1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	30
Laboratorijske vježbe	45

* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)

CILJ KOLEGIJA:
Savladavanje osnovnih koraka sinteze i analize procesa s ciljem boljeg iskorištenja topline i tvari (materijala) unutar promatranog procesa, te dobivanja ekološki i ekonomski prihvatljivog procesa

IZVEDBENI PROGRAM KOLEGIJA:
1.Tjedan
Razine razvoja procesa. Strategija sinteze i analize procesa. Hijerarhija izvedbe procesa: dijagram lukovice. Šaržno ili kontinuirano. Struktura procesa ulaz, izlaz, recirkulacija. Sinteza separacijskog niza: osnove. Uvod u integraciju procesa, integraciju mase i integraciju energije.

2.Tjedan
Usmjeravanje materijala kroz proces. Taktike praćenja kretanja materijala kroz primjer proizvodnje benzena procesom hidrodealkilacije toluena. Značaj procesnih jedinica miksera i splitera. Usmjeravanje toka vode na procesu proizvodnje akrilonitrila i odabir metoda obrade.

3.Tjedan
Sinteza mreže izmjene topline. Osnove pinch tehnologije, povezivanje s I i II zakonom termodinamike. Izrada mreže izmjene topline na zamišljenom jednostavnom primjeru (2 tople i 2 hladne struje) metodom tablica.

4.Tjedan
Grafički postupak izrade mreže izmjene topline na realnom primjeru. Izrada toplinskih krivulja. Algebarski postupak i toplinski kaskadni dijagram za pronalaženje pinch točke (područja). Primjer: Umrežavanje izmjenjivača kod proizvodnje HNO3 i uštede koje se mogu postići.

5.Tjedan
Iskorištenje topline na izmjenjivačima, značenje dTmin. Izvedba mreže i pravila za integraciju iznad i ispod područja pincha. Uključivanje u integraciju ostalih energetski aktivnih jedinica i izrada velike kompozitne krivulje. Primjeri integracije topline u životnom okruženju: klima uređaji, GHPs 4 animacije, toplinske pumpe.

6.Tjedan
Smještaj energetskih jedinica s obzirom na pinch zonu toplinskih strojeva, toplinskih pumpi i separacijskih jedinica. Velika kompozitna krivulja i ušteda energije kod destilacije.

7.Tjedan
Integracije mase na procesima. Sinteza mreže izmjene mase (tvari). Jedinice za izmjenu tvari. Utjecaj minimalne pogonske sile na ukupne troškove sustava izmjene mase.

8.Tjedan
Grafički postupak izrade kompozitnih krivulja i pronalaženje pinch zone-konstrukcija pinch dijagrama. Primjeri primjene: Iskorištenje benzena kod proizvodnje polimera. Uklanjanje fenola iz otpadnih voda.

9.Tjedan
Algebarski postupak integracije mase-izrada intervalnog i kaskadnog dijagrama. Primjer: Uklanjanje fenola iz otpadnih voda. Numerički postupak - izrada algoritama za sustav izmjene mase (osnove).

10.Tjedan
Smanjenje potrošnje vode razvojem strukture procesa (umrežavanje PU - procesnih jedinica, TU - tretman jedinica, MU - mikser jedinica i SU - spliter jedinica). Sinteza mreže tokova vode i pronalaženje najprihvatljivije izvedbe. Primjer: Otpadne vode kod prerade nafte

11.Tjedan
Ogledni primjer: Racionalizacija potrošnje vode kod proizvodnje papira. WSD metoda i metoda Wanga i Smitha

12.Tjedan
Optimiranje-postavljanje i podjela optimizacijskih problema (kratke osnove). Grafički pristup problemu s primjerom: Pranje kiselog plina

13.Tjedan
Pregled postupaka i tehnologija za sprječavanje onečišćenja i smanjenje otpada prema EPA. CLEANER Design dostupne metode i sustavi.

14.Tjedan
Održivo upravljanje vodama u industrijskim procesima (Case study).

15.Tjedan
Rezime kolegija s pregledom primjene integracije procesa u procesnoj industriji.

RAZVIJANJE OPĆIH I SPECIFIČNIH KOMPETENCIJA STUDENATA:
Stečena znanja trebaju studenta osposobiti za odabir najboljeg rješenja od više mogućih, kod izrade baznih projekata ili modifikacije postojećih. Primjenom vještina i tehnika za integraciju procesa treba procijeniti ekološki i ekonomski prihvatljiva rješenja.

OBAVEZE STUDENATA U NASTAVI I NAČINI NJIHOVA IZVRŠAVANJA:
Obavezno pohađanje predavanja i vježbi u računalnoj učionici. Na vježbama izrada zadataka.

UVJETI ZA DOBIVANJE POTPISA:
Prisustvovanje na najmanje 75 % predavanja i 75 % vježbi.

NAČIN IZVOĐENJA NASTAVE:
Auditorni za predavanja i projektni zadaci na vježbama (korištenjem programskog sustava ChemCAD).

NAČIN PROVJERE ZNANJA I POLAGANJA ISPITA:
Parcijalni kolokviji ( 2 za teorijski dio i 1 vezan uz vježbe) za oslobađanje pismenog ispita
Pismeni i usmeni ispit

NAČIN PRAĆENJA KVALITETE I USPJEŠNOSTI KOLEGIJA:
Studentska anketa

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA
1. povezivanje temeljnih znanja stečenih na pred-diplomskom studiju
2. postavljanje ciljeva sinteze i analize procesa
3. primjena održivih industrijskih aktivnosti (korištenje sirovina, vode i energije na takav način da ne štete okolišu i da budu ekonomski prihvatljivi)
4. primjena integriranog pristupa rješavanja problema (timski rad sa ostalim strukama)

NASTAVNE JEDINICE S PRIPADAJUĆIM ISHODIMA UČENJA I KRITERIJIMA VREDNOVANJA

Nastavna jedinica
1. Sinteza i analiza procesa
Ishodi učenja
-definirati pojmove sinteza i analiza procesa
-opisati razine razvoja procesa
-reproducirati redoslijed izvedbe procesa s primjerom
-identificirati ključne jedinice za praćenje prolaza kemikalija kroz proces
-definirati pojmove: integracija topline i integracija mase na procesu
-odabrati jednostavne primjere integriranja mase i topline

Kriteriji vrednovanja
-razumjeti pojmove sinteza procesa i analiza procesa i koje su ulazne informacije nužne
-povezati Projektiranje procesa i razine razvoja procesa
-interpretirati onion model procesa s primjerom
-navesti primjere dobro integrirane mase i topline na procesima

2.Integracija topline
Ishodi učenja
- informirati o iskorištenju energije na procesima, općenito
- objasniti pojam HEN Design-a i pinch-a
- prikazati izradu kompozitnih krivulja (grafička metoda pronalaženja pinch točke) i objasniti
značenje dTmin
- reproducirati izradu mreže izmjene topline na primjeru izmjenjivača topline i objasniti pravila
povezivanja koja se baziraju na pinch tehnologiji
- prikazati ostale metode integriranja topline na primjeru izmjenjivača topline na procesima

Kriteriji vrednovanja
- prikazati izradu kompozitne krivulje i odrediti pinch točku za zadani sustav izmjenjivača topline
(znaćenje dTmin)
- znati izraditi mrežu izmjene topline korištenjem pravila povezivanja i osnovnog zakona
termodinamike
- znati prikazati inter valni i kaskadni dijagram na zadanom primjeru
- razumjeti područje iznad i ispod pinch zone

3. Pinch područje energetski aktivnih jedinica
Ishodi učenja
- prikazati izradu velike kompozitne krivulje i objasniti njeno značenje
- odabrati energetske jedinice (kolone, pumpe, toplinske strojeve i separacijske uređaje) i prikazati njihov položaj u odnosu na pinch područje i veliku kompozitnu krivulju
- reproducirati primjere

Kriteriji vrednovanja
- za zadani primjer skicirati kompozitnu krivulju koja uključuje ostale energetski aktivne jedinice u procesu
- povezati uštedu energije kod destilacije s kompozitnom krivuljom
- interpretirati i razumjeti veliku kompozitnu krivulju na primjeru

4. Integracija tvari
Ishodi učenja
- definirati pojam izmjenjivača mase i separacijskog sredstva
- objasniti pojam MEN Design-a i povezati ga sa pinch-om
- reproducirati korelacije za izmjenu mase s pogonskom silom za izmjenu mase
- prikazati izradu kompozitnih krivulja (grafička metoda pronalaženja pinch točke) i objasniti značenje minimalne razlike sastava
- reprodukcija izrade pinch dijagrama kroz primjere

Kriteriji vrednovanja
- razumjeti i razlikovati pojmove vezane uz izmjenu mase (bogata i siromašna struja, MSA, pogonska sila kod izmjene mase)
- prikazati izradu kompozitne krivulje i odrediti pinch točku za zadani sustav izmjene mase
- znati osnovne jednadžbe vezane uz izmjenu mase


5.Tehnike izrade mreže izmjene tvari
Ishodi učenja
- prikazati grafički, algebarski i analitički postupak izrade mreže izmjene mase
- reproducirati primjere izrade mreže izmjene mase iz prakse
- opisati komercijalne postupke za integraciju mase s posebnim osvrtom na integraciju vode

Kriteriji vrednovanja
- znati prikazati grafički, inter valni i kaskadni dijagram na zadanom primjeru
- razumjeti temelje na kojima se baziraju komercijalni programi za sustave izmjene mase
- povezati pravila integracije mase s uštedom vode na procesima (primjer)

1. Povezati utjecaj razlike temperatura kao pokretačke sile za prijenos topline te 2. zakona termodinamike na projektiranje mreže izmjenjivača topline s ciljem optimalnog korištenja toplinske energije u procesu.
2. Vrjednovati utjecaj tzv. toplinskog pincha na dizajn mreže izmjenjivača topline.
3. Odabrati odgovarajuće energente, energetska postrojenja s obzirom na pozadinski proces.
4. Utvrditi sličnosti i razlike između sinteze mreže izmjenjivača tvari i mreže izmjenjivača topline.
5. Procijeniti primjenjivost pojednostavljenih modela fazne ravnoteže i prijenosa tvari u problemima sinteze mreže izmjenjivača tvari.
6. Riješiti probleme znanstvenim pristupom, čak i kada su oni nepotpuno formulirani ili formulirani na neuobičajen način, pružajući spektar mogućih rješenja

1. Chemical Process Design and Integration, R. Smith, Wiley, 2005.
2. Pinch Analyisis and Process Integration, I.C. Kemp, Elsevier, 2007.
3. Pollution Prevention Through Process Integration, M.M. El-Halwagi, Academic Press, 2003.
4. Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes, R. Turton, R. C. Bailie, W. B. Whiting, J. A. Shaeiwitz, Prentice Hall, 2003.

Upis predmeta :
Odslušan : Projektiranje I

Obavezni predmet - Redovni modul - Kemijske tehnologije i proizvodi
Obavezni predmet - Redovni modul - Kemijsko inženjerstvo u zaštiti okoliša
Obavezni predmet - Redovni modul - Kemijsko-procesno inženjerstvo