Рабочая программа дисциплины «Теоретические основы энерго - и ресурсосбережения» Направление (специальность) ООП 18.04.02 «Энерго - и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»

1. Цели освоения дисциплины

Цели дисциплины и их соответствие целям ООП

Код цели	Цели освоения дисциплины «Теоретические основы энерго - и ресурсосбережения»	Цели ООП
Ц1	Формирование углубленных знаний физико-химической сущности процессов энерго - и ресурсосбережения с последующим анализом результатов	Подготовка выпускников к научным исследованиям для решения задач, связанных с разработкой новых методов создания процессов, материалов и оборудования, обеспечивающих энерго-и ресурсосбережение, экологическую безопасность технологии, к активному участию в инновационной деятельности
Ц2	Формирование у студентов научного и инженерного подхода к вопросам рационального использования энерго - и материальных ресурсов, в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии.	Подготовка выпускников к производственно-технологической и инжиниринговой деятельности в области энерго-и ресурсосберегающих процессов в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии, обеспечивающей внедрение и эксплуатацию новых наукоемких разработок в технологию природных энергоносителей, конкурентоспособных на мировом рынке.
Ц3	Применять теоретические и технологические основы по процессам энерго-и ресурсосбережения при анализе и оценке эффективности  химико-технологических процессов.	Подготовка выпускников к проектной деятельности в области энерго - и ресурсосберегающих процессов в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Согласно ООП «Энерго - и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» дисциплина «Теоретические основы энерго - и ресурсосбережения» относится к профессиональному циклу.

Код дисциплины ООП	Наименование дисциплины	Кредиты	Форма контроля
2 (профессиональный цикл)
Вариативная часть
ДИСЦ. В.М3	Теоретические основы энерго - и ресурсосбережения	3	зачет

До освоения дисциплины «Теоретические основы энерго - и ресурсосбережения» должны быть изучены следующие дисциплины (пререквизиты):

Код дисциплины ООП	Наименование дисциплины	Кредиты	Форма контроля
Модуль ДИСЦ. В.М (междисциплинарный профессиональный)
ДИСЦ. В.М1	Основные процессы и аппараты химических производств	6	Экзамен
2 (общепрофессиональный)
ДИСЦ. Б.М1	Моделирование технологических и природных систем	3	Экзамен

При изучении указанных дисциплин (пререквизитов) формируются «входные» знания, умения, опыт и компетенции, необходимые для успешного освоения дисциплины «Теоретические основы энерго - и ресурсосбережения».

В результате освоения дисциплин (пререквизитов) студент должен:

Знать:

химические и теоретические основы процессов химической технологии, нефтехимии и биотехнологии; основные уравнения химической термодинамики; уравнения формальной кинетики, кинетики гомогенного, гетерогенного катализа; основы теории переноса тепла и массы; принципы физического моделирования химико-технологических процессов; основные уравнения движения жидкостей; основы теории тепло - и массопередачи, типовые процессы и аппараты химической технологии.

Уметь:

анализировать физико-химические закономерности, механизм и кинетику процессов энерго - и ресурсосбережения; обобщать и обрабатывать экспериментальную информацию; работать в качестве пользователя персонального компьютера, использовать численные методы для решения математических задач, использовать языки и системы программирования для решения профессиональных задач; определять характер движения жидкостей и газов; характеристики процессов тепло - и массопередачи; рассчитывать параметры, выбирать аппаратуру для конкретного химико-технологического процесса;

Владеть

методами исследования ЭРС процессов; методами обработки экспериментальной информации; методами построения математической модели типовых профессиональных задач и интерпретации полученных результатов; навыками проектирования аппаратов химической и нефтехимической промышленности; методами определения оптимальных и рациональных технологических режимов работы оборудования.

В результате освоения дисциплин (пререквизитов) обучаемый должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями:

готовность к использованию методов математического моделирования материалов и технологических процессов, к теоретическому анализу и экспериментальной проверке теоретических гипотез (ОПК-4); способностью формулировать научно-исследовательские задачи в области реализации энерго-  и ресурсосбережения и решать их (ПК-1); готовность разрабатывать математические модели и осуществлять их экспериментальную проверку (ПК-6); способность к проектной деятельности в профессиональной сфере на основе системного подхода и использования моделей для описания и прогнозирования ситуаций, осуществления качественного и количественного анализа процессов в целом и отдельных технологических стадий (ПК-18).

Кроме того, для успешного освоения дисциплины «Теоретические основы ЭРС в химической технологии» параллельно должны изучаться дисциплины (кореквизиты):

Код дисциплины ООП	Наименование дисциплины	Кредиты	Форма контроля
кореквизиты
Модуль ДИСЦ. Б. М4(общепрофессиональный)
М2.Б1	Методы оптимизации и организации ЭРС ХТС	3	экзамен

3. Результаты освоения дисциплины

Результаты освоения дисциплины получены путем декомпозиции результатов обучения (Р3), сформулированных в основной образовательной программе 18.04.02  «Энерго - и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», для достижения которых необходимо, в том числе, изучение дисциплины «Теоретические основы энерго - и ресурсосбережения».

Составляющие результатов обучения,

которые будут получены при изучении данной дисциплины

Код	Знания	Код	Умения	Код	Владение опытом
З3.3	Физико-химические и теоретические основы процессов химической тех-нологии, нефтехимии и биотехнологии	У3.3	Анализировать физико-химические закономерности, механизм и кинетику процессов ЭРС; обобщать и обрабатывать экспериментальную информацию	В3.3	Методами исследования ЭРС процессов; методами обработки экспериментальной информации

Планируемые результаты обучения согласно ООП

Код результата	Результат обучения (выпускник должен быть готов)
Профессиональные компетенции
Р1	Применять глубокие, математические, естественнонаучные, социально-экономические и профессиональные знания в области энерго-и ресурсосберегающих процессов химической технологии, нефтехимии и биотехнологии в профессиональной деятельности
Р3	Разрабатывать новые технологические процессы на основе математического моделирования, проектировать и использовать энерго - и ресурсосберегающее оборудование химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
Р4	Проводить теоретические и экспериментальные исследования в области разработки и оптимизации технологических процессов и систем с позиций энерго и ресурсосбережения

Планируемые результаты освоения дисциплины «Теоретические основы энерго - и ресурсосбережения»

№ п/п	Результат
1	Освоить методологию расчета энерго-и ресурсосберегающих химических процессов
2	Самостоятельно выполнять компьютерные расчеты при моделировании, проектировании и оптимизации объектов химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
3	Применять численные методы и компьютерные технологии при решении инженерных задач
4	Освоить методологию анализа результатов моделирования, формирования и прогнозирования функционирования производственного объекта в реальных условиях

В результате освоения дисциплины студент должен:

Знать:

методологию и принципы построения энерго - и ресурсоэффективных технологических систем в химической технологии, нефтехимии и нефтепереработке; методы оценки степени совершенства технологических систем;

методы анализа ресурсоэффективности химико-технологических  и нефтехимических процессов; основные методы, приемы и операции энерго - и ресурсосбережения.

Уметь:

применять методы термодинамического анализа и оптимизации к процессам химической и нефтехимической технологии.

Владеть:

методами разработки энерго - и ресурсосберегающих химических, массообменных и теплообменных процессов и аппаратов.

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

Профессиональные:

способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы термодинамического анализа и термодинамической оптимизации; составлять материальные и энергетические балансы для химических, нефтехимических производств и оценивать энерго - и ресурсоэффективность процессов; использовать технологические, режимно-параметрические и аппаратурно-конструкционные приемы и операции для решения задач по энерго - и ресурсосбережению  в химической технологии и нефтехимии.

44. Структура и содержание дисциплины

4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины

4.1.1. Содержание лекционных занятий:

Введение. Основные понятия и определения: ресурсосбережение, энергосбережение, безотходное химическое производство и малоотходное химическое производство, ресурсосберегающее химическое производство. Принципы создания безотходных технологий. Общие подходы к созданию безотходных производств. Методологические, химические, технологические и организационные принципы. Экономическое обоснование безотходных технологий.

Проблемы энерго - и ресурсосбережения в химической технологии, нефтехимии, биотехнологии:

энергоемкость существующих технологических процессов в химической и нефтехимической технологии, биотехнологии; показатели ресурсосбережения промышленных химических производств; пути энерго - и ресурсосбережения на различных иерархических уровнях; роль термодинамического подхода в решении задач энерго - и ресурсосбережения в химическом производстве.

1. Уравнения баланса потоков технологического процесса

Уравнение балансов потоков масс. Системы уравнений материальных балансов по: общим массовым расходам физических потоков; общим массовым расходам химических компонентов; общим массовым расходам химических элементов. Теоретический и практический материальный баланс.

2. Термодинамический анализ химико-технологических производств и химико-технологических систем

Термодинамические расчеты при проектировании технологического процесса. Расчет: энергетических эффектов, теоретически возможных температур процессов, максимальных степеней превращения и выхода продукта химической реакции, термодинамический выбор оптимальных условий проведения процесса.

Энтальпийный метод анализа ХТП и ХТС. Назначение анализа. Обобщенная информационная структура энергетического баланса. Методы рассчета  и формы представления энергетического баланса. Преимущества и недостатки энергетического баланса. Энтальпийный баланс как частный случай энергетического баланса.

Эксергетический анализ ХТП и ХТС. Назначение анализа. Эксергетический баланс. Эксергия материальных и энергетических потоков. Классификация и взаимосвязь потерь эксергии. Расчет эксергетического к. п.д. Эксергетический анализ химических процессов, тепло - и массообменных процессов. Термодинамическая оптимизация тепло - и массообменных аппаратов на основе эксергетического метода. Коэффициент преобразования эксергии.

3. Использование вторичных энергоресурсов в химических производствах

Состояние и перспективы использования горючих, высокопотенциальных и низкопотенциальных ВЭР в химических производствах.

4. Системный анализ основных способов энергосбережения и ресурсосбережения в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии.

Основные понятия и определения. Иерархическая структура производства химической продукции. Научно-обоснованные мероприятия, способы, приемы и операции энерго - и ресурсосбережения.

Основные принципы создания энерго - и ресурсосберегающих производств. Технологические, аппаратурно-конструкционные, режимно-параметрические и организационно-технические приемы и операции. Смещение равновесия при обратимых реакциях, «замораживание системы», наилучшее использование движущей силы процесса (использование побочных разностей потенциала), уменьшение сопротивления химической реакции, уменьшение сопротивления массо - и теплопереносу, использование побочных продуктов и отходов, регенерация реагентов.

4.1.2. Содержание практических занятий (40 часов):

Сравнительный анализ технологических схем; Термодинамический анализ и оценка степени совершенства ХТ производств; Расчет баланса потоков энергии ХТ производств; Анализ процесса дистилляции; Термодинамический анализ процесса сжигания топлива; Анализ процесса пиролиза.

5. Образовательные технологии

Для достижения планируемых результатов обучения используются различные образовательные технологии:

Информационно-коммуникационные технологии связаны с использованием лекционно-презентационного метода дополненного такими средствами обучения как: печатные пособия (таблицы, плакаты), аудио - и видеоматериалы, модели (схемы), технические средства (специализированные программные пакеты). Из-за большого объема информации, темы, выносимые на самостоятельную работу, изучаются с использованием как печатных учебных материалов (учебные пособия, рабочая тетрадь), так и электронных ресурсов размещенных на сервере кафедры ТОВПМ. Деятельностные практико-ориентированные технологии в данном курсе направлены на формирование системы профессиональных практических умений в области создания и разработки технологий производства, которые формируются при выполнении практических работ и индивидуального домашнего задания. Развивающие проблемно-ориентированные технологии используются при выполнении индивидуального или группового проектного задания, где магистрантам предлагается обосновать выбор процесса получения конкретного продукта нефтехимического синтеза с учетом экономичности и экологичности проекта.  Личностно-ориентированные технологии обучения реализуются в результате индивидуального общения преподавателя и магистранта на консультациях, при выполнении домашних индивидуальных и практических заданий. Все эти виды работ способствуют развитию у студента самоорганизации, коммуникации и творчества.

Для целенаправленного и эффективного формирования запланированных компетенций у обучающихся, выбраны следующие сочетания форм организации учебного процесса и методов активизации образовательной деятельности, представленные в табл. 1.

Таблица 1. Образовательные технологии, применяемы при освоении дисциплины «Теоретические основы энерго - и ресурсосбережения»

Методы активизации образовательной деятельности	ФОО
Лекции	Практика	СРС
IT-методы	+	+	+
Работа в команде	+
Case-study	+
Методы проблемного обучения	+	+
Обучение на основе опыта	+
Опережающая самостоятельная работа	+
Проектный метод	+	+
Поисковый метод	+	+
Исследовательский метод	+

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

6.1. Текущая самостоятельная работа (СРС)

Текущая самостоятельная (внеаудиторная) работа по дисциплине «Химико-технологические основы нефтехимического синтеза», направленная на углубление и закрепление знаний студента, на развитие практических умений, включает в себя следующие виды работ:

работа с лекционным материалом; изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку; выполнение домашнего индивидуального задания; подготовка к текущему, рубежному и итоговому контролю.

6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа, направленная на развитие интеллектуальных умений, общекультурных и профессиональных компетенций, развитие творческого мышления у студентов, включает в себя следующие виды работ по основным проблемам курса:

поиск, анализ, структурирование информации по заданной теме; поиск и анализ научных публикаций, патентов и полезных моделей по заданной теме в отечественных и зарубежных источниках; оформление работы с использованием специализированного пакета информационных продуктов (Microsoft Office, Microsoft Excel, Hysys).

Эффективным методом закрепления лекционного материала является выполнение индивидуального задания.

6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине

Примеры тем рефератов

Комбинированные энерготехнологические установки в нефтепереработке. Пути энергосбережения при разделении смесей ректификацией. Парогенерирующие установки. Парогенератор и его основные элеиенты. Вторичные энергоресурсы. Энергетическая и экономическая эффективность утилизации ВЭР. Общая характеристика утилизационных установок ВЭР. Энерготехнологическое комбинирование как направление энергосбережения в химической технологии (на примере какого-нибудь производства). Методика расчета химической эксергии (Я. Шаргута).

Темы, выносимые на самостоятельную проработку

Рецикл. Классификация рециклических систем, основные виды рецикла. Секционирование аппаратов: теплообменные аппараты, массообменные аппараты, агрегат синтеза аммиака, реактор синтеза метанола. Технологическая схема производства метанола.

6.4. Контроль самостоятельной работы

Оценка результатов самостоятельной работы проводится на индивидуальных консультация, а также при защите индивидуальных заданий, при прохождении тестирования и сдачи экзамена. Для мотивации в достижении наилучших результатов в данном курсе предусмотрена рейтинговая система.

7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины

Средства оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации студентов по итогам освоения дисциплины представляют собой комплект контролирующих материалов рубежного и итогового контроля. Примеры билетов контрольно-измерительного материала, приведенных ниже, формируются из банков вопросов.

7.1. Текущий контроль (максимум 2 балла)

Пример по теме: Эксергия материальных и энергетических потоков

Назовите группы энергии по механизму их превращения. Термомеханическая эксергия, понятие и определение. Химическая эксергия.

7.2. Рубежный контроль (максимум 10 баллов)

Термодинамические методы исследования ХТС. Рассчитать скорость производства энтропии для процесса смешения 1 м3/ч водорода и 28 м3/ч азота. Температура процесса 27 оС, газы считать идеальными.

7.3. Индивидуальное домашнее задание (максимум 20 баллов)

Выполнить термодинамический анализ установки пиролиза этана, оценить степень эффективности использования сырьевых и энергетических ресурсов.

7.4. Итоговый контроль (максимум 40 баллов)

Пример экзаменационного билета

Термодинамические условия оптимальной работы теплообменных аппаратов. Значение и сравнительная оценка энтальпийного, энергетического и эксергетического балансов технологических систем. Задача.

8. Рейтинг качества освоения дисциплины

В соответствии с календарным рейтинг-планом дисциплины (Приложение 1) в течение семестра студент может набрать 100 баллов. В общий рейтинг (ОР) входят:

рейтинг текущего и входного контроля (РТВК) – это оценка за выполненную работу по небольшим разделам читаемого курса, максимальная оценка 2 балла, максимальный РТВК  – 10 баллов. рейтинг рубежного контроля (РРК) – это оценка за выполненную работу по нескольким разделам читаемого курса, максимальная оценка 10 баллов. В семестре студенты выполняют 2 контрольных работы. рейтинг индивидуального домашнего задания (РДЗ) – это оценка за выполненное домашнее задание в соответствии с требованиями. Максимальный балл – 30. рейтинг экзамена (РЭ) – 40 баллов.

В конце семестра подсчитывается рейтинг семестра (РС), максимальное значение которого 100 баллам:

РС = РТВК + РРК + РДЗ + РЭ = 10 + 20 + 30 + 40 = 100 баллов.

Студент допускается к сдаче экзамена, если он полностью выполнил учебный план, сдал все практические контрольные задания и защитил домашнее задание, при этом его рейтинг (РС) должен быть более 33 баллов. Экзамен считается сданным, если его оценка не менее 22 баллов. Общий рейтинг переводится в оценку по соотношению:

  90 баллов и более                ОТЛИЧНО

       70–89 баллов                        Хорошо

       55–70 баллов                        Удовлетворительно

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

9.1. Основная литература

, , Семенов и практика химической энерготехнологии.- М.: Химия, 1988.-280 с. , Булеков метод в химической технологии. - М.:-Химия,1992.-208 с. Основы проектирования химических производств и оборудования Учеб. пособие./ и др. - Томск: Изд. ТПУ, 2011.-397 с. С. Бретшнайдер и др. Общие основы химической технологии. Разработка и проектирование технологических процессов. Перевод с польского. - Л.: Химия, 1977.-580 с.

9.2. Дополнительная литература:

, . ксергетический метод и его приложения. - М.: Энергоатомиздат, 1988.-201 с. , Степанова и резервы энергосбережения в промышленности. - /Новосибирск.: Наука, 1990.-248 с. , Степанова использования энергии. - Новосибирск.: ВО Наука, Сиб. изд. фирма, 1994.-257 с. Бескоровайный, основы энерго - и ресурсосбережения: учебное пособие/ , , . Изд.1–е. Тверь: ТГТУ, 2009. 96 с. , , Тынников в промышленности и эксергетический анализ технологических процессов: Учебное пособие.–2-е изд.,перераб. И доп.–Старый Оскол: , 2007.–316с

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Материально-техническое обеспечение дисциплины (технические средства, лабораторное оборудование и др.) представлено в табл. 3.

Таблица 3. Материально-техническое обеспечение дисциплины

№, п/п	Наименование	Аудитория
1	Учебная лаборатория, оснащенная компьютерами (15 шт.)	2 корпус, 127 ауд.
2	Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием	2 корпус, 105 ауд.

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 18.04.02 Энерго - и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии, профилям подготовки «Процессы и аппараты химической технологии» и «Машины и аппараты химических и нефтехимических производств».

Программа одобрена на заседании кафедры, протокол №___от «__»_________2015 г.

Автор:                                        , к. х.н., доц. каф. ОХТ

Рецензент:                                        , к. т.н., ассистент каф. ОХТ