по дисциплине - Томский политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ИПР
___________А. К. Мазуров
«___»_____________2011г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
МАШИНЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКИХ,
НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ И НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 241000 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической
технологии, нефтехимии и биотехнологии
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: Машины и аппараты химических производств
КВАЛИФИКАЦИЯ _______бакалавр__________________
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА ____2011____ г.
КУРС__4_____ СЕМЕСТР ____8___
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ __4
ПРЕРЕКВИЗИТЫ Б2 Б1, Б2 Б3, Б2 В 3.1, Б2 В3.2, Б2 В3.4, Б3 Б1, Б3 В1, Б3 Б4_
КОРЕКВИЗИТЫ _______ Б 3 В 3.2
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции______________________72_ час.
Практические занятия_________ 30 час.
Лабораторные занятия_________36 час.
Курсовой проект
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ ____138_ час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ____162_ час.
ИТОГО _____300 часов.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ _______очная_______
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ _ экзамен (7, 8), дифзачет (8)_
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ____кафедра ОХТ________
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ _______________ д.т.н., профессор В. В. Коробочкин
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
_________________ к.т.н, доцент Н.В.Ушева
ОТВ. ЗА ПРОФИЛЬ МАХП _________________ к.т.н, доцент В. М. Беляев
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
_________________ к.т.н, доцент О. К. Семакина
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
Цели дисциплины и их соответствие целям ООП
Код
цели
Ц1
Ц2
Ц3
Ц5
Цели освоения дисциплины
«Машины и аппараты химических,
нефтеперерабатывающих и
нефтехимических производств»
Знать
основные
конструкции
теплообменного и массообменного
(колонны, абсорберы, экстракторы,
сушилки и пр.) оборудования,
используемого в химической и
нефтехимической промышленности и
основы их расчета и правильно
выбрать
аппарат
для
технологического процесса
Проводить на ЭВМ все необходимые
конструктивные и механические
расчеты элементов разрабатываемого
оборудования с учетом требований
нормативно-технической
документации
Знание методик анализа объекта
производства с технологической
точки
зрения,
основных
технологических процессов ремонта,
сборки, модернизации оборудования.
Формирование
навыков
самостоятельного
проведения
теоретических и экспериментальных
исследований по проектированию
химической
аппаратуры
с
использованием
современных
компьютерных технологий
Цели ООП
Подготовка выпускников к
производственно-технологической
деятельности в области химических
технологий, конкурентоспособных на
мировом
рынке
химических
технологий.
Подготовка
выпускников
к
проектно-конструкторской
деятельности в области химических
технологий, конкурентоспособных на
мировом
рынке
химических
технологий.
Подготовка
выпускников
к
научным исследованиям для решения
задач, связанных с разработкой
инновационных методов создания
химико-технологических процессов,
материалов
и
оборудования,
обеспечивающих
энергоресурсосбережение и экологическую
безопасность технологии.
Подготовка выпускников к
самообучению
и
непрерывному
профессиональному
самосовершенствованию
2. Место дисциплины в структуре ООП
Согласно ФГОС и ООП «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической
технологии, нефтехимии и биотехнологии» дисциплина «Машины и аппараты
химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств» является
вариативной дисциплиной и относится к профессиональному циклу (модулю).
2
Код дисциплины
ООП
Б 3 В 3.7
Наименование дисциплины
Модуль Б 3 (Профессиональный цикл)
Вариативная часть
Машины и аппараты химических,
нефтеперерабатывающих и
нефтехимических производств
Креди
ты
Форма
контроля
8
Экзамены,
дифзачет
До освоения дисциплины «Машины и аппараты химических, нефтеперерабатывающих и
нефтехимических производств» должны быть изучены следующие дисциплины
(пререквизиты):
Код дисциплины
ООП
Наименование дисциплины
Кредиты
пререквизиты
Модуль Б 2 (Математический и естественнонаучный цикл)
Б2Б1
Математика
12
Б2Б3
Информатика
4
Вариативная часть
Б2 В 3.1
Основы автоматизированного
6
проектирования
Модуль Б 3 (Профессиональный цикл)
Базовая часть
Б3Б1
Инженерная графика
3
Б3Б4
Процессы и аппараты химической
14
технологии
Вариативная часть
Б3В1
Материаловедение
3
Б 3 В 3. 1
Прикладная механика
9
Б 3 В 3.2
Конструирование и расчет элементов
оборудования отрасли
7
Форма
контроля
экзамен
Зачет
Экзамен
Экзамен
Экзамен,
дифзачет
Зачет
Экзамен,
дифзачет
Экзамен
При изучении указанных дисциплин (пререквизитов) формируются «входные»
знания, умения, опыт и компетенции, необходимые для успешного освоения дисциплины
«Машины и аппараты химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических
производств».
Кроме того, для успешного освоения дисциплины «Машины и аппараты химических,
нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств» параллельно должны
изучаться дисциплины (кореквизиты):
Код дисциплины
ООП
Наименование дисциплины
кореквизиты
Модуль Б 3 (Профессиональный цикл)
3
Кредиты
Форма
контроля
Б 3 В 3.3
Б 3 В 3.6
Вариативная часть
Проектирование энерго- и
ресурсосберегающих производств
Расчет и конструирование основного
оборудования отрасли
4
Экзамен
4
Экзамен
3. Результаты освоения дисциплины
Результаты освоения дисциплины получены путем декомпозиции результатов
обучения (Р1, Р3), сформулированных в основной образовательной программе 241000
«Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и
биотехнологии», для достижения которых необходимо, в том числе, изучение дисциплины
«Машины и аппараты химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических
производств».
Планируемые результаты обучения согласно ООП
Код
результата
Р1
Р2
Р4
Р6
Р8
Результат обучения (выпускник должен быть готов)
Профессиональные компетенции
Применять естественнонаучные знания в профессиональной
деятельности
Применять знания в области энерго- и ресурсосберегающих
процессов и оборудования химической технологии, нефтехимии и
биотехнологии для решения производственных задач
Проектировать
и
использовать
новое
энергои
ресурсосберегающее
оборудование
химической
технологии,
нефтехимии и биотехнологии
Осваивать и эксплуатировать современное высокотехнологичное
оборудование, обеспечивать его высокую эффективность и
надежность, соблюдать правила охраны здоровья и безопасности
труда на производстве, выполнять требования по защите
окружающей среды.
Использовать современные компьютерные методы вычисления,
основанные на применении современных эффективных программных
продуктов при расчете свойств материалов, процессов, аппаратов и
систем, характерных для профессиональной области деятельности;
находить необходимую литературу, использовать компьютерные базы
данных и другие источники информации
Планируемые результаты освоения дисциплины
«Машины и аппараты химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических
производств»
№ п/п
Результат
1.
Знать основные конструкции теплоообменных и массообменных
аппаратов
4
2.
3.
4.
Знать основные конструкции машин и оборудования для подготовки
и переработки сырья в химической технологии, нефтехимии и
биотехнологии
Проводить на ЭВМ все необходимые конструктивные и
механические расчеты элементов разрабатываемого оборудования с
учетом требований нормативно-технической документации
Формулировать
технические
задачи
с
учетом
наличия
соответствующего оборудования, методик, инструментов и
материалов.
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать:





цели и задачи проектирования машин и аппаратов химических производств;
основы материальных и тепловых расчетов аппаратов и машин химических,
нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств;
основы структурного программирования задач расчетного характера при
проектировании и конструировании промышленного оборудования;
основные конструкции теплообменного и массообменного (колонны, абсорберы,
экстракторы, сушилки и пр.) оборудования, используемого в химической и
нефтехимической промышленности и основы их расчета;
основные конструкции машин производства строительных материалов (дробилки,
мельницы, грохоты, смесители и т.п.) и основы их расчета.
Уметь:




использовать возможности персональных компьютеров при конструкторских и
проектных разработках;
использовать ранее полученные знания по механическому расчету элементов
машин и аппаратов химических производств для расчета конкретных аппаратов,
рассматриваемых в данном курсе;
использовать при выполнении чертежных работ и создания графических баз
систему AutoCAD;
использовать для программирования один из языков высокого уровня
(преимущественно MathCAD).
Владеть:



чтением и выполнением рабочих и сборочных чертежей, конструкторской
документации применительно к машинам и аппаратам общего и специального
назначения;
выполнением инженерных расчетов; конструированием деталей и расчетом
основных узлов машин и аппаратов химических, нефтехимических и
нефтеперерабатывающих производств;
оформлением графической и текстовой конструкторской документацией в
соответствии с требованиями стандартов ЕСКД.
5
В процессе
компетенции:
освоения
дисциплины
у
студентов
развиваются
следующие
Профессиональные:

способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности, применять методику анализа оборудования с
технологической точки зрения, производить расчеты и конструирование элементов
машин и аппаратов отрасли, оформлять проектно-конструкторскую документацию.
производственно-технологическая деятельность:


проектировать и использовать новое энерго-и ресурсосберегающее оборудование
химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
организовать руководство работами по модернизации технологического
оборудования
(теплообменных
аппаратов,
колонн,
технологических
трубопроводов)
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Аннотированное содержание разделов дисциплины
Задачи курса (2 часа)
Основное содержание курса и его связь с другими дисциплинами. Классификация машин
и аппаратов химических производств. Назначение и характеристика химических
аппаратов. Технические требования к химическому оборудованию. Испытания аппаратов.
Теплообменная аппаратура (20 часа)
Классификация теплообменников. Факторы, влияющие на выбор конструкции
теплообменников.
Кожухотрубчатые
теплообменники,
типы
кожухотрубчатых
теплообменников.
Конструктивные особенности теплообменников типов Н, К, П, У, ПК. Элементы
кожухотрубчатых теплообменников.
Нормы и методы расчета элементов кожухотрубчатых теплообменников на прочность.
Пластинчатые теплообменники. Элементы пластинчатых теплообменников.
Спиральные теплообменники. Элементы спиральных теплообменников.
Аппараты воздушного охлаждения, «труба в трубе», погружные и блочные.
Теплообменники из неметаллических конструкционных материалов: графитовые,
стеклянные, пластмассовые.
Методы интенсификации теплообмена.
Массообменная аппаратура (22 часа)
Колонные массообменные аппараты
Основные параметры контактных устройств. Классификация контактных устройств.
Тарельчатые массообменные аппараты: ситчатые, колпачковые (капсульные, туннельные,
6
S-образные), клапанные, решетчатые, чешуйчатые, провального типа, рециркуляционные,
с вращающимися тарелками, инжекционного действия, с вихревым потоком.
Насадочные колонны. Типы насадок. Распределительные устройства в насадочных
колоннах. Сепараторы для газожидкостных потоков.
Гидродинамика насадочных колонн.
Механический расчет тарелок. Расчет колонных аппаратов на прочность и устойчивость.
Расчет вертикальных аппаратов на действие сейсмических сил.
Экстракционные аппараты
Физические основы и сущность процессов экстракции. Экстракция из смеси жидких
веществ. Смесительно-отстойные экстракторы. Колонные экстракторы (распылительные,
насадочные, с ситчатыми тарелками). Экстракторы с механическим перемешиванием
сред.
Сушилки
Сущность процесса сушки и его виды. Конвективные сушилки с неподвижным или
движущимся плотным слоем материала (камерная, туннельная, ленточная, петлевая).
Конвективные сушилки с перемешиваем высушиваемого материала.
Барабанная сушилка. Конвективные сушилки с взвешенным слоем материала. Одно- и
многокамерные сушилки кипящего слоя, аэрофонтанные и распылительные сушилки.
Сушилки с пневмотранспортом материала.
Контактные сушилки. Вакуум-сушильный шкаф, гребковая сушилка, одно- и
двухвальцовая сушилка.
Выпаривание и кристаллизация (6 часов)
Выпарные аппараты
Периодическое и непрерывное выпаривание. Многоступенчатое выпаривание. Схемы
выпарных станций. Основные конструкции выпарных аппаратов. Элементы конструкции
выпарок: подвод пара, отвод конденсата, сепараторы. Основы конструктивного расчета
выпарных аппаратов. Расчет барометрического конденсатора. Расчет гидравлических
сопротивлений и кратности циркуляции в выпарном аппарате.
Кристаллизаторы
Принцип действия и основные конструкции кристаллизаторов. Технологический расчет
процесса кристаллизации. Учет тепла растворения и кристаллизации в тепловом балансе
аппарата.
Разделение неоднородных систем (12 часов)
Разделение жидких неоднородных систем
Осаждение (отстаивание). Конструкции отстойников и их технологический и
конструктивный расчет.
Фильтрование. Периодические и непрерывные фильтры. Барабанные вакуум-фильтры.
Циклограмма работы барабанного вакуум-фильтра. Расчет на прочность элементов
барабанного вакуум-фильтра (обечайка, крышки).
Центрифугирование. Фактор разделения. Классификация центрифуг. Основные
конструкции периодически и непрерывно действующих центрифуг. Сепараторы.
Технологический расчет центрифуги. Геометрия вращающейся жидкости. Давление на
стенку, крышку и днище ротора центрифуги.
Гидроциклоны. Основные конструкции гидроциклонов. Принцип эффективной работы
гидроциклона. Основные размеры гидроциклона и материалы для его изготовления.
Мультициклоны.
Пылеочистное оборудование
7
Отстойные газоходы. Циклоны. Основные размеры наиболее эффективных циклонов типа
ЦН-11. Групповые циклоны и их конструкции. Батарейные циклоны. Основные
конструкции
завихрителей
батарейных
циклонов.
Прямоточные
циклоны.
Конструктивный расчет циклонов.
Рукавные фильтры. Принцип действия и конструкции.
Электрофильтры. Принцип электрофильтрования газов. Основные конструкции
электрофильтров. Принцип расчета электрофильтра.
Аппараты мокрой пылеочистки. Скруббер Вентури.
Перемешивание в жидких средах (4 часа)
Пневматическое, гидравлическое и механическое перемешивание. Типы механических
мешалок. Определение рабочей мощности лопастной мешалки. Расчет усилий,
действующих на лопасти двухлопастной мешалки. Привод мешалок. Основные
конструкции концевого подшипника. Уплотнения валов мешалок. Торцовое уплотнение.
Конструктивный расчет уплотнений.
Механические процессы (6 часов)
Дробильно-размольное оборудование
Классификация способов дробления. Классификация измельчителей. Технологический и
конструктивный расчет щековой дробилки. Определение основных усилий, действующих
на элементы щековой дробилки. Технологический и конструктивный расчет
гладковалковой дробилки.
Разделение сыпучих материалов
Разделение под действием гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных
сил.
Разделение сыпучих материалов просеиванием и грохочением через сита и решетки.
Колосниковые, валковые и решетчатые грохоты. Ситовые грохоты. Гирационные
(жирационные), вибрационные и барабанные грохоты. Технологический расчет плоского
качающегося грохота.
Питатели
Назначение и типы питателей. Цепные питатели. Пластинчатые и ленточные питатели.
Барабанные питатели. Шнековые и дисковые питатели. Технологический расчет
дискового питателя.
Смешение сыпучих материалов
Основные конструкции смесителей. Шнековые и барабанные смесители. Смеситель типа
«пьяная бочка».
Темы лабораторных работ
1. Оптимизация работы теплообменников и ректификационных колонн на их
математических моделях (6 часов).
2. Определение расхода энергии на перемешивание жидкостей механическими
мешалками (8 часов).
3. Определение расхода энергии на перемешивание сыпучих материалов в аппарате
барабанного типа (4 часа).
4. Исследование влияния конструктивных и режимных факторов на гидравлические
сопротивления контактных устройств (8 часов).
5. Измельчение и определение гранулометрических характеристик дисперсных
материалов (4 часа).
6. Расчет выпарного аппарата (6 часов)
8
Темы практических занятий
1. Определение температурных напряжений в трубах и корпусе (2 часа).
2. Определение деформации элементов теплообменника под действием давления (2 часа).
3. Расчет вальцованного соединения труб в теплообменнике (2 часа).
4. Расчет трубных решеток (2 часа).
5. Гидравлический расчет теплообменников (2 часа).
6. Конструктивный расчет колонных аппаратов (2 часа).
7. Механический расчет тарелок колонных аппаратов (2 часа).
8. Расчет вертикального колонного аппарата на действие ветровой нагрузки (2 часа)
9. Расчет опорной обечайки колонного аппарата (2 часа).
10. Материальный и тепловой баланс сушилок (2 часа).
11. Тепловой расчет сушильной камеры (2 часа).
12. Расчет щековой дробилки (2 часа)
13. Расчет осадительной центрифуги (2 часа)
14. Расчет выпарного аппарата (2 часа)
15. Расчет конденсатора смешения (2 часа)
Тематика курсовых проектов
1. Насадочная адсорбционная колонна для поглощения H2S водой из воздушной
смеси.
2. Трехкорпусная выпарная установка для упаривания водного раствора NH4NO3.
3. Насадочная ректификационная установка для разделения смеси бензол-толуол.
4. Колпачковая ректификационная установка для разделения смеси хлороформбензол.
5. Ректификационная установка с ситчатыми тарелками для разделения смеси этанолвода.
6. Ректификационная установка с клапанными тарелками для разделения смеси
метанол-вода.
7. Испаритель-пароперегреватель бензола кожухотрубчатый.
8. Конденсатор-холодильник паров уксусной кислоты.
9. Теплообменник для охлаждения азота 11% раствором NaCl.
10. Подогреватель воздуха насыщенным водяным паром.
В расчетно-пояснительной записке к курсовому проекту должно быть отражено
обоснование выбора проектируемого аппарата, материальный и тепловой расчеты,
конструктивный и тепловой расчеты, гидравлический расчет. Графическая часть проекта
состоит из двух листов формата А1, содержащих общий вид аппарата в разрезе, сечения и
выносные элементы.
9
4.2. Структура дисциплины
Структура
дисциплины
«Машины
и
аппараты
химических,
нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств» по разделам и видам учебной
деятельности с указанием временного ресурса в часах представлена в табл.1.
Таблица 1
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела
7, 8 семестр
1. Задачи курса
2. Теплообменная
аппаратура
3. Массообменная
аппаратура
Колонные массообменные
аппараты
Экстракционные аппараты
Сушилки
4. Выпаривание и
кристаллизация
Выпарные аппараты
Кристаллизаторы
5.Разделение неоднородных
систем
Разделение
жидких
неоднородных систем
Пылеочистное
оборудование
6. Перемешивание в
жидких средах
7. Механические процессы
Дробильно-размольное
оборудование
Разделение
сыпучих
материалов
Питатели
Смешение
сыпучих
материалов
Итого
Аудиторная работа (час)
Лекции
Практ.
Лабор.
занятия
занятия
СРС
(час)
Итого
(час)
2
20
10
6
30
2
66
22
10
8
50
90
6
6
6
20
38
12
4
30
46
4
8
12
24
6
8
20
34
36
162
300
72
30
10
5. Образовательные технологии
Для достижения планируемых результатов обучения, в дисциплине «Машины и
аппараты химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств»
используются различные образовательные технологии:
1. Информационно-развивающие технологии, направленные на формирование
системы знаний, запоминание и свободное оперирование ими.
Используется лекционно-семинарский метод, самостоятельное изучение
литературы, применение новых информационных технологий для самостоятельного
пополнения знаний, включая использование технических и электронных средств
информации.
2. Личностно-ориентированные технологии обучения, обеспечивающие в ходе
учебного процесса учет различных способностей обучаемых, создание необходимых
условий для развития их индивидуальных способностей, развитие активности личности в
учебном процессе. Личностно-ориентированные технологии обучения реализуются в
результате индивидуального общения преподавателя и студента при защите лабораторных
работ, при выполнении домашних индивидуальных заданий, подготовке индивидуальных
отчетов по лабораторным работам, решении задач повышенной сложности, на
консультациях.
Для целенаправленного и эффективного формирования запланированных
компетенций у обучающихся, выбраны следующие сочетания форм организации учебного
процесса и методов активизации образовательной деятельности, представленные в табл. 2.
Таблица 2
Методы и формы организации обучения (ФОО)
Методы
ФОО
Лекции
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Методы проблемного обучения
Обучение на основе опыта
Опережающая самостоятельная
работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
Лаб. Раб.
+
+
+
+
+
+
Практ.
занятия
Сем.,
колл.
СРС
+
+
+
+
+
11
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
6.1а Текущая самостоятельная работа (СРС)
Текущая самостоятельная работа по дисциплине «Машины и аппараты
химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств», 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 домашних индивидуальных заданий,
подготовка к лабораторным работам и защитам лабораторных работ;
подготовка к практическим занятиям;
подготовка к самостоятельным и контрольным работам
выполнение курсового проекта
6.1б. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР)
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа по дисциплине
«Машины и аппараты химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических
производств», 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;
выполнение расчетных работ, обработка и анализ данных;
анализ научных публикаций по определенной преподавателем теме.
6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
№ п/п
Тема
1
Перспективная
теплообменная
техника:
пластинчато-спиральные
теплообменники, теплообменники типа «Бабекс», фторопластовые
теплообменники
Ситчатые тарелки с S-образными перегородками, с просечно-вытяжными
отверстиями. Комбинированные клапанные тарелки. Тарелки с двумя
зонами контакта.
Массообменные аппараты с соударением газожидкостных потоков, с
прямоточными контактными устройствами, с фонтанирующей насадкой,
с винтовым факелом орошения, с мембранами в виде полых волокон.
Барботажные и насадочные абсорберы.
Сборка
пластинчатых,
витых,
змеевиковых
и
ребристых
теплообменников. Адсорберы с движущимся слоем зернистого
2
3
4
12
5
6
7
8
9
10
11
12
адсорбента. Адсорберы с псевдоожиженным слоем. Адсорберы с
неподвижным зернистым слоем.
Центробежные экстракторы: трехступенчатый экстрактор «Лувеста»,
экстрактор Подбильяка, безнапорный экстрактор.
Специальные
типы
сушилок:
радиационная,
диэлектрическая,
сублимационная
Процессы переноса импульса, энергии, массы и компонента в
химической технологии. Физическое и математическое моделирование
химико-технологических процессов
Гидравлические расчеты. Расчет диаметра трубопровода. Гидравлические
сопротивления в трубопроводе. Степень шероховатости и ее влияние на
гидравлические потери. Подбор насосов.
Теплообменные аппараты с электрическим обогревом. Расчет размеров
электронагревателей сопротивления. Расчет поверхности теплообмена в
электронагревателях сопротивления. Трубчатые электронагреватели
(ТЭНы).
Тепловая изоляция. Изоляционные материалы. Упрощенный расчет
тепловой изоляции аппаратов и трубопроводов. Критический диаметр
изоляции.
Реакционные
аппараты.
Особенности
конструкции
реакторов.
Классификация химических реакторов. Основные конструктивные
элементы химических реакторов и их конструктивный и прочностной
расчет
Барабанные мельницы. Их технологический расчет. Механический расчет
элементов барабанной вращающейся мельницы
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм:
самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.
Самоконтроль зависит от определенных качеств личности, ответственности за
результаты своего обучения, заинтересованности в положительной оценке своего труда,
материальных и моральных стимулов, от того насколько обучаемый мотивирован в
достижении наилучших результатов. Задача преподавателя состоит в том, чтобы создать
условия для выполнения самостоятельной работы (учебно-методическое обеспечение),
правильно использовать различные стимулы для реализации этой работы (рейтинговая
система), повышать её значимость, и грамотно осуществлять контроль самостоятельной
деятельности студента (фонд оценочных средств).
Контроль за текущей СРС осуществляется на практических и лабораторных
занятиях во время защиты лабораторной работы.
Контроль за проработкой лекционного материала и самостоятельного изучения
отдельных тем осуществляется во время рубежного контроля (контрольные работы) и
также во время защиты лабораторных работ.
13
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества
освоения дисциплины
Средства (фонд оценочных средств) оценки текущей успеваемости и
промежуточной аттестации студентов по итогам освоения дисциплины «Машины и
аппараты химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств»
представляют собой комплект контролирующих материалов следующих видов:
 Входной контроль. Представляет собой перечень из 10–20 основных вопросов,
ответы на которые студент должен знать в результате изучения предыдущих дисциплин
Поставленные вопросы требуют точных и коротких ответов. Входной контроль
проводится в письменном виде на первой лекции в течение 15 минут. Проверяются
входные знания к текущему семестру.
 Итог изучения курса – экзамены в 7 и 8 семестрах проводятся в период
экзаменационной сессии, дифзачет – в зачетную неделю перед экзаменационной сессией.
Экзамены проводятся в устном виде по экзаменационным билетам. Допуск к экзаменам
осуществляется после сдачи тестов
Примеры контролирующих материалов.
ТЕСТЫ
по дисциплине
" Машины и аппараты химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических
производств» Ч. 1
1. Способы расположения труб в трубной решетке для кислородной аппаратуры:
а) по правильному шестиугольнику
б) по квадрату
в) по прямоугольному треугольнику
г) по окружности
д) по звездочке
е) комбинированный
2. Корпус колонны может быть выполнен:
а) цельным
б) сварным
в) из царг
г) из бочек
3. Сколько ходов в межтрубном пространстве может быть у кожухотрубчатого
теплообменника типа ТУ с продольной перегородкой?
а) один
б) два
в) четыре
г) несколько
4. Сколько ходов в трубном пространстве может быть у теплообменника типа ТУ?
а) один
б) два
в) четыре
5. Какие типы крышек устанавливают в кожухотрубчатых теплообменниках?
а) элептические
б) сферические
в) плоские
г) дуговые
д) коробчатые
е) конические
ж) овальные
з) квадратные
6. Что такое штуцер?
а) патрубок с фланцем
в) патрубок с ответным фланцем
б) патрубок без фланца
г) патрубок с заглушкой
7. Улита предназначена для:
14
а) ввода пара
в) отбора пробы
б) для вывода пара
г) защиты от эрозионного износа
8. Улита устанавливается:
а) в колоннах
б) в кожухотрубчатых теплообменниках
в) на трубопроводах
г) в реакторах
9. В каких аппаратах устанавливается перераспределительная тарелка?
а) в экстракторах
б) в насадочных колоннах
б) в колпачковых колоннах
в) в колоннах инжекторного типа
10. Назначение перераспределительной тарелки в колоннах:
а) собирать поток жидкости от стенок аппарата
б) перераспределять жидкость на другую тарелку
в) перераспределять жидкость по тарелке
ТЕСТЫ
по дисциплине
" Машины и аппараты химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических
производств» Ч. 2
1. Каких конструкций сушильных установок не существует?
а) камерные
б) барабанные
в) шахтные
г) ямочные
д) ленточные
е) ременные
2. Дробилки (измельчители) бывают:
а) щековые
б) челюстные в) зубовалковые
г) зубодробильные
3. При каком движении охлаждающей воды и пара работает конденсатор
смешения?
а) прямоток
б) перекрестный ток
в) смешанный ток
г) противоток
4. Для чего служит конденсатор смешения?
а) для конденсации пара
б) для смешивания паровых фаз
в) для смешивания растворов
5. Какой угол наклона имеет конвективная барабанная сушилка?
а) 3–4 º
б) 7–8 º
в) 10–12 º
г) 15–16 º
6. Что экономиться в многокорпусных выпарных установках?
а) теплота, затрачиваемая на обогрев
б) для смешивания паровых фаз
в) для смешивания растворов
а) 1
7. Сколько дисков имеет дезинтегратор?
б) 2
в) 3
г) нет правильного ответа
а) 1
8. Сколько дисков имеет дисмембратор?
б) 2
в) 3
г) не имеет дисков
15
9. Количество концентрических окружностей, по которым располагаются пальцы
на диске дезинтегратора:
а) 2
б) 3
в) 5
г) все варианты верны
10. Для какого материала используют цепные питатели?
а) мелкокускового
б) порошкообразного
в) эмульсий
г) суспензий
д) крупнокускового
е) штучного
ОБРАЗЦЫ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ БИЛЕТОВ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ
БИЛЕТ
по дисциплине «Машины и
аппараты химических,
нефтеперерабатывающих и
нефтехимических производств»
курс IV
Министерство образования и
науки РФ
ФГБОУ
ВПО
«Национальный
исследовательский
Томский
политехнический университет»
Институт природных ресурсов
Кафедра Общей химической технологии
“УТВЕРЖДАЮ”
Зав. кафедрой _______________В.В. КОРОБОЧКИН
“____”______________2011 г.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1
1. Расчет развальцовочного соединения.
2. Теплообменники с U-образными трубами.
3. Решетчатые тарелки провального типа.
Документ: C:\Мои документы\ОХТ\С.О.К.\Экз. билеты\МАХП\ Машины и аппараты
Дата разработки: 01.09.2011
Составил(а) О.К. Семакина
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ
БИЛЕТ
по дисциплине «Машины и
аппараты химических,
нефтеперерабатывающих и
нефтехимических производств»
курс IV
Министерство образования и
науки РФ
ФГБОУ
ВПО
«Национальный
исследовательский
Томский
политехнический университет»
Институт природных ресурсов
Кафедра Общей химической технологии
“УТВЕРЖДАЮ”
Зав. кафедрой _______________В.В. КОРОБОЧКИН
“____”______________2011 г.
16
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 2
1.
2.
3.
Определение температурных напряжений в трубах и корпусе.
Теплообменники с неподвижными трубными решетками.
Тарелки с туннельными колпачками.
Документ: C:\Мои документы\ОХТ\С.О.К.\Экз. билеты\МАХП\ Машины и аппараты
Дата разработки: 01.09.2011
Составил(а) О.К. Семакина
Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить степень усвоения
теоретических и практических знаний, приобретенные умения и владение опытом на
репродуктивном уровне, когнитивные умения на продуктивном уровне, и способствуют
формированию профессиональных и общекультурных компетенций студентов.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
В соответствии с рейтинговой системой, текущий контроль производится
ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения теоретического
материала (ответы на вопросы) и результатов практической деятельности (решение задач,
выполнение заданий, решение проблем).
Промежуточная аттестация (экзамен) проводится в конце семестра также путем
балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки
в течение семестра и баллов промежуточной аттестации в конце семестра по результатам
экзамена. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
Для сдачи каждого задания устанавливается определенное время сдачи (в течение
недели, месяца и т.п.). Задания, сданные позже этого срока, оцениваются ниже, чем это
установлено в рейтинг-плане дисциплины.
17
Рейтинг-план освоения дисциплины «Машины и аппараты химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств»
в течение восьмого семестра
Дисциплина
«Машины и аппараты химических,
Число недель
18
нефтеперерабатывающих и
нефтехимических производств»
Институт
Институт природных ресурсов
Количество кредитов
8
Кафедра
Общей химической технологии
Лекции, час
72
Семестр
Седьмой, восьмой
Группы
№
Лабораторные занятия, час
36
Семакина Ольга Константиновна,
доцент
Практические занятия, час
Преподаватель
Теоретический материал
№
недели
Название
раздела
№ и тема лекций
30
Всего аудиторных занятий, час
138
Самостоятельная работа, час
162
ВСЕГО, час
300
Практическая деятельность
Балл
ы
Лабораторные занятия
Баллы
Индивидуальные
задания (рубежные
контрольные работы,
рефераты и т.п.)
Баллы
Проблемноорие
нтированные
задания (НИРС
в рамках
дисциплины и
др.)
Итого
Рейтинг-план теоретического курса (7-й семестр)
Неделя
1
2
3
4
5
6
7
8
Тема лекции
Основное содержание курса и его связь с другими дисциплинами.
Классификация машин и аппаратов химических производств.
Назначение и характеристика химических аппаратов. Технические
требования к химическому оборудованию. Испытания аппаратов.
Теплообменная аппаратура. Классификация теплообменников.
Факторы, влияющие на выбор конструкции теплообменников.
Кожухотрубчатые теплообменники, типы кожухотрубчатых
теплообменников.
Конструктивные особенности теплообменников типов Н, К, П, У, ПК.
Элементы кожухотрубчатых теплообменников. Нормы и методы
расчета элементов кожухотрубчатых теплообменников на прочность.
Пластинчатые теплообменники. Элементы пластинчатых
теплообменников и их расчет.
Спиральные теплообменники. Элементы спиральных теплообменников
и их расчет.
Аппараты воздушного охлаждения, «труба в трубе», погружные и
блочные.
Теплообменники из неметаллических конструкционных материалов:
графитовые, стеклянные, пластмассовые. Методы интенсификации
теплообмена.
Массообменная аппаратура. Колонные массообменные аппараты для
процессов ректификации. Колонные массообменные аппараты для
процессов абсорбции.
Основные параметры контактных устройств. Классификация
контактных устройств. Тарельчатые массообменные аппараты:
ситчатые, колпачковые (капсульные, туннельные, S-образные),
клапанные, решетчатые, чешуйчатые, провального типа,
рециркуляционные, с вращающимися тарелками, инжекционного
действия, с вихревым потоком.
Насадочные колонны. Типы насадок. Распределительные устройства в
насадочных колоннах.
Сепараторы для газожидкостных потоков. Гидродинамика насадочных
колонн. Механический расчет тарелок Расчет колонных аппаратов на
прочность и устойчивость.
Расчет вертикальных аппаратов на действие сейсмических сил.
Экстракционные аппараты. Физические основы и сущность процессов
экстракции. Экстракция из смеси жидких веществ. Смесительноотстойные экстракторы. Колонные экстракторы (распылительные,
насадочные, с ситчатыми тарелками). Экстракторы с механическим
перемешиванием сред.
Сушилки. Сущность процесса сушки и его виды.
Конвективные сушилки с неподвижным или движущимся плотным
слоем материала (камерная, туннельная, ленточная, петлевая).
Конвективные сушилки с перемешиваем высушиваемого материала.
21
Баллы
1,5
3,5
2,0
3,5
2,0
3,5
2,0
3,5
2,0
3,5
2,0
3,5
2,0
4,0
2,0
4,0
9
10
11
12
13
14
15
Барабанная сушилка. Конвективные сушилки с взвешенным слоем
материала. Одно- и многокамерные сушилки кипящего слоя,
аэрофонтанные и распылительные сушилки. Сушилки с
пневмотранспортом материала. Контактные сушилки. Вакуумсушильный шкаф, гребковая сушилка, одно- и двухвальцовая сушилка.
Выпарные аппараты Периодическое и непрерывное выпаривание.
Многоступенчатое выпаривание. Схемы выпарных станций. Основные
конструкции выпарных аппаратов. Элементы конструкции выпарных
аппаратов: подвод пара, отвод конденсата, сепараторы.
Основы конструктивного расчета выпарных аппаратов. Расчет
барометрического конденсатора. Расчет гидравлических
сопротивлений и кратности циркуляции в выпарном аппарате.
Кристаллизаторы. Принцип действия и основные конструкции
кристаллизаторов. Технологический расчет процесса кристаллизации.
Учет тепла растворения и кристаллизации в тепловом балансе
аппарата.
Разделение жидких неоднородных систем Осаждение (отстаивание).
Конструкции отстойников и их технологический и конструктивный
расчет. Фильтрование. Периодические и непрерывные фильтры.
Барабанные вакуум-фильтры. Циклограмма работы барабанного
вакуум-фильтра. Расчет на прочность элементов барабанного вакуумфильтра (обечайка, торцовые крышки).
Центрифугирование. Фактор разделения. Классификация центрифуг.
Основные конструкции периодически и непрерывно действующих
центрифуг. Сепараторы.
Технологический расчет центрифуги. Геометрия вращающейся
жидкости. Давление на стенку, крышку и днище ротора центрифуги.
Гидроциклоны. Основные конструкции гидроциклонов. Принцип
эффективной работы гидроциклона. Основные размеры гидроциклона
и материалы для его изготовления. Мультициклоны.
Пылеочистное оборудование. Отстойные газоходы. Циклоны.
Основные размеры наиболее эффективных циклонов типа ЦН-11.
Групповые циклоны и их конструкции. Батарейные циклоны.
Основные конструкции завихрителей батарейных циклонов.
Прямоточные циклоны. Конструктивный расчет циклонов.
Рукавные фильтры. Принцип действия и конструкции.
Электрофильтры. Принцип электрофильтрования газов. Основные
конструкции электрофильтров. Принцип расчета электрофильтра.
Аппараты мокрой пылеочистки. Скруббер Вентури.
Перемешивание в жидких средах. Пневматическое, гидравлическое и
механическое перемешивание. Типы механических мешалок.
Определение рабочей мощности лопастной мешалки. Расчет усилий,
действующих на лопасти двухлопастной мешалки. Привод мешалок.
Основные конструкции концевого подшипника. Уплотнения валов
мешалок. Торцовое уплотнение. Конструктивный расчет уплотнений.
Дробильно-размольное оборудование. Классификация способов
дробления. Классификация измельчителей. Технологический и
20
2,5
3,0
2,5
3,0
3,0
3,5
3,0
3,5
3,0
3,5
3,0
3,5
3,0
16
17
конструктивный расчет щековой дробилки.
Определение основных усилий, действующих на элементы щековой
дробилки. Технологический и конструктивный расчет гладковалковой
дробилки.
Разделение сыпучих материалов. Разделение под действием
гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил.
Разделение сыпучих материалов просеиванием и грохочением через
сита и решетки. Колосниковые, валковые и решетчатые грохоты.
Ситовые грохоты. Гирационные (жирационные), вибрационные и
барабанные грохоты. Технологический расчет плоского качающегося
грохота.
Питатели. Назначение и типы питателей. Цепные питатели.
Пластинчатые и ленточные питатели. Барабанные питатели. Шнековые
и дисковые питатели. Технологический расчет дискового питателя.
Смешение сыпучих материалов. Основные конструкции смесителей.
Шнековые и барабанные смесители. Смеситель типа «пьяная бочка».
Итого:
3,5
3,0
3,5
100
Рейтинг-план практических и лабораторных работ (7 семестр)
Неде
ля
Тема практического занятия
1
Определение температурных
напряжений в трубах и
корпусе
2
3
4
5
6
7
8
9
Определение деформации
элементов теплообменника
под действием давления
Расчет вальцованного
соединения труб в
теплообменнике
Расчет трубных решеток
Гидравлический расчет
теплообменников
Конструктивный расчет
колонных аппаратов
Механический расчет тарелок
колонных аппаратов
Расчет корпуса колонного
аппарата
Расчет вертикального
колонного аппарата на
действие ветровой нагрузки
Баллы
2,5
Тема лабораторного занятия
Баллы
Оптимизация работы
теплообменников и
ректификационных колонн на
их математических моделях
11
Определение расхода энергии
на перемешивание жидкостей
механическими мешалками
13
Определение расхода энергии
на перемешивание сыпучих
материалов в аппарате
барабанного типа
6,5
3,0
2.5
3,0
3,0
3,5
3,0
3,5
3,0
21
10
11
12
13
14
15
Расчет вертикального
колонного аппарата на
действие сейсмических сил
3,5
Расчет опорной обечайки
колонного аппарата
3,0
Материальный и тепловой
баланс сушилок
Тепловой расчет сушильной
камеры
Расчет на прочность корпуса
барабанной сушилки
13
Измельчение и определение
гранулометрических
характеристик дисперсных
материалов
6,5
3,5
3,0
3,5
Расчет бандажа на контактную
прочность
16, 17 Расчет бандажа на изгиб
Итого:
Исследование влияния
конструктивных и режимных
факторов на гидравлические
сопротивления контактных
устройств
3,0
3,5
50
Итого:
50
Рейтинг-план курсового проекта (8-й семестр)
Недели
1–2
3–4
5–6
7–8
9
10–16
17–18
Раздел курсового проекта
Баллы
Описание технологической схемы заданной установки. Определение
физико-химических свойств веществ, участвующих в заданном
10
процессе
Материальные расчеты заданного процесса с составлением таблиц
10
материального баланса по компонентам
Тепловые расчеты заданного процесса с составлением таблиц
10
теплового баланса и определением расходов теплоносителей
Конструктивный расчет заданного аппарата с определением его
10
основных размеров.
Гидравлический расчет заданного аппарата с определением потерь
5
напора на трение и местные сопротивления
Механический расчет основных элементов аппарата (расчет на
35
прочность, жесткость и устойчивость)
Защита курсового проекта
20
Итого:
100
22
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины
Основная и дополнительная литература
Основная:
1. Семакина О.К. Машины и аппараты химических производств/Учебное пособие. –
Томск: Изд-во ТПУ, 2003. – Ч. 1. – 118 с.
2. Миронов В.М. Машины и аппараты химических производств/Учебное пособие. –
Томск: Изд-во ТПУ, 2003. – Ч. 2. – 115 с.
3. Поникаров И.И. и др. Машины и аппараты химических производств и
нефтегазопереработки. – М.: Альфа-М, 2006. – 606 с.
4. Поникаров И.И. Расчеты машин и аппаратов химических производств и
нефтепераработки. – М: Альфа-М, 2008. – 720 с.
5. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. – Л.: Альянс, 2008.
– 384 с.
6. Машины и аппараты химических производств./ Под ред. И. И. Чернобыльского. – М.:
Машиностроение, 1975. – 454 с.
7. ЛащинскийА.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической
аппаратуры. – М.: Альянс, 2008. – 752 с.
1.
2.
3.
4.
Дополнительная:
Машины и аппараты химических производств. Примеры и задачи / Под ред. В. Н.
Соколова. – Л.: Машиностроение, 1982. –384 с.
Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие
по проектированию. – М.: Альянс, 2007. – 495 с.
Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и
аппаратов химической технологии. – М.: Альянс, 2007. – 576с.
Вихман Г.Л., Круглов С.А. Основы конструирования аппаратов и машин
нефтеперерабатывающих заводов. – М.: Машиностроение, 1973. – 328 с.
Используемое программное обеспечение
Компьютерные программы, используемые студентами для изучения дисциплины и
для выполнения курсового проекта разработаны в среде MathCAD с применением
AutoCAD, Microsoft Office:
8.1. Расчет элементов кожухотрубчатых теплообменников на механическую надежность.
8.2. Расчет на прочность обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок.
8.3. Расчет на прочность элементов аппарата высокого давления.
8.4. Расчет фланцевых соединений аппаратов.
8.5. Расчет однозонных теплообменников кожухотрубчатых, пластинчатых и спиральных
8.6. Расчет насадочных, колпачковых и ситчатых ректификационных колонн.
8.7. Расчет многокорпусных прямоточных выпарных установок.
23
8.8. Поверочный механический расчет теплообменных кожухотрубчатых аппаратов.
8.9. Поверочный механический расчет колонных аппаратов на ветровую и сейсмическую
нагрузки.
8.10. Расчет толщины стенки аппарата с рубашками.
8.11. Расчет толщины штуцеров и крышки аппаратов.
8.12. Поверочный механический расчет барабанных аппаратов.
8.13. Оптимизация работы теплообменников и ректификационных колонн на их
математических моделях.
Программное обеспечение и Internet-ресурсы
1. Семакина О.К. http://www.cdt.ido.tpu.edu.ru/center/descript.php?d=maxp сервер ИДО ТПУ
2. Семакина О.К. http://kurs.ido.tpu.ru/ сервер ИДО ТПУ
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
№
п/п
Наименование (компьютерные классы,
учебные лаборатории, оборудование)
Аудитория,
количество
установок
Корпус 2, ауд. 127
1
Компьютерный класс (ПК–10 шт.)
2
матричный принтер HYUNDAI HDP 920 -2шт., принтер
струйный Lexmark 1100, принтер лазерный HP
LaserJet5L, принтер лазерный HP LaserJet1300, сканер
HP 3530с, сканер Genius Color Page-HR.
Корпус 2, ауд. 127
3
Реактор с мешалкой, барабанный гранулятор,
насадочная колонна, шаровая мельница, щековая
дробилка, набор сит, фильтровальная установка,
гидравлический пресс для таблетирования сыпучих
материалов, двухвальный смеситель.
Корпус 2, ауд. 014,
002, 003
4.
Термостат; сушильный шкаф, печи термические
лабораторные, микроскопы МБС-2 и Биолар.
Корпус 19, 136 ауд.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки________241000 Энерго- и
ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
Программа одобрена на заседании каф. ОХТ
(протокол №____от «____»_________2011 г.)
Автор Семакина О.К.._________________
24
Рецензент ____________________________
25