Detail předmětu

Modelování procesů

FSI-IMPAk. rok: 2021/2022

V kurzu se posluchači na řadě příkladů seznámí se základními typy matematických modelů používaných pro navrhování, analýzu a optimalizaci procesních systémů a zařízení:
• Model zpracovatelské linky popisující hmotovou a energetickou bilanci kontinuálního procesu v ustáleném stavu.
• Model procesního zařízení popisující průběh procesu v závislosti na čase.
• Model pro optimalizaci procesu či zařízení.
• Model pro detailní analýzu podmínek v zařízení.
Probírané modely jsou povětšinou na bázi systému rovnic (převážně lineárních) a obyčejných diferenciálních rovnic. Kromě analytického řešení systémů rovnic se posluchači naučí aplikovat základní numerické metody řešení a naučí se řešit příklady s počítačovou podporou.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Vítězslav Máša, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav procesního inženýrství (ÚPI)

Výsledky učení předmětu

Pochopení zásad návrhu matematických modelů procesních a energetických systémů a jejich aplikací v praxi. Přehled o procesních a energetických systémech a typech modelů, které se používají pro jejich navrhování, analýzu a optimalizaci. Po absolvování by posluchači měli být schopni zvolit vhodný typ modelu pro návrh, analýzu či optimalizaci systému či zařízení a rozumět podstatě používaných modelů.

Prerekvizity

Základní znalosti z matematiky a fyziky z prvních čtyř semestrů studia na FSI.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie, vysvětlení metod řešení a předvedení postupů řešení. Přednášky zahrnují ukázkové příklady, řešené interaktivně se studenty, s důrazem na pochopení. Průběžně je do přednášek zahrnuto opakování nejdůležitějších prerekvizit, nutných pro zvládnutí probírané látky.

Cvičení je zaměřeno na řešení příkladů s využitím teorie a metod z přednášek, většinou na počítači, v programu MS Excel.

Způsob a kritéria hodnocení

ZÁPOČET: Pro udělení zápočtu je nutná pravidelná a aktivní účast ve cvičeních, dodání všech zadaných úkolů a úspěšné zvládnutí zápočtové písemky. Kritériem úspěšného zvládnutí písemky je získání nadpolovičního počtu bodů. Posluchač má u písemky možnost jedné opravy.

ZKOUŠKA: Zkouška je písemná. Maximální celkový dosažitelný počet bodů ze zápočtu a zkoušky je 100. Hodnocení je pak provedeno standardním způsobem podle počtu dosažených bodů (0-50 bodů …F, 51-60 bodů …E, 61-70 bodů …D, 71-80 bodů …C, 81-90 bodů …B, 91 a víc bodů …A).

Učební cíle

Cílem je seznámení studentů s přístupy k modelování pro návrh, analýzu a optimalizaci provozování průmyslových a energetických jednotek (procesů) a zařízení. Studenti by měli být schopni vybrat typ modelu pro řešení typických problémů, mít povědomí o metodách řešení a být schopni jednodušší úlohy řešit.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast ve cvičení je kontrolována, nutnou podmínkou udělení zápočtu je pravidelná účast ve výuce (tzn. maximálně 3 neúčasti ve cvičení).. Účast na přednáškách není kontrolovaná, nicméně splnění úkolů ve cvičeních vyžaduje znalosti z přednášek.

Základní literatura

R. M. Felder and R. W. Rousseau, Elementary Principles of Chemical Processes, 3rd Update Edition. Wiley, 2004.

Doporučená literatura

Agami Reddy, T.: Applied Data Analysis and Modeling for Energy Engineers and Scientists, 1 edition. Springer US, 2011
Perry, Robert H.: Perry’s chemical engineers’ handbook, McGraw-Hill, New York, 2008
Ramirez, W. F.: Computational Methods for Process Simulation, 2 edition. Oxford ; Boston: Butterworth-Heinemann, 1998

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3S-P bakalářský

    obor B-EPP , 3 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Michal Touš, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do modelování a inženýrských výpočtů: definice systému a modelu, procesní schéma, procesní proměnné
2. Materiálová bilance: základní rovnice, stupně volnosti, bilance pro systému s více procesními jednotkami
3. Materiálová bilance: procesy s recyklem, by-passem, procesy s reakcemi
4. Energetická bilance: otevřený a uzavřený systém, vnitřní energie, entalpie
5. Energetická bilance: procesy s reakcemi
6. Výpočty bilancí: sekvenčně modulární, rovnicový
7. Bilance pro neustálený stav: materiálová a energetická bilance, řešení diferenciálních rovnic analyticky i numericky
8. Bilance pro neustálený stav: postup při řešení komplexnějších procesů
9. Experimentální ověření modelu: sestavení modelu, výpočty, experiment, srovnání
10. Modelování s použitím provozních dat: lineární regresní analýza, nelineární regrese
11. Optimalizace a citlivostní analýza: formulace úlohy optimalizace, metody řešení, provádění citlivostní analýzy,
12. Technicko-ekonomické modely: hodnocení investic, metody pro systémy s neurčitými parametry.
13. Opakování, řešení příkladů z celého rozsahu probírané látky.

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Eva Konečná, Ph.D.

Osnova

Cvičení s počítačovou podporou. Řešení úloh k jednotlivým přednáškovým tématům, vesměs v programu MS Excel.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz