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 151000 д. т.н. проф. | _______________________ Зав. кафедрой АТПП доц. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«МАШИНЫ И АППАРАТЫ НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ»
Направление подготовки:151000 Технологические машины и оборудование
Профиль подготовки: Оборудование нефтегазопереработки
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составители:
Профессор каф. АТПП
Ассистент каф. АТПП
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цели и задачи дисциплины:
Цель дисциплины – освоение студентами, обучающимися по профилю «Оборудование нефтегазопереработки», основ оборудования нефтегазопереработки и машин для переработки нефти. Эти знания служат основой для формирования профессионального инженерного уровня специалистов по оборудованию для глубокой переработки нефти.
Задачи дисциплины – дать студентам понятия об основных типах аппаратов, используемых в технологических процессах нефтегазопереработки, провести их классификацию, дать описание конструкции основных аппаратов, применяемых в технологии, привести методы их расчета и выбора производительности и конструктивных характеристик.
2. Место дисциплины в структуре ООП: Данная учебная дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла для подготовки по профилю «Оборудование нефтегазопереработки».
Для успешного усвоения дисциплины приобретения необходимых знаний, умений и компетенций к началу изучения дисциплины «Машины и аппараты нефтегазопереработки» студент должен обладать соответствующими знаниями, умениями и компетенциями, полученными им при освоении Учебных дисциплин: Математики, Физики, Химии, Информационных технологий, Экологии, Теоретической механики, Компьютерной графики, Гидравлики, Основ научных исследований, Моделирования процессов и объектов в химических технологиях, Теплотехники и нагревательных устройств, Инженерной графики, Технической механики, Материаловедения, Метрологии, стандартизации и сертификации, Электротехники и электроники, Основ проектирования, Основ технологии машиностроения, Конструирование и расчет аппаратов отрасли, Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии, Технология нефтегазопереработки и нефтехимического синтеза.
Учебная дисциплина «Машины и аппараты нефтегазопереработки» является предшествующей для ряда учебных дисциплин по направлению подготовки 151000 «Технологические машины и оборудование», профилю подготовки «Оборудование нефтегазопереработки» 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: Устройство, монтаж и ремонт машин и аппаратов нефтепереработки, Управление техническими системами.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Результаты освоения ООП бакалавриата определяются приобретаемыми выпускником компетенциями, т. е. его способностью применять знания, умения и личные качества в соответствии с задачами профессиональной деятельности. В результате освоения данной ООП бакалавриата выпускник должен обладать следующими компетенциями:
- владение целостной системой научных знаний об окружающем мире, способность ориентироваться в ценностях бытия, жизни, культуры (ОК-1); способность приобретения с большой степенью самостоятельности новых знаний с использованием современных образовательных и информационных технологий (ОК-7); целенаправленное применение базовых знаний в области математических, естественных, гуманитарных и экономических наук в профессиональной деятельности (ОК-9); умение использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10); умение составлять техническую документацию (графики работ, инструкции, сметы, планы, заявки на материалы и оборудование и т. п.) и подготавливать отчетность по установленным формам, подготавливать документацию для создания системы менеджмента качества на предприятии (ПК-11); умение проводить анализ и оценку производственных и непроизводственных затрат на обеспечение требуемого качества продукции, анализировать результаты деятельности производственных подразделений (ПК-12); умение подготавливать исходные данные для выбора и обоснования научно - технических и организационных решений на основе экономических расчетов (ПК-14); способность к систематическому изучению научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по соответствующему профилю подготовки (ПК-17); умение обеспечивать моделирование технических объектов и технологических процессов с использованием стандартных пакетов и средств автоматизированного проектирования, проводить эксперименты по заданным методикам с обработкой и анализом результатов (ПК-18); способность принимать участие в работах по составлению научных отчетов по выполненному заданию и во внедрении результатов исследований и разработок в области машиностроения (ПК-19); способность участвовать в работе над инновационными проектами, используя базовые методы исследовательской деятельности (ПК-20); умение применять стандартные методы расчета при проектировании деталей и узлов изделий машиностроения (ПК-21); способность принимать участие в работах по расчету и проектированию деталей и узлов машиностроительных конструкций в соответствии с техническими заданиями и использованием стандартных средств автоматизации проектирования (ПК-22); способность разрабатывать рабочую проектную и техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-23); умение проводить патентные исследования с целью обеспечения патентной чистоты новых проектных решений и их патентоспособности с определением показателей технического уровня проектируемых изделий (ПК-25); умение применять методы контроля качества изделий и объектов в сфере профессиональной деятельности, проводить анализ причин нарушений технологических процессов в машиностроении и разрабатывать мероприятия по их предупреждению (ПК-26); понимание основных тенденций развития соответственно - металлургических машин и оборудования, оборудования нефтегазопереработки и торфяных машин и оборудования (ПКД-1); владение методами конструктивных решений при проектировании соответственно - металлургических машин и оборудования, оборудования нефтегазопереработки и торфяных машин и комплексов с учетом условий эксплуатации (ПКД-2); владение основами соответственно - гидро - и пирометаллургических процессов, а также вторичной переработки металлов и сплавов, нефтегазопереработки и нефтихимии, переработки торфа на топливо (ПКД-6).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
- Типы используемых аппаратов и области их применения. Современные методы определения свойств перерабатываемых продуктов необходимых для выбора и расчета аппаратов для построения технологической схемы. Методы расчета производительности и основных конструктивных размеров машин и аппаратов нефтегазопереработки. Выбор конструктивных материалов в зависимости от условий эксплуатации и свойств обрабатываемых материалов. Характеристики и свойства применяемых используемых конструкционных материалов.
Уметь:
- Производить определение физико-химических и теплофизических свойств, необходимых для расчета и выбора основного и вспомогательного технологического оборудования нефтепереработки. Производить расчет и выбор основного технологического оборудования с учетом требуемой производительности, свойств материалов и условий эксплуатации. Разработать задание на проектирование нестандартной конструкции аппаратов нефтегазопереработки. Разработать требования для проектирования системы автоматической защиты и блокировок, обеспечивающих безопасную эксплуатацию аппаратуры. Организовывать систему необходимых поверок и контроля за состоянием оборудования.
Владеть:
- Методами определения физико-химических и теплофизических свойств для расчета и выбора основного и вспомогательного технологического оборудования нефтегазопереработки. Методиками расчета при проектировании конструкций аппаратов и систем автоматизации в области нефтегазопереработки. Понятийно - терминологическим аппаратом в области нефтегазопереработки.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры |
4 | ||
Аудиторные занятия (всего) | 90 | 90 |
В том числе: | - | - |
Лекции | 18 | 18 |
Практические занятия (ПЗ) | 36 | 36 |
Семинары (С) | ||
Лабораторные работы (ЛР) | 36 | 36 |
Самостоятельная работа (всего) | 18 | 18 |
В том числе: | - | - |
Курсовой проект (работа) | ||
Расчетно-графические работы | 9 | 9 |
Реферат | 7 | 7 |
Другие виды самостоятельной работы: | 2 | 2 |
Домашнее задание | 2 | 2 |
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | зачет | |
Общая трудоемкость час зач. ед. | 108 | 108 |
3 | 3 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1. | Введение. Классификация и области применения машин и аппаратов нефтегазопереработки. Основные требования, применяемые к оборудованию | Классификация оборудования проводится по типам процессов, для которых оно применяется и по конструктивному исполнению. Колонное оборудование, применяется для процессов ректификации, экстракции, абсорбции. Колонное оборудование в свою очередь классифицируется по типу массообменных устройств: насадочные колонны с насадкой различного типа, тарельчатые колоны, с тарелками различных конструкций, комбинированные колонны с различными массообменными устройствами в различных частях аппарата. Теплообменное оборудование. Подразделяется еще по типу обрабатываемых сред, по направлению движения потоков, и по конструкции теплообменных элементов – трубчатые, пластинчатые, змеевиковые, погружные и т. д. Реакторное оборудование: для каталитических процессов, с неподвижным и взвешенным слоем катализатора, по типу теплообмена – адиабатические, с погружными поверхностями теплообмена, с выносными теплообменниками. Реакторное оборудование змеевикового типа. Реакторное оборудование емкостного типа автоклавы или каскады проточных аппаратов смешения. Оборудования для разделения неоднородных многофазных систем. Требования, применяемые к оборудованию для процессов нефтегазопереработки: пожаровзрывоопасное исполнение, способность работать при высоком давлении, стойкость против коррозии в условиях рабочих сред, наличие предохранительных устройств, предотвращающих разрушение аппарата при выходе процесса за пределы нормальных условий эксплуатации. |
2. | Колонные массообменные аппараты для процессов ректификации и абсорбции | Процесс ректификации и ректификационные колонны. Ректификация – тепло - и массобменный процесс, применяемый для разделения жидких смесей, компоненты которых различаются по температурам кипения Ректификационные колонны могут работать в непрерывном или периодическом режимах. В первом случае процесс протекает. Ректификационные колонны разделяются на три группы:
Понятие об эффективности массобменных устройств – К. П.Д. тарелки (преимущественно для тарельчатых колонн) Высота эквивалентная теоретической тарелке ВЭТТ (преимущественно для насадочных колонн) Коэффициент массопередачи – применяется для точного расчета колонн с учетом кинетики процесса. Аппаратура для процессов абсорбции: В качестве аппаратуры для процессов абсорбции может быть использована та же колонная аппаратура, что и для процессов ректификации: Насадочные колонные абсорберыТарельчатые колонные абсорберы Абсорберы в виде емкостных аппаратов с высокоэффективными мешалками турбинного типа для создания высокой удельной поверхности контакта фаз. Полые распылительные скрубберы |
3. | Трубчатые печи для подогрева нефти и нефтепродуктов | Трубчатые печи предназначены для нагрева исходных материалов за счет сжигания топлива до температур, более высоких, чем можно получить при нагреве водяным паром. Температурный диапазон трубчатых печей в различных сферах использования – от 340 до 815 К. Состав трубчатой печи. Печи классифицируются по виду производства, технологическому назначению, способу сжигания топлива и т. д. Наиболее распространена классификация по виду производства. По технологическому назначению печи подразделяются на нагревательные и нагревательно-реакционные. По способу сжигания топлива печи подразделяются на следующие типы:
Основные конструкции трубчатых печей: Радиантно-конвекционная печь с нисходящим движением дымовых газов. Двухкамерная печь с наклонным сводом. Четырехкамерная реакционно-нагревательная печь. Многопоточная печь с нижней камерой конвекции. Вертикальная печь с верхним расположением конвекционной секции и вертикальными радиантными трубами. Двухкамерная печь с настильным факелом, настенным боковым экраном и верхним отводом дымовых газов. Трубчатая печь с излучающими стенами топки и верхним отводом дымовых газов.
Эти печи относятся к печам нагревательно-реакционного типа. Конструкции печей пиролиза: обычно состоят из трубчатой печи с излучающими стенками Показатели работы трубчатых печей: производительность по сырью, тепловая мощность, тепловой коэффициент полезного действия, теплонапряжение поверхности нагрева, тепловое напряжение топочного пространства, температура дымовых газов на перевале, коэффициент прямой отдачи, коэффициент теплопередачи. |
4. | Теплообменная аппаратура для подогрева, охлаждения и рекуперации тепла. Типы теплообменников и особенности их применения |
По принципу действия – рекуперативные, регенеративные и смесительные. По целевому назначению – теплообменные аппараты, холодильники – конденсаторы и нагреватели – испарители. По конструкции: Кожухо – трубчатые с различными трубами (прямыми, U –образными, оребренными), одно - и многоходовые. Аппараты типа «труба в трубе». Погружные. Оросительные. Воздушного охлаждения. Пластинчатые. Спиральные. Аппараты с двойными трубками. Прочие. Теплообменные аппараты классифицируют также по технологическому признаку. |
5. | Реакторы для каталитических процессов: крекинга, риформинга, гидроочистки и гидрокрекинга | Реакторы с неподвижным слоем катализатора. – Конструкции реакторов с неподвижным слоем катализатора с аксиальным вводом реагентов. Реактор с засыпкой слоя, работающий в адиабатическом режиме. Реактор в виде кожухотрубчатого теплообменника с засыпкой катализатора в трубки. Методы контроля и обеспечения равномерного распределения катализатора по трубкам. Основные элементы конструкции. Гидравлическое сопротивление реактора. Реакторы с неподвижным слоем катализатора и с радиальным вводом реагентов. Конструкция реактора, основные газораспределительные элементы газового потока – скэллопы. Конструктивное исполнение газораспределительных решеток на основе клиновидных элементов. Гидравлическое каталитических реакторов с радиальным вводом реагентов. Особенности расчета гидравлического и технологического расчета реакторов с радиальным вводом реагентов. Реакторы с адиабатическими слоями и с промежуточными теплообменниками. Для процессов каталитического крекинга иногда возникает необходимость отвода тепла в виду протекания экзотермических реакций на завершающих стадиях процесса. Для этих условий реактор дополняют выносными теплообменниками для снятия дополнительного тепла реакции. |
6. | Реакторы для процессов пиролиза, алкилирования, полимеризации, дегидрирования | Реакторы для процессов пиролиза. В качестве реакторов для процессов пиролиза используют либо нагревательно-реакционную трубчатую печь, либо змеевиковый реактор типа «труба в трубе» с подачей теплоносителя в межтрубное пространство. Для процессов дегидрирования используют каталитический реактор с неподвижным слое катализатора. Для проведения процессов полимеризации чаще всего используют аппараты с высокоинтенсивным перемешиванием с герметичным приводом, работающие либо в периодическом режиме, либо в виде каскада реакторов. Основные требования к таким реакторам – обеспечение полной герметичности в виду пожаровзрывоопасности реакционной среды – обеспечение предохранительных устройств для защиты реактора от разрушения при выходе процесса за регламентные нормы и развития теплового взрыва. |
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
1. | Устройство, монтаж и ремонт машин и аппаратов нефтепереработки | - | + | + | + | + | + |
2. | Управление техническими системами | - | + | + | + | + | + |
3. | Реакторные процессы и оборудование в производствах | + | - | + | + | + | - |
4. | Процессы в агрегатах, машинах и оборудовании | + | + | - | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
1. | Введение. Классификация и области применения машин и аппаратов нефтегазопереработки. Основные требования, применяемые к оборудованию | 2 | 4 | 4 | 3 | 13 | |
2. | Колонные массообменные аппараты для процессов ректификации и абсорбции | 4 | 8 | 8 | 4 | 24 | |
3. | Трубчатые печи для подогрева нефти и нефтепродуктов | 2 | 6 | 6 | 4 | 18 | |
4. | Теплообменная аппаратура для подогрева, охлаждения и рекуперации тепла. Типы теплообменников и особенности их применения | 2 | 6 | 6 | 2 | 16 | |
5. | Реакторы для каталитических процессов: крекинга, риформинга, гидроочистки и гидрокрекинга | 4 | 6 | 6 | 4 | 20 | |
6. | Реакторы для процессов пиролиза, алкилирования, полимеризации, дегидрирования | 4 | 6 | 6 | 4 | 20 | |
Итого: | 18 | 36 | 36 | 21 | 108 |
6. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
1. | 1 | Ознакомление с конструкцией насадочной ректификационной колонны | 4 |
2. | 2 | Экстракционные аппараты для систем «жидкость-жидкость» | 6 |
3. | 3 | Измерение коэффициента теплопередачи в системе жидкость - газ на модели трубчатого теплообменника. | 10 |
4. | 4 | Ознакомление с конструкциями реакторов каталитического риформинга | 8 |
5. | 5 | Проведение разделение суспензии на фильтре с определением скорости фильтрации и конечной влажности | 8 |
Итого: | 36 |
7. Практические занятия (семинары)
№ п/п | № раздела дисциплины | Тематика практических занятий (семинаров) | Трудо-емкость (час.) |
1. | 1 | Классификация и области применения машин и аппаратов нефтегазопереработки. | 4 |
2. | 2 | Расчет колонных массообменных аппаратов для процессов ректификации и абсорбции. | 8 |
3. | 3 | Трубчатые печи для подогрева нефти и нефтепродуктов. | 6 |
4. | 4 | Теплообменная аппаратура для подогрева, охлаждения и рекуперации тепла. | 6 |
5. | 5 | Математическое моделирование реакторов для каталитических процессов: крекинга, риформинга, гидроочистки и гидрокрекинга. | 6 |
6. | 6 | Реакторы для процессов пиролиза, алкилирования, полимеризации, дегидрирования. | 6 |
Итого: | 36 |
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Курсовой проект не предусматривается
Примерные темы рефератов:
1. Колонные массообменные аппараты для процессов ректификации и абсорбции.
2. Трубчатые печи для подогрева нефти и нефтепродуктов.
3. Теплообменная аппаратура для подогрева, охлаждения и рекуперации тепла.
4. Реакторы для каталитических процессов: крекинга, риформинга, гидроочистки и гидрокрекинга.
5. Реакторы для процессов пиролиза, алкилирования, полимеризации, дегидрирования.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
, Галиаскаров расчетов основного оборудования нефтепереработки и нефтехимии: учеб. пособие. – Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2007. – 236 с. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / , , ; под ред. . – СПб.: Недра, 2006. – 868 с. Калекин и аппараты химической технологии: Массообменные и механические процессы: учеб. пособие. в 2 ч. / – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. Ч.2. – 200 с.б) дополнительная литература
1. Windows XP.
2. Microsoft Office.
3. Программный продукт для инженерных расчетов и моделирования AspenONE, разработчик Aspentech, США.
4. Программный комплекс ReactOp, разработчик РНЦ «Прикладная Химия»
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 установлены 12 компьютеров P4, 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 151000 «Технологические машины и оборудование». 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 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 занятиях, лабораторных практикумах 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.
Горный университет | Профессор каф. АТПП | |
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) |
Горный университет | Ассистент каф. АТПП | |
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) |
Эксперты: | ||
Горный университет | и. о зав. каф. АТПП | |
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) |
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) |
