, magisterský navazující, povinný

26 hod., povinná

Cvičení probíhají v počítačové učebně a navazují na přednášky. Střídají se v nich cvičení s typovými výpočetními příklady a cvičení, ve kterých studenti ve skupinách řeší úlohy semestrální práce (např. výroba vodíku parním reformováním zemního plynu) s využitím tabulkového procesoru a dalšího výpočetního softwaru. Pořadí témat se může mírně posunout podle kalendáře semestru.

1. Úvod do semestrální práce: rozdělení do skupin, pokyny ke zpracování, popis řešené technologie, výchozí data zadání.


2. Typové příklady: jednotky a jejich přepočty, vyjadřování koncentrací, stavové chování ideálních plynů.


3. Semestrální práce: zpracovatelský výkon jednotky, bilance vstupního proudu, komprese zemního plynu.


4. Semestrální práce: složení směsi zemního plynu s vodíkem, směšování s přehřátou vodní párou, práce s parními tabulkami.


5. Typové příklady: stavové chování ideálních a reálných plynů a jejich směsí (např. van der Waalsova, viriální a Redlich-Kwongova rovnice, kompresibilitní faktor, Amagatův zákon).


6. Typové příklady: hustota plynů a kapalin, děje ideálního plynu a 1. věta termodynamická, adiabatická komprese a expanze.


7. Semestrální práce: entalpické výpočty, změna reakční entalpie a její teplotní závislost (Kirchhoffův zákon).


8. Semestrální práce: složení reakční směsi na výstupu z primárního reformeru, celkové absorbované teplo v reakční peci.


9. Semestrální práce: složení vlhkého spalovacího vzduchu, spalování plynného paliva, tepelná bilance reakční pece, koncentrace emisí ve spalinách.


10. Typové příklady: entropie, Helmholtzova a Gibbsova energie, reakční a spalné teplo, výhřevnost.


11. Semestrální práce: rovnovážná konstanta, rovnovážný stupeň konverze a rovnovážné složení reakční směsi (výpočet v matematickém softwaru).


12. Semestrální práce: dokončení tepelné bilance reakční pece, návrh dimenze potrubí; konzultace semestrální práce.


13. Zápočtový test.