ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

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. В.В. Габов
_______________________
Зав. кафедрой АТПП
доц. А.А. Кульчицкий
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
ДИСЦИПЛИНЫ
«РЕАКТОРНЫЕ ПРОЦЕССЫ И
ОБОРУДОВАНИЕ В ПРОИЗВОДСТВАХ»
Направление подготовки:151000 Технологические машины и оборудование
Профиль подготовки: Оборудование нефтегазопереработки
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составители:
Профессор каф. АТПП Ю.В. Шариков
Ассистент каф. АТПП П.А. Петров
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цели и задачи дисциплины:
Цель дисциплины – углубленное освоение студентами, обучающимися по профилю
«Оборудование нефтегазопереработки», теории процессов, проходящих в реакторных
узлах переработки газа и нефти, их математического описания, моделирования и
оптимизации. Эти знания служат основой для формирования профессионального
инженерного уровня
специалистов по реакторному оборудованию для глубокой
переработки нефти и природного газа.
Задачи дисциплины – дать студентам понятия о теоретических основах процессов,
происходящих в реакторных узлах различного типа, используемых для глубокой
переработки нефти и газа. Ознакомить студентов с методами составления
математического описания процессов на основе уравнений гидродинамики и химической
кинетики. Студенты будут ознакомлены
с перечнем физико-химических и
теплофизических свойств смесей и с методами их расчета, как на основе справочной
литературы, так и с использованием компьютерных баз данных по свойствам компонентов
и смесей.
2. Место дисциплины в структуре ООП: Данная учебная дисциплина относится к
вариативной части профессионального цикла для подготовки по профилю «Оборудование
нефтегазопереработки», относится к разделу дисциплин по выбору.
Для успешного усвоения дисциплины приобретения необходимых знаний, умений
и компетенций к началу изучения дисциплины «Реакторные процессы и оборудование в
производствах» 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 «Реакторные процессы и оборудование в производствах»
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: Машины и аппараты нефтегазопереработки, Защита
оборудования от коррозии.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
- 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);
2
- обладание навыками работы с компьютером как средством управления инфор-
мацией (ОК-12);
- способность обеспечивать технологичность изделий и процессов их изготовления, умение контролировать соблюдение технологической дисциплины при
изготовлении изделий (ПК-1);
- способность участвовать в работах по доводке и освоению технологических
процессов в ходе подготовки производства новой продукции, проверять качество
монтажа и наладки при испытаниях и сдаче в эксплуатацию новых образцов изделий,
узлов и деталей выпускаемой продукции (ПК-3);
- умение применять современные методы для разработки малоотходных, энергосберегающих
и
экологически
чистых
машиностроительных
технологий,
обеспечивающих безопасность жизнедеятельности людей и их защиту от возможных
последствий аварий, катастроф и стихийных бедствий, умение применять способы
рационального использования сырьевых, энергетических и других видов ресурсов в
машиностроении (ПК-8);
- 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 подготавливать исходные данные для выбора и обоснования научнотехнических и организационных решений на основе экономических расчетов (ПК-14);
- способность к систематическому изучению научно-технической информации,
отечественного и зарубежного опыта по соответствующему профилю подготовки (ПК17);
- 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);
- 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 (ПК26);
- 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);
3
- 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 реакторов для процессов переработки нефти и газа и области их
применения.
 Современные методы
определения свойств перерабатываемых продуктов
необходимых для выбора и расчета процессов в реакторных узлах.
 Основные методы физико-химического анализа состава и свойств перерабатываемых
смесей.
 Современные методы расчета реакторных узлов на основе математических моделей с
использованием пакетов специальных программ.
 Выбор основных каналов управления и управляющих воздействий для оптимального
управления реакторными процессами.
 Причины выхода процессов в реакторах за регламентные нормы и методы
предотвращения развития аварийных ситуаций.
Уметь:
 Производить определение физико-химических и теплофизических свойств,
необходимых для расчета процессов в реакторных узлах различного типа.
 Разрабатывать математические модели процессов в реакторах различного типа на
основе уравнений кинетики и гидродинамики.
 Производить расчет материального и теплового баланса, гидравлический расчет и
масштабирование процессов для заданной производительности реактора, свойств
материалов и условий эксплуатации.
 Составить технологический регламент для ведения технологического процесса в
реакторных узлах.
 Разработать задание на систему аналитического контроля за ходом процесса с
использованием инструментальных методов.
 Разработать задание на проектирование нестандартной конструкции реакторов для
выбранных условий проведения процессов.
 Разработать требования для проектирования системы автоматической защиты и
блокировок, обеспечивающих безопасную эксплуатацию реакторного узла.
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 4 зачетные единицы.
4
Всего часов
Вид учебной работы
Семестры
7
Аудиторные занятия (всего)
90
В том числе:
90
-
-
Лекции
34
34
Практические занятия (ПЗ)
51
51
59
59
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
-
-
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
30
20
Реферат
24
24
Другие виды самостоятельной работы
15
15
Домашнее задание
15
15
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
экзамен
экзамен
Общая трудоемкость
144
144
4
4
час
зач. ед.
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1.
2.
Наименование раздела
дисциплины
Введение.
Классификация типов
реакторов и области их
применения
Основные физикохимические свойства
углеводородов и
нефтепродуктов,
используемые для
расчетов реакторных
процессов
Содержание раздела
 Каталитические реакторы с неподвижным слоем
катализатора.
 Трубчатые реакторы
с неподвижным слоем
катализатора.
 Реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора.
 Трубчатые и змеевиковые реактора с различными
схемами теплообмена.
 Емкостные
реакторы
с
перемешивающими
устройствами.
 Групповые соединения нефтепродуктов, способы их
образование и использование их для характеристики
свойств.
 Общие
физические
свойства
–
плотность,
молекулярная масса, поверхностное натяжение, прочие
физические константы, вязкость, характеристический
фактор.
5
 Тепловые свойства – средняя температура кипения,
теплоемкость, энтальпия, теплопроводность.
 Давление паров – давление насыщенных паров,
фугитивность, коэффициент активности.
 Характеристики сжимаемости – фактор сжимаемости,
ацентрический фактор.
 Определение свойств групповых компонентов с
помощью специальных соотношений и базы данных
HYSYS.
3.
Установки
каталитического
крекинга. Сырье и
продукты крекинга.
Катализаторы. Типы
реакторов и режимы
работ
 Сырье и его подготовка – получение сырья прямой
перегонкой, термическими процессами. Получение сырья
деасфальтизацией остатков перегонки. Селективная и
гидрогенизационная очистка сырья.
 Продукты крекинга и его химические основы.
Цеолиты и катализаторы на их основе. Изменение
свойств катализаторов в процессе крекинга, регенерация
катализаторов.
 Промышленные установки каталитического крекинга:
с подвижным слоем шарикового катализатора, с
псевдоожиженным слоем порошкового катализатора.
 Одноступенчатый крекинг в псевдоожиженном слое
катализатора
 Двухступенчатый крекинг в псевдоожиженном слое
катализатора
 Комбинированные
установки
каталитического
крекинга и гидроочистки сырья.
 Получение продуктов нефтехимии – получение
олефинов и обессеривание нефтепродуктов
 Математическое
моделирование
процессов
каталитического крекинга
4.
Процессы
каталитического
риформинга. Сырье.
Катализаторы.
Продукты. Типы
реакторов
 Химические основы процесса каталитического
риформинга
 Катализаторы риформинга
 Промышленные установки риформинга и их
параметры работы
 Реакторы риформинга
5.
Математическое
моделирование
каталитических
процессов. Модели
реакторов с
аксиальным и
радиальным вводом
реагентов
 Схема реакций групповых превращений
 Механизм каталитического превращения групповых
компонентов
 Тепловые эффекты реакций
 Гидродинамика потоков через неподвижный слой
катализатора. Порозность слоя и гидравлическое
сопротивление слоя катализатора и распределительных
устройств
 Математическая модель процесса риформинга при
аксиальном и радиальном потоке реагентов через слой
катализатора
6
 Численная
реализация
модели
процесса
каталитического риформинга при различном направлении
потоков с использованием программного комплекса
ReactOp
 Сопоставление результатов моделирования при
различном направлении потоков реакционной смеси
через слой катализатора
6.
Гидрогенизационные
процессы. Химические
основы. Катализаторы.
Реакторы
 Химические основы и назначение
 Катализаторы
 Основные технологические параметры
 Гидроочистка различных продуктов
 Реакторы установок гидроочистки.
 Механизм и типы коррозии оборудования установок
гидроочистки.
 Освобождение от серы нефтяных остатков подготовка сырья (деметаллизация), промышленные
методы обессеривания.
 Гидрокрекинг – гидрокрекинг с получением топлив,
бензиновых фракций с получением сжиженных газов и
изопарафиновых углеводородов.
 Получение высококачественных смазочных масел
 Получение
ароматических
углеводородов
–
гидроалкилирование, каталитические способы получения
бензола.
7.
Каталитические
процессы переработки
легких углеводородов
 Сырье и его подготовка
 Алкилирование изопарафиновых и ароматических
углеводородов олефиновыми углеводородами.
 Химические основы процесса
 Катализаторы
 Основные технологические параметры
 Промышленная
установка
сернокислотного
алкилирования изобутана бутенами
8.
Полимеризация
олефиновых
углеводородов
 Химические основы и катализаторы
 Основные технологические параметры
 Промышленная установка полимеризации олефинов
С3 – С4
9.
Процессы
изомеризации
парафиновых
углеводородов
 Химические основы и катализаторы
 Сырье и продукты процесса
 Основные технологические параметры
 Промышленная
установка
низкотемпературной
изомеризации
 Типы используемых реакторов
10.
Реакторные процессы
пиролиза,
алкилирования,
 Химические основы процессов пиролиза
 Термодинамика пиролитических процессов, тепловые
эффекты отдельных стадий процесса
7
дегидрирования.
Математические
модели этих процессов
 Типы реакторов
 Математическая модель процесса пиролиза в реакторе
змеевикового типа с нагревом в трубчатой печи
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
2.
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для
изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Защита оборудования
от коррозии
-
-
+
+
+
-
+
+
-
+
Машины и аппараты
нефтегазопереработки
-
-
+
+
+
+
-
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
Наименование раздела дисциплины
Лекц. Практ. Лаб.
зан.
зан.
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Введение. Классификация типов
реакторов и области их применения
Основные физико-химические
свойства углеводородов и
нефтепродуктов, используемые для
расчетов реакторных процессов
Установки каталитического крекинга.
Сырье и продукты крекинга.
Катализаторы. Типы реакторов и
режимы работ
Процессы каталитического
риформинга. Сырье. Катализаторы.
Продукты. Типы реакторов
Математическое моделирование
каталитических процессов. Модели
реакторов с аксиальным и
радиальным вводом реагентов
Гидрогенизационные процессы.
Химические основы. Катализаторы.
Реакторы
Каталитические процессы
переработки легких углеводородов
Полимеризация олефиновых
углеводородов
Процессы изомеризации
парафиновых углеводородов
3
3
3
4
8
Семин
СРС
8
Всего
час.
11
8
14
10
14
3
3
8
14
4
15
12
31
3
8
11
4
10
14
3
8
11
3
8
11
10.
Реакторные процессы пиролиза,
4
алкилирования, дегидрирования.
Математические модели этих
процессов
Итого: 34
16
10
30
51
59
144
6. Лабораторный практикум
Не предусмотрен
7. Практические занятия (семинары)
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Тематика практических занятий (семинаров)
1.
2, 4
2.
5
3.
5
4.
9
5.
5
6.
10, 2
7.
10, 2
Определение свойств смеси углеводородов при
риформинге при рабочих температурах процесса.
Разработка математической модели процесса
каталитического риформинга в реакторе с аксиальным
потоком реагентов.
Разработка математической модели процесса
каталитического риформинга в реакторе с потоком
реагентов.
Численная реализация моделей процесса пиролиза с
использованием системы ReactOp и анализ влияния
направления потока на характеристики потока.
Разработать математическую модель каталитического
реактора с учетом переноса тепла и вещества по
радиусу и оси с использованием двухфазной модели.
Рассчитать реакционный змеевик реактора пиролиза
пропановой фракции заданного состава.
Рассчитать реактор установки каталитического
крекинга в псевдоожиженном слое катализатора.
Итого:
Трудоемкость
(час.)
6
8
7
8
6
8
8
51
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Не предусмотрены
Примерные темы рефератов:
1. Основные физико-химические свойства углеводородов и нефтепродуктов,
используемые для расчетов реакторных процессов.
2. Установки каталитического крекинга.
3. Процессы каталитического риформинга.
4. Гидрогенизационные процессы.
5. Каталитические процессы переработки легких углеводородов.
6. Полимеризация олефиновых углеводородов.
7.Процессы изомеризации парафиновых углеводородов.
8. Реакторные процессы пиролиза, алкилирования, дегидрирования.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
9
а) основная литература
1. Игнатович Э. Химическая техника. Процессы и аппараты. – М.: Техносфера, 2007. –
656 с.
2. Ахметов С.А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа:
Учебное пособие / С.А. Ахметов, Т.П. Сериков, И.Р. Кузеев, М.И. Баязитов; под ред.
С.А. Ахметова. – СПб.: Недра, 2006. – 868 с.
3. Калекин В. С. Процессы и аппараты химической технологии: Массообменные и
механические процессы: учеб. пособие. в 2 ч. / В. С. Калекин – Омск: Изд-во ОмГТУ,
2007. Ч.2. – 200 с.
4. Романков, П. Г. Методы расчёта процессов и аппаратов химической технологии
(примеры и задачи) : учебное пособие для вузов / П. Г. Романков, В. Ф. Фролов, О. М.
Флисюк. - СПб. : Химиздат, 2010 – 544 с.
5. Процессы и аппараты химической технологии: учеб. пособие для вузов / А. А.
Захарова, Л. Т. Бахшиева, Б. П. Кондауров и др.; под ред. А. А. Захаровой. — М.:
Издательский центр «Академия», 2006. — 528 с.
б) дополнительная литература
1. Адельсон С.В., Вишнякова, Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. - М.,
Химия, 1985 г.
2. Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и
аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии: учебник для вузов. – 3-е изд., перераб.
И доп. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. – 677 с.
3. Владимиров А.И. Установки каталитического риформинга. – М.: Нефть и газ, 1993. –
60 с.
в) программное обеспечение:
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
10
по лекционному материалу, так и по практическим занятиям, а также посещать
консультации преподавателей.
Задания студент выполняет самостоятельно на практических занятиях или дома.
Следующее задание выдается только после защиты предыдущего. С целью
промежуточной проверки знаний проводится контрольная работа. Студенты,
пропускающие занятия, получают дополнительные домашние задания и пишут реферат.
Разработчики:
Горный университет
Профессор
каф. АТПП
Ю.В. Шариков
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
Горный университет
Ассистент
каф. АТПП
П.А. Петров
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
Эксперты:
Горный университет
и.о зав. каф.АТПП
А.А. Кульчицкий
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
11