УТВЕРЖДАЮ
Директор института
___________
«___»_____________201___ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Моделирование химико-технологических процессов
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП 240600 Химическая технология материалов современной энергетики
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ 240601 Химическая технология материалов современной энергетики
КВАЛИФИКАЦИЯ специалист
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011г.
КУРС 4 СЕМЕСТР 7
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 3
ПРЕРЕКВИЗИТЫ «Математика», «Информатика», «Общая химическая технология», «Процессы и аппараты химической технологии», «Химия урана, тория и плутония»
КОРЕКВИЗИТЫ «Дозиметрия и основы радиационной безопасности», «Учебно-исследовательская работа студентов»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ 18 час.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ 18 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 36 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 54 час.
ИТОГО 90 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ зачет в 7 семестре
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ Химическая технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ д. т.н., профессор
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП д. т.н., профессор
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
2011г.
1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины будущий специалист приобретет знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей основной образовательной программы по специальности «Химическая технология материалов современной энергетики».
Дисциплина нацелена на подготовку специалистов к:
- научно-исследовательской и производственно-технологической работе в области моделирования и оптимизации производственных установок и технологических схем;
- проведению мероприятий по обеспечению эффективного использования в технологическом процессе оборудования, сырья и вспомогательных материалов, осуществлению технологического процесса в соответствии с
требованиями технологического регламента.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к специальным дисциплинам профессионального цикла. Она непосредственно связана с дисциплинами математического цикла (Математика, информатика) и общепрофессионального цикла (Общая химическая технология, Процессы и аппараты химической технологии, Химия урана, тория и плутония) и опирается на освоенные при изучении данных дисциплин знания и умения. Кореквизитами для дисциплины «Моделирование химико-технологических процессов» являются дисциплины ЕНМ и ОП циклов: «Дозиметрия и основы радиационной безопасности», «Учебно-исследовательская работа студентов»
3. Результаты освоения дисциплины
После изучения дисциплины «Моделирование химико-технологических процессов» студенты приобретают знания, умения и навыки, соответствующие результатам ООП и ФГОС ВПО по специальности «Химическая технология материалов современной энергетики».
В результате освоения дисциплины студент должен знать:
1. методы оптимизации химико-технологических процессов с применением эмпирических и (или) физико-химических моделей;
2. основные принципы организации химического производства, его иерархическую структуру, методы оценки эффективности производства;
3. общие закономерности химических процессов.
В результате освоения дисциплины студент должен уметь:
1. Определять характер движения жидкостей и газов;
2. Применять методы вычислительной математики и математической статистики для решения конкретных задач расчета, проектирования, моделирования, идентификации параметров и оптимизации процессов химической технологии;
3. Рассчитывать основные характеристики химического процесса, выбирать рациональную схему производства заданного продукта, оценивать технологическую эффективность производства;
4. Произвести выбор типа реактора определить параметры наилучшей организации процесса в химическом реакторе;
5. Проводить расчеты, необходимые для проведения химических реакций заданного вещества.
В результате освоения дисциплины студент должен владеть:
1. Навыками работы с учебной, справочной, технической и научной литературой; |
2. методами определения оптимальных и рациональных технологических режимов работы оборудования; |
3. Методами математической статистики для обработки результатов активных и пассивных экспериментов, пакетами прикладных программ для моделирования химико - технологических процессов; |
4. методами анализа эффективности работы химических производств. |
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) -
способность/готовность
- владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения
- работать с информацией из различных источников;
- обрабатывать, анализировать, осмысливать результаты процессов и способы их оптимизации;
- представлять итоги анализов в виде отчетов;
- умение работать в команде.
2. Профессиональные -
способность/готовность
- использовать методы математического моделирования отдельных стадий и всего технологического процесса, к проведению теоретического анализа и экспериментальной проверке адекватности модели;
- анализировать технологический процесс, выявлять его недостатки и разрабатывать мероприятия по его совершенствованию;
- выдать рекомендации по корректировке процесса выделения с целью повышения его эффективности;
- обеспечить безопасное проведение основных химических операций с участием радиоактивных веществ в открытом виде.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1 Содержание разделов дисциплины
4.1.1. Введение.
Лекция. Основные понятия и термины. Материальные и мысленные модели. Математическое моделирование как современный метод анализа и синтеза химико-технологических процессов
4.1.2. Принципы построения моделей.
Лекция. Системы и процессы. Системный анализ. Роль моделей и моделирования в познании. Метод физического моделирования, области применения. Математическое моделирование. Детерминированный и стохастический подход к объекту. Два подхода к составлению математических моделей процесса : детерминированный и стохастический, их возможность и сфера использования. Алгоритмизация математических моделей. Проверка адекватности моделей. Оценка адекватности моделей с помощью статистических критериев.
4.1.3. Моделирование кинетических процессов.
Лекция. Основные понятия химической кинетики. Кинетические уравнения. Методы решения кинетических уравнений. Экспериментальные методы исследования кинетики химических реакций в проточных реакторах идеального вытеснения и идеального перемешивания. Кинетические модели гомогенных химических реакций. Методы численной реализации.
Лабораторная работа 1.
Моделирование кинетики гомогенных химических реакций.
4.1.4. Математические модели структуры потоков в аппаратах. Лекция. Уравнения баланса вещества, энергии, импульса. Аппараты идеального смешения. Аппараты идеального вытеснения. Диффузионные и ячеечные модели. Комбинированные гидродинамические модели. Адекватность моделей структуры потоков. Экспериментально - аналитические методы определения кривых отклика, кривые отклика типовых процессов. Методы решения уравнений.
4.1.5. Модели теплообменных процессов.
Лекция. Основные законы теплообмена. Тепловые факторы. Тепловые режимы аппаратов. Модели теплообменных аппаратов, модели идеального вытеснения и идеального перемешивания. Исследование процессов аналитическими и численными методами. Исследование стационарного режима работы теплообменного аппарата при постоянной температуре греющего пара. Моделирование процесса нагрева в трубчатой печи. Моделирование процессов сушки. Внешнедиффузионное и внутридиффузионное торможение.
Лабораторная работа 2.
Моделирование теплообменных процессов стационарном режиме в теплообменном аппарате при постоянной температуре греющего пара.
Лабораторная работа 3.
Моделирование теплообменных процессов стационарном режиме в трубчатой печи.
4.1.6. Понятие о планировании эксперимента.
Лекция. Параметры оптимизации. Факторы. Проверка воспроизводимости опытов
4.1.7. Оптимизация процессов.
Лекция. Постановка задачи оптимизации. Понятие критерия оптимальности, требования к нему. Функция цели, ограничения и оптимизирующие параметры. Классификация методов оптимизации.
4.2 Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения
Таблица 1.
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы | Аудиторная работа (час) | СРС (час) | Колл, Контр. Р. | Итого | ||
Лекции | Практ./сем. Занятия | Лаб. зан. | ||||
1. Введение. | 2 | 2 | ||||
2. Принципы построения моделей. | 2 | 6 | 8 | |||
3. Моделирование кинетических процессов. | 4 | 6 | 12 | 22 | ||
4. Математические модели структуры потоков в аппаратах. | 4 | 12 | 14 | |||
5. Модели теплообменных процессов. | 2 | 12 | 6 | 20 | ||
6. Понятие о планировании эксперимента. | 2 | 12 | 14 | |||
7. Оптимизация процессов. | 2 | 6 | 8 | |||
Итого | 18 | 18 | 54 | 90 |
При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование.
4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3.
Таблица 2.
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения
№ | Формируемые компетенции | Разделы дисциплины | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
1. | З.1. | х | х | |||||
2. | З.2. | х | х | х | х | |||
3. | З.3. | х | х | |||||
4. | У.1. | х | ||||||
5. | У.2. | х | х | х | х | |||
6. | У.3. | х | х | х | х | |||
7. | У.4. | х | х | х | ||||
8. | У.5. | х | х | |||||
9. | В.1. | х | ||||||
10. | В.2. | х | х | |||||
11. | В.3. | х | х | |||||
12. | В.4. | х | х | х | х |
5. Образовательные технологии
Приводится описание образовательных технологий, обеспечивающих достижение планируемых результатов освоения дисциплины.
Специфика сочетания методов и форм организации обучения отражается в матрице (см. табл 2). Перечень методов обучения и форм организации обучения может быть расширен.
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО Методы | Лекции | Лабораторные работы | СРС |
IT-методы | х | х | х |
Работа в команде | х | х | х |
Дискуссия | х | х | |
Методы проблемного обучения. | х | х | |
Обучение на основе опыта | х | х | |
Опережающая самостоятельная работа | х | х | х |
Поисковый метод | х | ||
Исследовательский метод | х | ||
Другие методы | х |
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
- изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;
- самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;
- закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием учебного и научного оборудования и приборов, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Приводится характеристика всех видов и форм самостоятельной работы студентов, включая текущую и творческую/исследовательскую деятельность студентов:
6.1 Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:
-работе с лекционным материалом, поиске и обзоре литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной проблеме курса,
- выполнении домашних заданий, домашних контрольных работ,
- опережающей самостоятельной работе,
- изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
- подготовке к лабораторным работам;
- подготовке к контрольной работе и коллоквиуму, к зачету, экзамену.
6.1.1. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
1. Роль моделей и моделирования в познании
2. Моделирование контактно-каталитических реакторов
3. Моделирование кинетики гетерогенных химических реакторов
6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР), ориентирована на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов заключается в:. - поиске, анализе информации, структурировании и презентации информации,
- выполнении расчетно-графических работ;
- анализе статистических и фактических материалов по заданной теме, проведении расчетов, составлении схем и моделей на основе статистических материалов.
- анализе научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме;
- исследовательской работе и участии в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах.
6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
1. Модели массообменных процессов.
2. Основное оборудование химико-технологических процессов.
3. Теория подобия.
4. Теория ошибок. Типы погрешностей. Влияние погрешностей на процессы.
6.3 Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.
6.4 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
1. , Глебов моделирование основных процессов химических производств. М. :Высшая школа,1991.-400с.
2. , Клушин компьютерного моделирования химико - технологических процессов: Учебное пособие для вузов.-М.:ИКЦ «Академкнига», 2006. – 416 с.
3. , , Фёдоров моделирование химико-технологических процессов. Лабораторный практикум. Часть 1. Томск., 200с.
4. , , . Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Из-во "Наука", 1976.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения модуля дисциплины
В качестве средств ФОС используются:
– Дискуссия на лекциях,
– Присутствие на лекциях и лабораторных работах,
– Проверка конспектов лекций,
– Отчеты по лабораторным работам,
– Зачет.
Оценка успеваемости студентов осуществляется по результатам:
– самостоятельного (под контролем учебного мастера) выполнения лабораторной работы,
– взаимного рецензирования магистрантами работ друг друга,
– устного опроса при защите отчетов по лабораторным работам и во время зачета (для выявления знания и понимания теоретического материала дисциплины).
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля дисциплины
· Основная литература:
5. , Глебов моделирование основных процессов химических производств. М. :Высшая школа,1991.-400с.
6. , Клушин компьютерного моделирования химико - технологических процессов: Учебное пособие для вузов.-М.:ИКЦ «Академкнига», 2006. – 416 с.
7. , , Фёдоров моделирование химико-технологических процессов. Лабораторный практикум. Часть 1. Томск., 200с.
8. , , . Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Из-во "Наука", 1976.
9. Бесков химическая технология: Учебное пособие для вузов.- М.: ИКЦ «Академкнига», 2006.-446 с.
10. Саутин эксперимента в химии и химической технологии. Л.: «Химия», 19с.
11. , . Планирование эксперимента в химии и химической, технологии— М. : Химия, 1980. — 280 с. : ил. — (Химическая кибернетика) . — Библиогр.: с. 268-273.
· Дополнительная литература:
1. . Введение в планирование эксперимента. — М. : Металлургия, 1969. — 157 с.
2. Математическая теория планирования эксперимента / под ред. .–М.: Наука. Главная редакция физико - математической литературы, 1983.–392 с.
9. Материально-техническое обеспечение модуля дисциплины
При изучении основных разделов дисциплины, выполнении лабораторных работ студенты используют персональные компьютеры, применяя навыки компьютерной обработки экспериментальных результатов.
Программа одобрена на заседании
________________________________
__________________________________________________________
(протокол № ____ от «___» _______ 20___ г.).
Автор(ы) _____________________________
Рецензент(ы) __________________________
