Γενικά

Περιγραφή Μαθήματος

Ο Σχεδιασμός Χημικών Βιομηχανιών συνδυάζει ουσιαστικά όλη τη γνώση της Χημικής Μηχανικής καθοδηγώντας το Μηχανικό στη διαμόρφωση παραγωγικών μονάδων που λειτουργούν με οικονομικούς και περιβαλλοντικούς όρους. Ειδικότερα στις μέρες μας, η αναζήτηση νέων προϊόντων γίνεται όλο και συχνότερη καθώς το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο (βασικές πρώτες ύλες της βιομηχανίας μας) εξαντλούνται σταδιακά αφήνοντας κενά στις αγορές (καύσιμων, χημικών προϊόντων) και ενθαρρύνοντας πειραματισμούς με εναλλακτικές πρώτες ύλες. Ο ρόλος του Χημικού Μηχανικού είναι να μεταφράσει τις διαθέσιμες χημείες των εργαστηρίων (εναλλακτικές ή συμβατικές, ‘πράσινες΄ ή μη, νέες ή παλιές) σε βιώσιμα προϊόντα και εργοστάσια διασφαλίζοντας αποδοτικές και οικονομικές λύσεις στην κάθε περίπτωση.

Το υλικό του μαθήματος παρουσιάζεται σε δύο Ενότητες. Η πρώτη εισάγει στο γενικό πρόβλημα σχεδιασμού και εξηγεί στοιχεία σχετικά με το κόστος και την αξιολόγηση της βιομηχανικής επένδυσης. Παρουσιάζονται κριτήρια επιλογής χημικών αντιδραστήρων, κριτήρια επιλογής φυσικό-χημικών διεργασιών διαχωρισμού, βασικές αρχές ολοκλήρωσης με παραμετρική ανάλυση και μελέτες αντισταθμίσεων, και στοιχεία σχετικά με την ασφάλεια της εγκατάστασης. Η Ενότητα εμπεδώνεται με την εκπόνηση μιας Σχεδιαστικής Μελέτης (προαιρετική) και με υπολογιστικά εργαστήρια (προαιρετικά) που παρέχουν εξοικείωση στους βασικούς προσομοιωτές του εμπορίου (Aspen Plus). Οι διαλέξεις της πρώτης ενότητας αναφέρονται σε

  1. Εισαγωγικά στοιχεία
  2. Κριτήρια αξιολόγησης σχεδιαστικών επιλογών
  3. Επιλογή και αξιολόγηση χημικών αντιδραστήρων
  4. Επιλογή και αξιολόγηση διεργασιών διαχωρισμού
  5. Ανάλυση διατάξεων αντίδρασης-διαχωρισμού και υπολογισμός ρευμάτων ανακύκλωσης και απομάκρυνσης
  6. Παραμετρική ανάλυση αντισταθμίσεων
  7. Ασφάλεια εγκαταστάσεων

H δεύτερη Ενότητα παρουσιάζει εργαλεία Ολοκληρωμένου Σχεδιασμού, διαμορφώνοντας μια μεθοδολογική (συστηματική) προσέγγιση στην ανάπτυξη ολοκληρωμένων λύσεων. Τα εργαλεία είναι χρήσιμα στον υπολογισμό εφικτών στόχων (ενεργειακή απόδοση, κόστος εξοπλισμού), καθώς και στην εποπτεία και την συνολική ανάλυση της βιομηχανικής εγκατάστασης. Η Ενότητα στηρίζεται σε υλικό διαλέξεων, εμπεδώνεται με την εκπόνηση ασκήσεων, και προβλέπει παρουσιάσεις υπολογιστικών εργαλείων (Pinch Analysis). Το υλικό της ενότητας αναφέρεται σε

  1. Βασικά εργαλεία και γραφήματα ενεργειακής ολοκλήρωση
  2. Σχεδιασμός ολοκληρωμένων δικτύων
  3. Ολοκληρωμένες επιλογές παροχών
  4. Ολοκληρωμένες εφαρμογές απόσταξης
  5. Ολοκληρωμένες εφαρμογές χημικής αντίδρασης
  6. Λοιπές διεργασίες διαχωρισμού
  7. Πρακτικά προβλήματα ορθής αξιοποίησης δεδομένων
  8. Ολοκλήρωση Συνολικής Μονάδας

Πρόγραμμα διδασκαλίας, διδακτικό υλικό και αξιολόγηση του μαθήματος

 Η εβδομάδα διδασκαλίας αποτελείται από 6 ώρες που διατίθενται σε διαλέξεις και φροντιστηριακές ασκήσεις. Πρόσθετος χρόνος διατίθεται στα υπολογιστικά εργαστήρια προσομοίωσης. Το πρόγραμμα διδασκαλίας για το ακαδημαϊκό έτος 2013-2014 προβλέπει

 

- Διαλέξεις, φροντιστήρια: Δευτέρα 10:45-12:30, και Τετάρτη 8:45-10:30 και 10:45-12:30

 

- Υπολογιστικό Εργαστήριο: προαιρετικό, μια μέρα την εβδομάδα στο Υπολογιστικό Κέντρο της Σχολής, στη Μεγάλη Αίθουσα ΕΠΥ-PC Lab, και επιλογή ανάμεσα σε

  • Τετάρτη: 17:30-19:30 ή
  • Πέμπτη: 16:30-18:30

 

Το Εργαστήριο καλύπτει

  • βασικά εμπορικά εργαλεία προσομοίωσης χημικών διεργασιών (Aspen Plus),
  • λογισμικό κοστολόγησης βιομηχανιών (APEA), και
  • εργαλεία Ανάλυσης Κύκλου Ζωής.

 

 

Το διδακτικό υλικό περιλαμβάνει σημειώσεις και βιβλία. Ειδικότερα, περιλαμβάνει  

 

- Σημειώσεις του μαθήματος

  • ‘Σχεδιασμός Χημικών Βιομηχανικών (Διαλέξεις και Ασκήσεις)
  • ‘Σχεδιασμός Χημικών Βιομηχανικών (Σημειώσεις Υπολογιστικού Εργαστηρίου)’Σημειώσεις

- Βιβλία (με επιλογή ενός) ανάμεσα σε

  • Peters, Timmerhaus, Ronald, Σχεδιασμός και οικονομική ανάλυση εγκαταστάσεων για μηχανικούς, Παπασωτηρίου, 2006
  • Μαρίνος-Κουρής, Ζ.Μαρούλης, Σχεδιασμός Χημικών Βιομηχανιών, Παπασωτηρίου, 1993

Οι εξετάσεις βασίζονται αποκλειστικά στο υλικό των Σημειώσεων. Πρόσθετα συγγράμματα περιλαμβάνουν τα βιβλία των 

  • R. Smith, Chemical Process Design and Integration, Wiley, 2005
  • W. Seider, J.Seader, D Lewin, Product and Process Design Principles: Synthesis, Analysis, and Evaluation, 2008
  • R. Smith, Chemical Process Design, McGraw Hill, 1995
  • Douglas , 1988, Conceptual Design of Chemical Processes, McGraw-Hill
  • Understanding Process Integration, IChemE, 1982
  • L T. Biegler,  I.  Grossman and A. Westerberg, Systematic Methods of Chemical Process Design, Prentice Hall, 2008
  • G. Towler and R Sinnott, Chemical Engineering Design, Elsevier, 2008
  • User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy, IChemE, 1982

 

Η Σχεδιαστική Μελέτη είναι προαιρετική και εκπονείται με βάση θέματα που ανατίθενται σε Ομάδες Εργασίας (ελεύθερη εγγραφή). Η εκπόνηση της Μελέτης γίνεται υπό την εποπτεία και την στήριξη ενός (1) Επιβλέποντα. Τα θέματα είναι διαφοροποιημένα για την κάθε ομάδα και συνήθως σχετίζονται με διεργασίες που χρησιμοποιούν ανανεώσιμες πρώτες ύλες για την παραγωγή βιο-καυσίμων ή/και βιο-προϊόντων (πρώτης και δεύτερης γενιάς).

Η Σχεδιαστική Μελέτη κατατίθεται μέσα στην 13η εβδομάδα του Εξαμήνου και ακολουθείται από σύντομη παρουσίαση και προφορική εξέταση.

 

Ο τελικός βαθμός (ΤΒ) του μαθήματος προκύπτει από

- το βαθμό στη Σχεδιαστική Μελέτη (ΣΜ)

- το βαθμό στις εξετάσεις (ΒΕ).

 

Ο βαθμός διαμορφώνεται με βάση την εξίσωση

 

 ΤΒ = 0.5 ΒΕ + 0.5 max (ΣΜ,ΒΕ)