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 220700 доц. | Зав. кафедрой АТПП доц. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Управление процессами электролиза в расплавленных солях в металлургии»
Направление подготовки: 220700 Автоматизация технологических процессов и производств
Программа: Системы автоматизированного управления в металлургии
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
Составитель: Ассистент каф. АТПП
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цели и задачи дисциплины:
Цель дисциплины – дать студентам знания по физико-химическим основам электролитических процессов в оборудовании металлургических процессов и системам управления такими процессами.
Познакомить их как с основными свойствами и параметрами расплавов солей. Дать преставление об основных управляющих параметрах, оказывающих влияние на протекание процессов
Задачи дисциплины – изучение основных физико-химических свойств расплавов и продуктов металлургии на их безопасность и освоить основные методы расчета безопасных условий проведения технологических процессов в оборудовании для получения металлов электролизом расплавленных солей.
Изучить методы анализа и расчета систем управления процессами электролиза и систем автоматической защиты для предотвращения возникновения и развития аварийных ситуаций.
2. Место дисциплины в структуре ООП: Данная учебная дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла для подготовки по программе «Системы автоматизированного управления в металлургии», является дисциплиной по выбору.
Для успешного усвоения дисциплины приобретения необходимых знаний, умений и компетенций к началу изучения дисциплины «Управление процессами электролиза в расплавленных солях в металлургии» студент должен обладать соответствующими знаниями, умениями и компетенциями, полученными им при освоении Учебных дисциплин: Математическое моделирование, Компьютерные технологии в области автоматизации и управления, Современные проблемы автоматизации и управления, Проектирование систем автоматизации и управления, Интегрированные системы проектирования и управления автоматизированных и автоматических производств, Техническое и информационное обеспечение систем управления, Прикладное программирование, Моделирование объектов и систем управления, Современные направления в развитии технологии производства цветных металлов.
Учебная дисциплина «Управление процессами электролиза в расплавленных солях в металлургии» является предшествующей для ряда учебных дисциплин по направлению подготовки 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», программы подготовки «Системы автоматизированного управления в металлургии» и на основе знаний, умений и компетенций, приобретенных студентом в процессе ее освоения формируются соответствующие знания, умения и компетенции для последующих учебных дисциплин. К таким дисциплинам относятся: Методы и алгоритмы обработки сигналов и изображений.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование у выпускника следующих компетенций:
– способен осуществлять модернизацию и автоматизацию действующих и проектирование новых автоматизированных и автоматических производственных и технологических процессов с использованием автоматизированных средств и систем технологической подготовки производства (ПК-11);
– способен обеспечивать необходимую жизнестойкость средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и управления при изменении действий внешних факторов, снижающих эффективность их функционирования и планирование мероприятий по постоянному улучшению качества продукции (ПК-13);
– способен анализировать и адаптировать научно-техническую документацию к прогнозируемому усовершенствованию, модернизации, унификации выпускаемой продукции, средств и систем автоматизации и управления (ПК-24);
– способен проводить математическое моделирование процессов, оборудования, средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и управления с использованием современных технологий проведения научных исследований (ПК-39).
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
– основные источники опасностей в металлургических технологических схемах;
– анализ процессов для определения условий устойчивости режимов работы электролизеров;
– критические параметры, определяющие условия безопасной эксплуатации оборудования в производстве металлов из расплавленных солей;
– основные условия эксплуатации, требующие автоматического контроля и управления;
– технические средства, применяемые для построения систем автоматической защиты и блокировок;
уметь:
– разрабатывать уравнения теплового и материального баланса оборудования электролитического получения металлов, использовать их для анализа путей развития процесса при действии различного типа;
– синтезировать алгоритмы систем управления процессами электролиза в расплавленных солях;
– использовать пакеты прикладных программ для моделирования процесса электролиза и систем управления;
владеть:
– методами составления уравнения теплового и материального баланса в электролизерах и использовать их для анализа путей развития процесса при действии различного типа;
– методами и навыками разработки математического и информационного обеспечения систем управления процессами электролиза;
– пакетами прикладных программ для моделирования процесса электролиза и систем управления.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры |
С | ||
Аудиторные занятия (всего) | 64 | 64 |
В том числе: | - | - |
Лекции | 8 | 8 |
Практические занятия (ПЗ) | 16 | 16 |
Семинары (С) | ||
Лабораторные работы (ЛР) | 40 | 40 |
Самостоятельная работа (всего) | 44 | 44 |
В том числе: | ||
Курсовой проект (работа) | - | - |
Расчетно-графические работы | 20 | 20 |
Реферат | 10 | 10 |
Другие виды самостоятельной работы | 14 | 14 |
Домашнее задание | 14 | 14 |
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | Экзамен | |
Общая трудоемкость час зач. ед. | 108 | 108 |
4 | 4 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1. | Введение. Способы получения алюминия | История развития алюминиевой промышленности. Основы электролиза криолитоглиноземных расплавов. Альтернативные способы получения алюминия. |
2. | Свойства и строение электролитов | Основные компоненты электролита, их свойства и строение. Строение криолитоглиноземных расплавов. |
3. | Основы электролиза расплавов | Термодинамика основных реакций. Катодный, анодный процесс. Катодный выход по току. Требования, предъявляемые к глинозему. Влияние солевых добавок и поведение примесей при электролизе. Показатели процесса электролиза. |
4. | Оборудование для электролиза в расплавленных солях. | Конструкция электролизеров, катодное, анодное устройство. Ошиновка электролизеров. Цеха и корпуса электролизного производства. |
5. | Математическое моделирование процесса электролиза расплавленных солей. | Материальный и тепловой баланс электролизера. Расчет ошиновки. Электрический баланс. |
6. | Управляемые и управляющие параметры процесса электролиза. | Технологические параметры процесса электролитического получения алюминия. Измеряемые и неизмеряемые переменные процесса. Пространство состояний. |
7. | Управление процессом электролитического получения металла поддержанием напряжения в пространстве анод-катод | Стабилизация напряжения на электролизере. Межполюсное расстояние. Обратная ЭДС. Анодный эффект. |
8. | Системы автоматического питания электролизеров. | Автоматическое питание глиноземом. Принципы и методы питания электролизных ванн. Поддержание криолитового отношения. Корректировка электролита. |
9. | Автоматизированные системы управления технологическим процессом электролиза расплавленных солей. | История развития систем управления электролизом расплавленных солей. АСУТП «Алюминий», «Электролиз». Современные системы автоматизации «Тролль», «НЕВА», «СААТ», «Электра». |
10. | Пути развития систем управления процессами электролиза | Точечные системы питания. Магнитогидродинамика расплава солей. |
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 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
1. | Методы и алгоритмы обработки сигналов и изображений | - | - | - | - | + | - | - | - | - | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
1. | Введение. Способы получения алюминия | 2 | 2 | 4 | |||
2. | Свойства и строение электролитов | 2 | 2 | 4 | |||
3. | Основы электролиза расплавов | 2 | 4 | 4 | 10 | ||
4. | Оборудование для электролиза в расплавленных солях. | 10 | 6 | 2 | 18 | ||
5. | Математическое моделирование процесса электролиза расплавленных солей. | 2 | 2 | 6 | 2 | 12 | |
6. | Управляемые и управляющие параметры процесса электролиза. | 4 | 4 | 8 | |||
7. | Управление процессом электролитического получения металла поддержанием напряжения в пространстве анод-катод | 8 | 2 | 10 | |||
8. | Системы автоматического питания электролизеров. | 6 | 4 | 10 | |||
9. | Автоматизированные системы управления технологическим процессом электролиза расплавленных солей. | 2 | 4 | 6 | |||
10. | Пути развития систем управления процессами электролиза | 4 | 4 | 4 | 12 | ||
Итого: | 8 | 16 | 40 | 44 | 108 |
6. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела дисциплины | Тематика лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
1. | 4 | Конструктивный расчет электролизера расплавленных солей. | 6 |
2. | 2-4 | Расчет материального баланса электролизера расплавленных солей в системе Delphi | 4 |
3. | 5 | Тепловой баланс электролизера. Расчет тепловых потерь через элементы конструкции. | 6 |
4. | 4-6 | Электрический баланс электролизера. | 4 |
5. | 5-7 | Разработка математической модели процессов электролиза расплавленных солей в пакете MATLAB. | 8 |
6. | 7 | Разработка алгоритма поддержания напряжения в межполюсном зазоре электролизной ванны. | 6 |
7. | 8, 10 | Математическая модель системы питания глиноземом | 6 |
Итого: | 40 |
7. Практические занятия (семинары)
№ п/п | № раздела дисциплины | Тематика практических занятий (семинаров) | Трудо-емкость (час.) |
1. | 4 | Геометрическое моделирование электролизера расплавленных солей в пакете Solid Edge | 10 |
2. | 5,10 | Построение трехмерного теплового поля электролизера | 6 |
Итого: | 16 |
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Не предусмотрены.
Примерные темы рефератов:
1. История развития алюминиевой промышленности России.
2. АСУТП «Тролль»: назначение, характеристики, особенности.
3. АСУТП «Алюминий»: назначение, характеристики, особенности.
4. АСУТП «Электролиз»: назначение, характеристики, особенности.
5. АСУТП «Нева»: назначение, характеристики, особенности.
6. АСУТП «СААТ»: назначение, характеристики, особенности.
7. АСУТП «Электра»: назначение, характеристики, особенности.
8. Зарубежные системы управления процессами электролиза расплавленных солей.
9. Крупнейшие алюминиевые заводы России.
10. Экология и безопасность производства алюминия электролизом расплавленных солей.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Гартман компьютерного моделирования химико-технологических процессов: учеб пособие для вузов / , . – М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. – 416 с.
2. Медведев, производственных процессов : учеб. пособие / , . – Кузбас. гос. техн. ун-т. – Кемерово, 2009. – 325 с.
3. Харазов системы управления технологическими процессами / . – СПб.: Профессия, 2009. – 592 с.
б) дополнительная литература
1. Борисоглебский алюминия. / , , . – Новосибирск: Наука, 1999. – 438 с.
2. Ветюков М. М. Электрометаллургия алюминия и магния: учебник для вузов. / , , – М.: Металлургия, 1987. – 320 с.
3. Уткин цветных металлов/ . – М.: Металлургия, 1985. – 440 с.
1. Windows XP/7/8.
2. Microsoft Office.
3. Программный пакет MATLAB.
4. Система программирования DELPHI.
5. CAD пакет SolidEdge.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Занятия по дисциплине проводятся в специально оборудованных аудиториях и с применением персональных компьютеров.
Компьютерный класс – ауд. 6502. В компьютерном классе установлено 12 компьютеров, лазерный принтер. На стенах вывешены наглядные пособия с основными программами по специальным дисциплинам. В классе проводятся занятия в соответствии с расписанием, а также выполняются курсовые и дипломные проекты по направлению подготовки 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», программы подготовки «Системы автоматизированного управления в металлургии». В классе одновременно могут заниматься до 18 человек, из них 12 человек непосредственно за компьютерами.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Для успешного изучения дисциплины студент должен посещать все занятия. Лекции читаются с использованием интерактивных средств обучения, практические и лабораторные работы выполняются на персональных компьютерах. В случае возникновения недопонимания материала, студент может воспользоваться методическими пособиями, как по лекционному материалу, так и по практическим занятиям, а также посещать консультации преподавателей.
Задания студент выполняет самостоятельно на практических и лабораторных занятиях или дома. Следующее задание выдается только после защиты предыдущего. С целью промежуточной проверки знаний проводится контрольная работа. Студенты, пропускающие занятия, получают дополнительные домашние задания и пишут реферат.
Разработчик:
Горный университет | ассистент каф. АТПП | |||
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) | ||
Эксперты: | ||||
Горный университет | зав. каф. АТПП | |||
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) | ||
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) |
