МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет
имени
Институт Геологии и нефтегазового дела имени К. Турысова
Кафедра «Химическая технология переработки нефти и газа»
«УТВЕРЖДАЮ » Директор института _________. «____»_____________2011 г. |
ПРОГРАММА КУРСА (SYLLAВUS)
по дисциплине «Расчет и моделирование массообменных процессов и аппаратов»
для специальности «6М072100 – Химическая технология органических веществ»
Срок обучения – 2 года
Форма обучения - дневная
Всего - 2 кредита
Семестр – 1
Лекций - 15 часов
Практические занятия – 15 часов
Рубежный контроль (кол - во) – 2
СРМ - 90 часов
СРМП (ауд./офис.) – 30 часов
Всего аудиторных часов – 60
Всего внеаудиторных часов - 90
Трудоемкость - 150 часов
Экзамен - У
Алматы 2011
Программа курса составлена старшим преподавателем кафедры, кандидатом химических наук «Химическая технология переработки нефти и газа» на основании рабочего учебного плана по специальности 6М072100-«Химическая технология органических веществ».
Рассмотрена на заседании кафедры «Химическая технология переработки нефти и газа»
«____»_________2011г. Протокол № _____
Зав. кафедрой __________________
Одобрена методическим Советом института
«_____»________2011г. Протокол №____
Председатель _________________
Аннотация
Дисциплина «Расчет и моделирование массообменных процессов и аппаратов» для студентов – 6М073900 Химическая технология органических веществ является одной из основных, входящих в цикл профилирующих дисциплин, изучаемых магистрантами данной специальности.
Офис: кафедра «Химическая технология переработки нефти и газа»
Адрес: 480013, г. Алматы, Сатбаева 22, ГУК, комната 821.
Тел.: 8-7272-577188 - вн.7188; 7061.
Факс:__________________
Е-mail: *****@***ru
1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Цель преподавания дисциплины
1.1. Целью изучения дисциплины «Расчет и моделирование массообменных процессов и аппаратов» является:
- научить магистрантов расчитывать
1.2 Задачи изучения дисциплины
- необходимая информация о массообменных процессах;
- основные положения моделирования;
- разработка аппаратурно-технологических схем;
- разработка расчетных частей массообменного процесса;
- выбор оборудования;
- классификация массообменного оборудования;
- типы, конструкции, принципы работы основного и вспомогательного оборудования; графическое оформления.
Магистранты в данной дисциплине приобретают навыки расчета материальных и тепловых балансов массообменных аппаратов, основных габаритных размеров, параметров оборудовании и умении выбрать тип, по каталогам.
1.3 Пререквизиты и постреквизиты курса
Пререквизиты: «Теоретическая и прикладная механика», «Общая химическая технология», «Процессы и аппараты химической технологии» и дисциплины спец. курса
Постреквизиты: знания, полученные по дисциплине «Расчет и моделирование массообменных процессов и аппаратов» необходимы для выполнения курсовых проектов по спец. дисциплинам и дипломном проектировании.
Краткое описание.
Современные промышленные объекты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности представляют собой различные сложные предприятия, цеха, инженерные сооружения и системы, поэтому, расчет и моделирование массообменных процессов необходим, самостоятельный элемент в общем процессе создания и совершенствования промышленного производства, комплексно решающий многие инженерные проблемы тесно связанные между собой.
2 СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ МАГИСТРАНТОВ
При кредитной системе обучения в КазНТУ им. применяется рейтинговый контроль знаний магистрантов. Рейтинг магистрантов оценивается по 100 бальной шкале. Устанавливаются следующие виды контроля знаний магистрантов (таблица 1):
- текущий контроль (задачи, текущие контрольные тесты);
- рубежный контроль (тесты или контрольные работы);
- курсовой проект;
- итоговый контроль (экзамен).
Таблица 1
Распределение рейтинговых баллов по видам контроля
№ | Вид итогового контроля | Виды контроля | % |
1 | Экзамен | Итоговый контроль | 100 |
Рубежный контроль | 100 | ||
Текущий контроль | 100 | ||
Курсовой проект | 100 |
Видами текущего контроля являются семестровые задания, курсовых проектов, коллоквиумы, выполнение лабораторных работ и тестовый контроль. К итоговому контролю относится экзамен.
Сроки сдачи результатов текущего и рубежного контроля определяются календарным графиком учебного процесса по дисциплине (таблица 2). Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины и ее объемом, которое указывается в учебно-методическом комплексе дисциплины. Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале таблицы 3.
Таблица 2
Календарный график всех видов контроля по дисциплине
«Расчет и моделирование массообменных процессов и аппаратов»
Недели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
Виды контроля | К | СР | К | СР | К | СР | РК | СР | К | СР | К | СР | К | СР | РК |
Недель- ное коли-чество контроля | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Виды контроля: П – практические занятия; СР – самостоятельная работа, К – коллоквиум, РК – рубежный контроль. |
Таблица 3
Оценка знаний студентов
Оценки | Буквенный эквивалент | Рейтинговый бал (в процентах %) | В баллах |
Отлично | А | 95-100 | 4 |
А- | 90-94 | 3,67 | |
Хорошо | В+ | 85-89 | 3,33 |
В | 80-84 | 3,0 | |
В- | 75-79 | 2,67 | |
Удовлетворительно | С+ | 70-74 | 2,33 |
С | 65-69 | 2,0 | |
С- | 60-64 | 1,67 | |
D+ | 55-59 | 1,33 | |
D | 50-54 | 1,0 | |
Неудовлетворительно | F | 0-49 | 0 |
3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1 Тематический план курса составлен в таблице 4, где указаны наименование темы и количество академических часов по всем видам занятий, предусмотренных для каждой темы. По выбранным видам занятий составлен график их проведения (таблица 5)
Таблица 4
Распределение часов по всем видам занятий (3 кредита)
Наименование темы | Количество академических часов | |||
Лекция | Практические /семинарские | СРМП | СРМ | |
1. Введение. Основы теории массопередачи. | 1 | 1 | 2 | 6 |
2. Основные законы процесса межфазного массообмена. | 1 | 1 | 2 | 6 |
3. Материальный баланс процессов массообмена. | 1 | 1 | 2 | 6 |
4. Теория перегонки. | 1 | 1 | 2 | 6 |
5. Испарение и конденсация бинарных и многокомпонентных систем. Моделирование процессов испарения и конденсации. | 1 | 1 | 2 | 6 |
6. Ректификация. Принципиаль-ное устройство ректификацион-ных колон. | 1 | 1 | 2 | 6 |
7. Материальный и тепловой баланс ректификационных колонн. | 1 | 1 | 2 | 6 |
8. Определение числа теорети-ческих тарелок графическим методом. | 1 | 1 | 2 | 6 |
9. Способы создания орошения. | 1 | 1 | 2 | 6 |
10. Способы подвода тепла в нижнюю часть колонны. | 1 | 1 | 2 | 6 |
11. Выбор давления в колонне. Процессы моделирования колонн. | 1 | 1 | 2 | 6 |
12.Основные типы ректифика-ционных колонн. | 1 | 1 | 2 | 6 |
13. Абсорбция и десорбция. Моделирование процессов абсорбции и адсорбции. | 1 | 1 | 2 | 6 |
14. Экстракция. Основные методы экстрагирования. | 1 | 1 | 2 | 6 |
15. Адсорбция. Характеристика адсорбентов. | 1 | 1 | 2 | 6 |
Всего часов: | 15 | 15 | 30 | 90 |
3.2 Название лекций и их краткое содержание
1. Введение. Понятие о массообменных процессах. Основы теории массопередачи. Основные законы процесса межфазного массообмена. |
2. Основные законы процесса межфазного массообмена. Основное уравнение массопередачи. Закон аддитивности фазовых сопротивлений массопереносу. Средняя движущая сила процесса массопередачи. |
3. Материальный баланс процессов массообмена. Число единиц переноса. |
Теория перегонки. Основные законы термодинамики равновесных систем. Равновесные системы. |
4. Испарение и конденсация бинарных и многокомпонентных систем. Однократное испарение (конденсация) бинарных смесей. Многократное испарение бинарной смеси. 5. Однократное испарение многокомпонентных систем. Кривые однократного испарения нефтепродуктов. Кривые равновесия фаз нефтяных фракций. Перегонка в присутствии водяного пара. |
6. Ректификация. Сущность процесса ректификации бинарных смесей. Принципиальное устройство ректификационных колон. |
7. Материальный и тепловой баланс ректификационных колонн. Уравнение рабочей линии верхней части колонны. Уравнение рабочей нижней части колонны. |
8. Определение числа теоретических тарелок графическим методом. Сопряжение составов потоков в питательной секции. Расчет числа тарелок при бесконечном орошении. Расчет числа тарелок при рабочем флегмовом (паровом) числе. Определение флегмого (парового) числа. |
9. Способы создания орошения. Отвод тепла в парциальном конденсаторе. Отвод тепла холодным испаряющимся орошением. Отвод тепла циркуляционным неиспаряющимся орошением. |
10. Способы подвода тепла в нижнюю часть колонны. Подвод тепла в подогреватель с паровым пространством. Подвод тепла горячей струей. Расчет температурного режима. |
11. Выбор давления в колонне. Особенности расчета сложных колонн. |
12. Основные типы ректификационных колонн. Насадочные колонны. Основные типы насадок. Гидравлика насадочных колонн. Сопротивление насадочных колонн. Тарельчатые колонны. Основные типы тарелок. Расчет основных размеров тарельчатых колонн. |
13. Абсорбция и десорбция. Сущность процессов абсорбции и десорбции. Материальный баланс абсорбера. Расчет числа теоретических тарелок в абсорбере. Тепловой баланс абсорбера. Расчет процесса десорбции. Тепловой баланс десорбера. |
14. Экстракция. Сущность процесса экстракции. Основные методы экстрагирования. Основы расчета экстракторов. Треугольная диаграмма и ее основные свойства. Расчет однократной экстракции. Расчет многократной экстракции. Основные типы экстракторов. |
15. Адсорбция. Сущность процесса адсорбции. Характеристика адсорбентов. Изотерма адсорбции. Методы осуществления процесса адсорбции. Основы расчета адсорбера. |
4 ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ, СОДЕРЖАНИЕ И КОЛИЧЕСТВО ЧАСОВ
1. | Способы выражения состава фаз. Расчет массовых, мольных долей компонентов. |
2 | Расчет процесса молекулярной диффузии. Расчет конвективной диффузии. |
3. | Расчет уравнения массопередачи. Закон аддитивности фазовых сопротивлений массопереносу. Определение движущей силы процесса массопередачи. |
4. | Расчет материального баланса с противоточным взаимодействием двух фаз. |
5. | Расчет однократного испарения (конденсация) бинарных смесей. Расчет многократного испарения бинарной смеси. Расчет однократного испарения многокомпонентных систем. Построение кривых однократного испарения нефтепродуктов. Кривые равновесия фаз нефтяных фракций. Перегонка в присутствии водяного пара. |
6. | Ректификация. Законы идеальных газов. Законы реальных газов. Давление насыщенных паров. Принципиальное устройство ректификационных колон. |
7. | Материальный и тепловой баланс ректификационных колонн. Составление уравнения рабочей линии верхней части колонны и уравнение рабочей нижней части колонны. |
8. | Определение числа теоретических тарелок графическим методом. Сопряжение составов потоков в питательной секции. Расчет числа тарелок при бесконечном орошении. Расчет числа тарелок при рабочем флегмовом (паровом) числе. Определение флегмого (парового) числа. |
9. | Способы создания орошения. Расчет отвода тепла в парциальном конденсаторе и отвода тепла холодным испаряющимся орошением. Отвод тепла циркуляционным неиспаряющимся орошением. |
10. | Расчет способа подвода тепла в нижнюю часть колонны и подвода тепла в подогреватель с паровым пространством. Подвод тепла горячей струей. Расчет температурного режима. |
11. | Выбор давления в колонне. Расчет сложных колонн. |
12. | Расчет основных размеров тарельчатых колонн. |
13. | Расчет числа теоретических тарелок в абсорбере. Тепловой баланс абсорбера. Расчет процесса десорбции. Тепловой баланс десорбера. |
14. | Расчет однократной экстракции. Расчет многократной экстракции. Основные типы экстракторов. |
15. | Расчет адсорбера. |
5 СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ МАГИСТРАНТОВ ПОД РУКОВОДСТВОМ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ (СРМП)
1.Закономерности процесса ректификации. Расчет доли отгона сырья на входе в колонну.
2. Расчет температур в основных сечениях колонны. Моделирование сбособов создания орошения.
3. Способы создания парового потока в колонне.
4. Выбор температуры и давления в ректификационной колонне.
5. Определение пределов четкости деления смеси, ее связь с числом тарелок и флегмового числа. Эффективность работы контактных устройств.
6. Тарельчатые ректификацищнныу колонны. Основы классифиации ректификационных тарелок. Стандартные конструкции тарелок.
7. Основные расчетные параметры тарельчетых колонн. Расчет диаметра тарельчатой колонны. Расчет переливных устройств.
8. Гидравлический расчет тарелок. Сопративление тарелки потоку пара. Величина открытия прорезей колпачков.
9. Максимальная скорость перехода на беспровальный режим. Градиент уровня жидкости на тарелке. Межтарельчатый унос жидкости.
10. Эффективность тарелок действующих ректификационных колонн.
11. Насадочные ректификационные колонны. Типы насадок. Влияние различных факторов на работу насадочных колонн.
12. Гидравлический расчет насадочных колонн. Расчет скорости пара в колонне. Сопративление насадочных колонны.
13. Основные закономерности процесса экстракции. Построение треугольной диаграммы. Расчет коэффециента распределения.
14. Расчет составов рафинатной и экстрактной фаз. Материальный баланс экстракционной колонны. Число теоретических и рабочих тарелок в экстракционной колонне.
15. Определение основных размеров экстракционной колонны. Растояние между тарелками. Высота колонны.
6 СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ МАГИСТРАНТОВ (СРМ)
1. | Выпаривание и кристаллизация. Основные зависимости и расчетные формулы. |
2. | Расчет и моделирование трехкорпусной выпарной установки. |
3. | Способы выражения состава фаз двухкомпонентных систем жидкость – газ. |
4. | Концентрация компонента в газовой фазе. Законы межфазного равновесия для идеальных растворов. |
5. | Уравнение простой перегонки. Перегонка с водяным паром. |
6. | Составление уравнения материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия. |
7. | Гидравлический расчет тарелок ректификационной колонны. |
8. | Тепловой расчет установки. |
9. | Основные зависимости и расчетные формулы процесса экстрагирования. |
10. | Экстракция в производстве нефтяных смазочных масел. Расчет и моделирование экстракции нефтяных масел. |
11. | Растворители для экстракции нефтепродуктов. Требования к растворителям. |
12. | Технологические показатели процессов экстракции. Температура, давление, скорость смешения. |
13. | Деасфальтизация и очистка масел. |
14. | Экстракция ароматических углеводородов. |
15. | Конструкция экстракционных аппаратов. Особенности расчета экстракционных колонн. |
|
Таблица 7
График проведения занятий
№ | Дата | Время | Наименование тем |
Лекции | |||
1. | 1. Введение. Основы теории массопередачи. | ||
2. | 2. Основные законы процесса межфазного массообмена. | ||
3. | 3. Материальный баланс процессов массообмена. | ||
4. | 4. Теория перегонки. | ||
5. | 5. Испарение и конденсация бинарных и многокомпонентных систем. | ||
6. | 6. Ректификация. Принципиальное устройство ректификационных колон. | ||
7. | 7. Материальный и тепловой баланс ректификационных колонн. | ||
8 | 8. Определение числа теоретических тарелок графическим методом. | ||
9 | 9. Способы создания орошения. | ||
10 | 10. Способы подвода тепла в нижнюю часть колонны. | ||
11 | 11. Выбор давления в колонне. | ||
12 | 12. Основные типы ректификационных колонн. | ||
13 | 13. Абсорбция и десорбция. | ||
14 | 14. Экстракция. Основные методы экстрагирования. | ||
15 | 15. Адсорбция. Характеристика адсорбентов. | ||
Практические занятия | |||
1 | Способы выражения состава фаз. Расчет массовых, мольных долей компонентов. | ||
2 | Расчет процесса молекулярной диффузии. Расчет конвективной диффузии. | ||
3 | Расчет уравнения массопередачи. Закон аддитивности фазовых сопротивлений массопереносу. Определение движущей силы процесса массопередачи. | ||
4 | Расчет материального баланса с противоточным взаимодействием двух фаз. | ||
5 | Расчет однократного испарения (конденсация) бинарных смесей. Расчет многократного испарения бинарной смеси. Расчет однократного испарения многокомпонентных систем. Построение кривых однократного испарения нефтепродуктов. Кривые равновесия фаз нефтяных фракций. Перегонка в присутствии водяного пара. | ||
6 | Ректификация. Законы идеальных газов. Законы реальных газов. Давление насыщенных паров. Принципиальное устройство ректификационных колон. | ||
7 | Материальный и тепловой баланс ректификационных колонн. Составление уравнения рабочей линии верхней части колонны и уравнение рабочей нижней части колонны. | ||
8 | Определение числа теоретических тарелок графическим методом. Сопряжение составов потоков в питательной секции. Расчет числа тарелок при бесконечном орошении. Расчет числа тарелок при рабочем флегмовом (паровом) числе. Определение флегмого (парового) числа. | ||
9 | Способы создания орошения. Расчет отвода тепла в парциальном конденсаторе и отвода тепла холодным испаряющимся орошением. Отвод тепла циркуляционным неиспаряющимся орошением. | ||
10 | Расчет способа подвода тепла в нижнюю часть колонны и подвода тепла в подогреватель с паровым пространством. Подвод тепла горячей струей. Расчет температурного режима. | ||
11 | Выбор давления в колонне. Расчет сложных колонн. | ||
12 | Расчет основных размеров тарельчатых колонн. | ||
13 | Расчет числа теоретических тарелок в абсорбере. Тепловой баланс абсорбера. Расчет процесса десорбции. Тепловой баланс десорбера. | ||
14 | Расчет однократной экстракции. Расчет многократной экстракции. Основные типы экстракторов. | ||
15 | Расчет адсорбера. |
7 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Основная литература
1. и др. Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехимии.-М.: Химия, 2000
1. Молоканов и аппараты нефтегазопереработки.
–М.: Химия, 1980
2. Александров и абсорбционные аппараты.
–М.: Химия, 1971
3. Багатуров теории и расчета перегонки и ректификации.
– М.: Химия, 1974
4. Кафаров массопередачи. –М.: Высшая школа, 1962
5. Кальцев адсорбционной техники.-М.: Химия, 1976
6. Рамм газов. –М.: Химия, 1976
7. и др. Проектирование установок первичной перегонки нефти. –М.: Химия, 1975
Дополнительная литература
1. , , Носков и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Изд. 8-е, пер. и доп. –Л.: Химия, 1976.
2. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки. Справочник/ , и др.; под ред. .- 3-е изд., пер. и доп. –М.: Химия, 1979.
3. Фазовые равновесия легких углеводородов. –М.: Гостоптехиздат, 1958
4. и др. Основная колонная аппаратура установки ЭЛОУ-АВТ нефтеперерабатывающих заводов и пути ее совершенствования. –М.: ЦНИИТЭнефтехимии, 1997.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………….…………………….3
1. Цели и задачи дисциплины……………………………………….……………...3
1.1 Цель преподавания дисциплины……………………………………….………3
1.2 Задачи дисциплины………………………………………………….…………..3
1.3 Пререквизиты и постреквизиты курса……………………………….…...........3
2. Система оценки знаний магистрантов…..………………………………………4
3. Содержание дисциплины……………………………………..………………….5
3.1 Тематический план курса……………………………………………………….5
3.2 Название лекций и их краткое содержание……………………………………6
4. Темы практических занятий, содержание и количество часов…………….…..6
5. Содержание самостоятельной работы магистрантов под руководством
преподавателя (СРМП)……………………………………………………….…..7
6. Содержание самостоятельной работы магистрантов (СРМ)…………………..7
7. Учебно-методические материалы …………………………………………….…8
