УТВЕРЖДАЮ Декан ХТФ: ____________Погребенков В.М. Рабочая программа для направления 240100 «Химическая технология и

Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
УТВЕРЖДАЮ
Декан ХТФ:
____________Погребенков В.М.
«_______»____________2009 г.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОТЕХНИКА
Рабочая программа для направления 240100 «Химическая технология и
биотехнология»
Факультет Химико- технологический, ХТФ
Обеспечивающая кафедра_Общая химическая технология
Курс третий (III)
Семестр шестой
Учебный план набора _2008_года с изменениями _____________года
Распределение учебного времени
Лекции
_____25,5______
Практические занятия
_____8,5____
Всего аудиторных занятий
______34____
Самостоятельная (внеаудиторная)
______59,5____
работа
Общая трудоемкость
______93,5_____
Экзамен в _шестом__ семестре
:
2009
часа(ауд.)
часов(ауд.)
час
час
часа
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
Предисловие
1. Рабочая программа составлена на основе ГОС ВПО, утвержденного 5 апреля
2000г., №305 тех/бак. по направлению 240100 (550800) «Химическая технология и
биотехнология»
РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры общей химической технологии «_22_____» июня______ 2009г. протокол №__60______.
2. Разработчик
доцент кафедры ОХТ, к.т.н.
3. Зав. обеспечивающей кафедрой
Общей химической технологии, д.т.н.
С.В. Эрдман
В.В. Коробочкин
4. Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими кафедрами
специальности, СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.
____________________________________________________________
УДК 621
Ключевые слова: термодинамика, теплотехника, эксергия, анергия, эксегетический
баланс, энерготехнология, энергохимическое комбинирование.
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
1. Аннотация
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОТЕХНИКА (ТТиТ)
240100(б) − 240401(с)
240100(б) − 240301(с)
240100(б) − 240403(с)
240100(б) − 240802(с)
240800(б) – 655400(с)
240801(б) – 170500(с)
Каф. ОХТ ХТФ
Доцент, к.т.н. Эрдман Светлана Владимировна
тел. (3822) 563-590, e-mail: [email protected]
Цель: формирование знаний и умений по теории и практике оптимального
энерготехнологического комбинирования типовых химических процессов как
направления энергосбережения и рационального использования сырья в химической технологии.
Содержание: основные законы термодинамики для идеальных и реальных газов, процессы горения топлива, горелочные устройства, тепло и холодогенерирующие устройства в химической технологии, вторичные энергоресурсы и их
утилизация в химических технологиях, энергохимическое комбинирование,
термодинамический анализ типовых химических производств.
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
2. Цели и задачи учебной дисциплины
Цели изучения технической термодинамики и энерготехнологии
студентами химических специальностей состоят в том, чтобы, во-первых,
изучить законы термодинамики и освоить основы эксергетического и
термодинамического методов анализа как научной базы оценки совершенства химико-технологических процессов и тепловых схем химических
производств, во-вторых, с учетом взаимосвязи энергетики, технологии и
экологии химического производства необходимо освоить принципы оптимального энерготехнологического комбинирования типовых химических процессов как направления энергосбережения и рационального использования сырья в химической технологии.
Задачи изучения дисциплины состоят: в изучении и освоении теоретического материала курса в форме лекций и самостоятельной работы, в формировании умений самостоятельно решать проблемы и задачи, определяемые настоящей программой – в ходе практических занятий
и самостоятельных аудиторных и внеаудиторных занятий.
Курс состоит из 3 частей. Первая – техническая термодинамика.
Она включает в себя основные понятия и законы термодинамики для
идеальных и реальных газов. Вторя часть – теплотехника, посвящена
изучению процесса горения топлива, горелочным устройствам, теплорегулирующим и холодогенерирующим устройствам в химических технологиях. Третья часть содержит основные разделы по утилизации вторичных энергоресурсов в химических технологиях и энергохимическому
комбинированию, а также по термодинамическому анализу типовых химических производств для формирования инженерных знаний и умений
в создании и эксплуатации энергосберегающих химических производств
и в решении экологических проблем.
3. Содержание теоретического раздела дисциплины (25,5 часов).
Часть I.
Основы технической термодинамики (9,5 часов).
Введение (1 час)
Значение энергетической подготовки химиков-технологов. Структура топливно-энергетического баланса России и особенности потребления энергии в химических производствах. Взаимосвязь энергетики и экологии на химических предприятиях. Предмет и задачи курса, взаимосвязь с другими дисциплинами.
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
Раздел 1. Основные понятия и
законы термодинамики (4,5 часов)
3.1.1. Термодинамическая система. Параметры состояния термодинамической системы. Термическое уравнение состояния. Свойства реальных
газов. Термодинамическое равновесие. Термодинамический процесс.
Обратимые и необратимые процессы.
3.1.2. Первый закон термодинамики для закрытой системы. Изменение
внутренней энергии и работы газа в термодинамическом процессе: изобарном, изохорном, изотермном, адиабатном и политропном Р-V диаграмма. Первый закон термодинамики для открытых систем и круговых
процессов. Энергетический баланс поточных процессов.
3.1.3. Второй закон термодинамики. Основные положения второго закона
термодинамики. Энтропия. Необратимость процесса теплообмена. Перенос энтропии и производство энтропии. Диссипация энергии. Приме
нение второго закона термодинамики к преобразованиям энергии, T-S
диаграмма. Второй закон термодинамики для закрытой термодинамической системы, для открытых систем. Изменение энтропии в основных
термодинамических процессах: изобарном, изохорном, изотермном,
адиабатном, политропном. Цикл Карно. КПД цикла Карно.
2.1.4. Эксергия и анергия. Виды эксергии. Изменение эксергии в закрытой термодинамической системе, в стационарно-поточном процессе, круговом процессе. Расчет эксергии, эксергетических потерь и эксергетического КПД. Диаграмма потоков анергии и эксергии. Алгоритм эксергетического анализа химических процессов.
Раздел 2. Термодинамические процессы реальных
газов и паров (4 часа)
3.2.1. Парообразование при постоянном давлении. Термодинамика процессов изменения состояния водяного пара. Таблицы и диаграммы водяного пара. Изображение основных термодинамических процессов с
паром на P-V, T-S, H-S – диаграммах. Алгоритм решения задач по опре-
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
делению термодинамических параметров с использованием H-S диаграммы.
3.2.2. Термодинамика влажного воздуха. Параметры состояния влажного
воздуха. D-H диаграмма. Алгоритм технических расчетов процессов с
влажным воздухом по D-H диаграмме.
3.2.3. Термодинамика потоков газов и паров. Истечение и дросселирование газов и паров Сопла, диффузоры, эжекторы. Сжатие и расширение
газов и паров в компрессоре и турбине. Ступени компрессора и турбины.
Часть II. Основы теплотехники (10 часов).
Раздел 1. Основные понятия. Топливо, процессы горения, топочные
устройства (2 часа)
3.3.1. Классификация топлива. Состав и основные характеристики топлива. Теплота сгорания топлива, понятие условного топлива. Доля использования топлива в химических технологиях. Процессы горения топ
лив. Расход воздуха на горение, коэффициент избытка воздуха. Количество и состав продуктов сгорания. Энтальпия продуктов сгорания. Н-Т –
диаграмма. Адиабатная температура горения. Алгоритм определения
параметров процесса горения органического топлива.
3.3.2. Горелочные устройства для сжигания газообразного и жидкого топлива. Способы сжигания твердого топлива и отходов технологических
процессов. Образование экологически опасных продуктов при сжигании
органических топлив.
3.3.3. Необратимость процесса горения. Энергия топлива. Расчет энергии топлива и горючих отходов. Потери эксергии в процессе горения.
Раздел 2. Теплогенерирующие установки
химической технологии (3 часа)
3.4.1. Парогенерирующие установки. Парогенератор и его основные
элементы. Тепловой и эксергетический баланс парогенератора. Диаграмма потоков анергии и эксергии, энергетический и эксергетический
КПД парогенератора.
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
3.4.2. Технологические печи. Назначение печей в химической технологии. Классификация печей по технологическим признакам и конструкционным особенностям. Шахтные печи. Вращающиеся печи. Печи с кипящим слоем. Печи для обезвреживания отходов.
3.4.3. Трубчатые печи. Типы печей и их основные элементы. Теплообмен
в трубчатой печи. Определение тепловой нагрузки, расход топлива. Эксергетический анализ трубчатой печи.
3.4.4. Перспективы в создании экологически безопасных и энергосберегающих теплогенерирующих установок в химических технологиях.
Раздел 3. Холодогенерирующие установки
в химических технологиях (3 часа)
3.5.1. Роль искусственного холода в химической технологии. Затраты холода в производстве основных видов химической продукции. Система
холодоснабжения химических производств.
3.5.2. Умеренное охлаждение. Холодильные установки: компрессорные,
каскадные, пароэжекторные, абсорбционные. Изображение процессов,
протекающих в холодильных установках в P-V и T-S диаграммах. Основы
теплового расчета холодильных установок.
3.5.3. Тепловые насосы. Типы тепловых насосов.
3.5.4. Глубокое охлаждение. Метод Линдэ и Клода. Цикл Капицы. Изображение циклов на диаграммах. Алгоритм решения задач по определению параметров процесса сжижение газов с использованием T-S диаграммы. Принципиальные схемы сжижения газов и низкотемпературного
разделения газовых смесей.
Раздел 4 Анализ циклов теплосиловых,
холодильных установок (2 часа)
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
2.6.1. Циклы паросиловых установок. Цикл Ренкина. Способы повышения
термического КПД паросиловой установки. Теплофикационные циклы.
3.6.2. Циклы газотурбинных установок (ГТУ) и двигателей внутреннего
сгорания (ДВС).
3.6.3. Анализ циклов холодильных установок и тепловых насосов.
Часть III. Энерготехнология химических производств (6 часов)
Раздел 1. Утилизация вторичных энергоресурсов (1 час)
3.7.1. Вторичные энергоресурсы химических производств (ВЭР). Общая
классификация. Определение выхода и энергетического потенциала
ВЭР. Энергетическая и экономическая эффективность утилизации ВЭР.
Общая характеристика утилизационных установок ВЭР, используемых в
химической технологии.
3.7.2. Утилизация горючих ВЭР в теплогенерирующих установках.
3.7.3. Утилизация высокотемпературных тепловых ВЭР химических производств в котлах-утилизаторах. Термодинамический анализ котлаутилизатора.
3.7.4. Утилизация низкопотенциальных тепловых ВЭР. Использование
низкопотенциальных ВЭР при получении искусственного холода и в тепловых насосах. Аппараты, утилизирующие низкопотенциальные ВЭР, их
устройства, работа, назначение.
3.7.5. Утилизация ВЭР установок обезвреживания технологических отходов.
3.7.6. Использование ВЭР за рубежом, Направления улучшения по использованию ВЭР в России. Интеграция тепловых схем химических производств с другими энергоиспользующими отраслями.
Раздел 2. Энерготехнологическое комбинирование в
химической технологии (2 часа)
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
3.8.1. Энерготехнологическое комбинирование как направление энергосбережения в химической технологии. Синтез тепловых схем химикоэнергетических систем из типовых технологических и энергетических модулей (химические реакторы, теплогенераторы, котлы-утилизаторы, паротурбинные и газотурбинные установки, абсорбционные холодильные
установки, контактные утилизаторы тепла продуктов сгорания и др.).
3.8.2. Эксергетический и эксергоэкономический анализ комбинированных
процессов химической технологии. Создание энергозамкнутых технологических схем.
3.8.3. Типовые схемы базовых энерготехнологических агрегатов получения крупнотоннажных химических продуктов (аммиак, карбамид, серная
кислота, этилен, пропилен, метанол и др.) эксергетическая эффективность технологий.
3.8.4. Перспектива применения энерготехнологических комплексов с
ядерными реакторами в химической и нефтехимической промышленности.
Раздел 3. Термодинамический анализ типовых
химических производств (3 часа)
3.9.1. Типовая схема химического производства. Группы процессов и аппаратов химических производств: химические процессы (различного типа
реакторы), процессы рекуперации тепла (теплообменники, кипятильники,
холодильники, котлы-утилизаторы и т.д.), процессы разделения и очистки (аппараты абсорбции, адсорбции, ректификации, экстракции, кристаллизации, сушки), сжатие, расширение и перекачивание газов и жидкостей (насосы, компрессоры, турбины).
3.9.2. Термодинамический анализ химических процессов. Оптимальные
условия ведения экзотермических и эндотермических реакций. Схемы
использования тепла химических синтезов. Методы снижения термодинамической необратимости химических процессов и экономии энергетических ресурсов при их проведении.
3.9.3. Термодинамический анализ процессов абсорбции и ректификации.
Методы снижения энергетических затрат в абсорбционных процессах.
Оптимизация действующего варианта абсорбции. Анализ потерь эксергии процессов ректификации двухкомпонентных и многокомпонентных
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
смесей. Направление по снижению энергозатрат ректификации. Схемы
ректификации с применением эжектора и теплового насоса.
3.9.4. Рекуперации тепла в сложных энерготехнологических схемах. Система Линхофа.
3.9.5. Анализ энергозатрат и направления по усовершенствованию схем
процессов высокотемпературного каталитического риформинга углеводородов, каталитического крекинга этана, производства этанола.
4. Содержание практического раздела
Практические занятия направлены на активизацию познавательной
деятельности студентов и для приобретения навыков выполнения необходимых расчетов.
Тематика практических занятий (8,5 часов)
4.1. Расчет термических параметров состояния газа и смеси газов.
Удельная теплоемкость. Выдача индивидуального домашнего задания
№1. (1 час).
4.2. I закон термодинамики. Составление тепловых балансов. Выдача
индивидуального домашнего задания №2 (1 час).
4.3. II закон термодинамики. Расчет процессов парообразования Н-S
диаграмма (1 час).
4.4. Расчет процессов сжатия газов, истечения газов и паров через сопло
диффузор и эжектор (1 час).
4.5. Вычисление эксергии. Расчет потерь эксергии (1 час).
4.6. Расчет процесса горения и термодинамический анализ теплогенерирующих аппаратов. Выдача индивидуального домашнего задания №3 (1
час).
4.7. Термодинамика холодильных машин. Сжижение газов с использованием T-S диаграмм. Выдача индивидуального задания №4 (1 час).
4.8. Расчет по определению выхода вторичных энергоресурсов ВЭР.
Термодинамический анализ котлов утилизации (КУ) (1 час).
4.9. Термодинамический анализ технологических схем химических производств (0,5 часа).
5. Программа самостоятельной познавательной
деятельности (59,5 часов)
Организация самостоятельной познавательной деятельности ориентирована для закрепления теоретического материала и развития навыков и умений, приобретаемых на аудиторных занятиях. Самостоя-
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
тельная (внеаудиторная) работа студентов состоит в проработке лекционного материала, подготовке к практическим занятиям, в выполнении
четырех индивидуальных домашних заданий. Она составляет 59,5 часов
и включает следующие пункты:
- проработка курса лекций и подготовка к практическим занятиям (19,5
часов);
- выполнение индивидуальных домашних работ (40 часов).
Темы индивидуальных домашних работ
• Индивидуальная домашняя работа (ИДЗ) №1
Расчет термических параметров состояния термодинамической
системы, представленной смесью газов.
Определить объемный и массовый состав газовой смеси.
Рассчитать:
- молекулярный вес смеси и газовую постоянную каждого компонента
смеси и смеси газов;
- массы и парциальные давления компонентов при заданных значениях
давления, объема и температуры;
- плотность и удельный объем компонентов и смеси газов при заданных
и нормальных физических условиях.
Исходные данные для расчетов взять из таблицы 1.
• ИДЗ №2
Расчет калорических параметров состояния термодинамической
системы, представленной смесью газов.
Рассчитать:
- истинные теплоемкости смеси газов (мольную, объемную и массовую)
при Р=const и V=const;
при указанной температуре t1
- средние теплоемкости смеси (мольную, объемную и массовую) и затрату теплоты на нагревание (охлаждение) смеси с t1 до t2 при P=const
и V=const;
- изменение внутренней энергии системы;
- изменение энтальпии системы;
- изменение энтропии при P=const и V=const;
- эксергию термодинамической системы при t2.
Исходные данные для расчетов взять из таблицы 1и методических
указаний «Расчет калорических параметров состояния».
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
Таблица 1
Данные для индивидуальных домашних работ №1 и №2
ДавТемператуОбъСостав
смеси
%
№
ление
ра °С
ем
ва О2 N2
CO2 H2 Н2О смеси, смеТ1
Т2
CO
р
Р, мм.
си, м3
рт. ст.
1
71 10 8
11
3000
1,2
150
600
2
72 9
9
10
2800
1,4
200
650
3
72 7
12
9
2900
1,6
300
900
4
71 5
15
9
2700
1,8
400
1050
5
72 2
18
8
2500
2,0
500
1250
6
71 1
20
8
2600
1,9
450
1350
7
1 72
20
7
2400
1,7
350
800
8
2 70 3
18
7
2200
1,5
250
650
9
5 69 2
18
6
2300
1,3
150
600
10 5 70 3
11
5
2000
1,1
550
950
11 8 68 2
14
2 6
2950
2,1
1000 450
12 8 72 2
11
1 6
2850
2,2
950
400
13 5 73 5
10
3 4
2750
2,3
900
350
14 9 70 6
10
4 1
2650
2,4
850
300
15 5 70 7
8
5 5
2550
2,5
800
250
16 12 72 3
5
2 6
745
3,0
750
200
17 15 65 3
7
7 3
735
2,9
700
200
18 10 60 8
6
10 6
725
2,8
650
150
19 7 70 3
12
1 7
710
2,7
600
100
20 20 65 1
4
9 1
700
2,6
550
100
21 1 50 25 10
4 10
747
1,0
100
900
22 3 57 20 5
9 8
750
0,9
150
850
23 5 55 10 7
3 20
760
0,8
200
800
24 4 56 23 2
3 22
770
0,7
250
750
25 5 50 15 5
15 10
780
0,6
300
600
26 10 50 12 8
10 10
770
0,5
250
650
27 8 52 10 10
10 10
760
0,6
200
650
28 12 55 13 5
10 5
750
0,7
150
600
29 6 54 22 8
5 5
740
0,8
100
550
30 10 30 20 30
2 8
730
0,9
50
500
Примечание
массовый
состав
смеси
объемный
состав
смеси
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
• ИДЗ №3
Расчет процесса горения природного газа.
Рассчитать:
- теплоту сгорания топлива;
- теоретически и действительно (с учетом коэффициента избытка воздуха) необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 природного
газа;
- состав и количество продуктов сгорания, образующихся при сгорании
1 м3 газа;
- энтальпию продуктов сгорания в интервале температур от 25÷2500°С.
Построить график зависимости энтальпии от температуры для продуктов
сгорания и определить адиабатную температуру горения топлива.
Исходные данные для расчетов взять из таблицы 2.
• ИДЗ№4
Термодинамический анализ трубчатой печи.
¾ Составить материальный и тепловой балансы трубчатой печи;
¾ Рассчитать:
- полезную тепловую нагрузку печи и ее распределение между радиантной и конвекционной камерами;
- тепловой КПД печи;
- расход топлива с учетом производительности по сырью.
¾ Составить эксергетический баланс печи;
¾ Рассчитать:
- эксергию топлива;
- полезную эксергетическую нагрузку печи;
- эксергию уходящих газов;
- потери эксергии, связанные с необратимостью процессов;
- эксергетический КПД печи.
¾ Составить диаграмму потоков эксергии и анергии трубчатой печи;
¾ Сделать выводы о термодинамическом совершенстве работы трубчатой печи и дать рекомендации по снижению потерь эксергии в печи.
Исходные данные для расчетов взять из таблицы 2.
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
Таблица 2
Данные для индивидуальных домашних работ №3 и №4
№
за
да
ни
я
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Состав природного газа, об.%
СН4
С2Н6
С3Н8
СО2
N2
86,4
93,7
94,8
94,7
93,7
97,4
89,9
67,4
35,5
40,0
29,0
18,2
32,0
40,0
41,0
43,2
54,5
42,7
47,3
90,7
53,6
50,0
76,7
95,7
93,2
96,1
94,0
92,5
93,9
93,4
7,4
1,0
1,2
1,7
2,8
0,1
3,4
13,0
29,6
27,5
7,8
19,0
20,0
21,9
26,9
21,9
18,1
29,5
16,9
4,9
22,8
22,0
13,2
0,8
1,9
0,7
2,8
4,1
3,1
3,6
2,5
0,5
0,1
0,5
1,5
0,1
2,7
17,0
23,8
23,5
5,9
13,3
20,0
21,0
25,5
23,9
17,4
21,9
16,6
2,5
7,2
14,4
10,1
2,8
1,2
0,2
0,8
2,5
1,5
2,9
0,6
2,0
0,4
0,9
0,2
0,6
2,2
1,2
0,1
0,1
0,3
4,5
1,5
0,1
0,3
4,9
0,5
0,7
2,7
1,9
10,2
0,0
0,0
0,6
0,0
0,2
0,4
0,7
0,2
0,1
3,1
2,8
3,5
2,2
1,8
1,6
1,8
1,4
11,0
8,9
57,0
45,0
26,5
17,0
6,5
6,1
9,5
5,2
16,5
0,0
16,2
16,6
0,0
0,1
3,0
2,8
2,0
0,2
1,3
0,0
Коэф.
избытка
воздуха
РасДав. по Температура
ход
сырью, сырья
сырья Р МПа
Т21°
Т1°С
т/час
С
1,0
1,02
1,01
1,02
1,01
1,10
1,10
1,10
1,20
1,02
1,01
1,1
1,2
1,2
1,2
1,3
1,2
1,2
1,18
1,0
1,1
1,1
1,1
1,1
1,01
1,00
1,10
1,2
1,1
1,1
13,0
13,5
13,2
14,2
12,1
12,3
13,2
13,5
25,2
24,8
10,3
17,3
17,5
30,2
30,1
26,8
18,6
32,5
28,3
12,5
16,4
17,0
19,5
13,4
12,8
12,2
15,3
15,6
14,2
14,6
0,61
0,48
0,79
0,79
0,90
0,79
1,00
1,10
1,25
1,55
0,90
1,40
1,55
1,91
1,55
1,91
1,91
2,32
2,32
1,10
1,25
1,55
1,55
1,00
0,79
0,90
1,00
1,25
1,10
1,00
160
150
170
170
175
170
180
185
190
200
175
195
200
210
200
210
210
220
220
185
190
200
200
180
170
175
180
190
185
180
550
540
550
520
550
480
500
510
760
750
420
600
700
770
780
680
700
780
760
580
600
620
640
520
480
500
510
560
540
530
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
6. Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины
Для контроля знаний и умений студентов используется рейтинговая
система, т.е. при оценке работы учитываются успехи не только при сдаче
экзамена, но и текущей работы. При этом помимо текущего контроля
(тестовые задания и контрольные задачи), осуществляемого на практических занятиях, целесообразно проводить рубежные проверки по отдельным частям курса. Рубежный контроль позволяет установить,
сформировалась ли у студента система базовых знаний по соответствующему разделу курса, способствует организации самостоятельной работы студентов и лучшему усвоению ими изучаемого материала. Ниже
приведены виды контроля и максимально возможная оценка в баллах по
каждому из них.
1. Рейтинг текущего контроля (РТК) (учет результатов тестовых заданий
и контрольных задач в часы практических занятий) – учитывается работа по каждой теме отдельно – 350 баллов.
2. Рейтинг индивидуальных домашних работ (4 работы) РИДЗ – 400
баллов.
3. Рейтинг рубежного контроля (РРК) – 100 баллов.
4. Рейтинг семестровой итоговой контрольной работы и экзамена (РИК)
– 150 баллов.
Премиальные баллы студент может заработать за своевременное решение индивидуальных домашних заданий (до 80 баллов), а также за
активность во время практических занятий (до 60 баллов).
Перевод рейтинга в обычную систему проводится по следующей
шкале:
Более 850 баллов – отлично
700-850 баллов – хорошо
550-700 баллов – удовлетворительно
Студенты, не выполнившие индивидуальные домашние задания, не
допускаются до сдачи экзамена. Со студентами не набравшими за семестр 480 баллов, проводятся при необходимости дополнительные занятия и их работа оценивается по обычной системе.
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
РЕЙТИНГ-ЛИСТ
по дисциплине «Техническая термодинамика и теплотехника»
шестой семестр
Плановый объем учебной нагрузки
Лекции
26 часов
Практические занятия
8 часов
Виды выполняемых работ и их значение в баллах
1. Лекции:
13 лекцийх10 б=130б
2. Практические занятия:
- тестовый опрос
4 занятий х 20б=80б
- решение задач
4 занятий х 20б=80б
- контрольная работа
1работа х 100б=100б
3. Индивидуальные домашние
работы
4 работы х 120б=480б
4. Экзамен
=130б
ИТОГО 1000б
Контрольные точки, объемы работ и максимальное количество баллов к
указанному сроку
1-я контр. 2-я контр. 3-я контр.
Вид работ
точка
Точка
Точка
Лекции
30
60
85
Практические занятия
90
270
365
Индивидуальные домашние задания 200
300
400
Итого
320
630
850
Составил доцент:
Эрдман С.В.
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
Перечень вопросов к экспресс опросу
Тема 1: Основное понятие термодинамики. Первый закон термодинамики для закрытой, открытой термодинамической системы и для кругового
процесса
1. Перечислите все экстенсивные параметры состояния термодинамической системы.
2. Какой из процессов в идеальных условиях можно отнести к обратимым
процессам:
а) перемешивание в реакторе;
б) сжатие газа в поршневом компрессоре;
в) процесс, протекающий в отрезке проводника с сопротивлением;
г) процесс, протекающий в отрезке проводника с конденсатором.
3. Работающая ректификационная колонна – это какая термодинамическая система?
4. В аналитическом выражении I закона термодинамики какой из параметров характеризует состояние термодинамической системы?
5. При каком процессе работа в термодинамической системе совершается за счет внутренней энергии?
6. Какой параметр при равных условиях по абсолютной величине больше
энтальпия или внутренняя энергия?
7. Запишите I закон термодинамики для кругового процесса.
8. Чему равняется разность между мольными теплоемкостями в изобарном и изохорном процессах?
9. Укажите область на Р-V диаграмме с отрицательной теплоемкостью.
10. Укажите область на Р-V диаграмме, которая характеризует политропный процесс n=0,8 с подводом теплоты.
Тема 2: Второй закон термодинамики
1. Запишите аналитическое выражение II закона термодинамики для закрытой термодинамической системы.
2. Чему равняется энтропия адиабатной системы?
3. Чему равняется энтропия изолированной системы в состоянии равновесия?
4. За счет чего возрастает энтропия в необратимых процессах?
5. Являются ли перенесенная энтропия и произведенная энтропия параметрами состояния термодинамической системы?
6. Может ли энергия диссипации пересекать границы термодинамической системы?
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
7. Запишите аналитическое выражение II закона термодинамики для
процесса в единицу времени.
8. Из каких процессов состоит цикл Карно?
9. Как можно рассчитать термический коэффициент полезного действия
цикла Карно ηt?
10. Какой параметр оказывает большее влияние на изменения ηt Карно?
Тема 3: Эксергия. Виды эксергии. Эксергетический баланс
1. Чему равняется эксергия окружающей среды?
2. По какой формуле можно рассчитать анергию тепла?
3. Запишите формулу эксергетической температурной функции.
4. Если любая энергия состоит из эксергии и анергии, то чему равняется
составляющая анергии в электрической энергии?
5. Из каких составляющих складывается эксергия NH3 при t=30°С и
Р=320 ат.
6. По какой формуле можно рассчитать эксергию конденсации пара, например при t=200°С?
7. С чем связаны суммарные потери эксергии в эксергетическом балансе?
8. Как можно рассчитать потери эксергии при теплопередаче?
9. Запишите уравнение Гюи-Стодоллы для расчета потерь эксергии, связанных с необратимостью процессов.
10. Как рассчитывается эксергия топлива?
Тема 4: Термодинамика реальных газов
1. В каком состоянии водяной пар относится к идеальным газам?
2. Чему равняется газовая постоянная для перегретого газа?
3. На какой линии кривой парообразования на P-V и T-S диаграммах
расположены точки, характеризующие состояния сухого насыщенного
пара?
4. При адиабатном нагревании влажного насыщенного пара как будут
меняться его параметры: Т, Р, V, S, x?
5. Процесс парообразования какой это процесс?
6. К какому состоянию относится воздух, если в нем находится пар во
влажном насыщенном состоянии?
7. Температура, при которой ненасыщенный влажный воздух становится
насыщенным.
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
8. Как будет направлен теплообмен между воздухом и водой, если температура мокрого термометра больше температуры воды?
9. Как меняются параметры влажного воздуха при его нагревании: d, P,
ϕ, t (используйте диаграмму H-D)?
10. Как можно рассчитать относительную влажность воздуха?
Тема 5: Процесс сжатия и расширения газов и паров в компрессорах и
турбинах. Истечение газов и паров
1. Как можно рассчитать действительную мощность компрессора, если
известна теоретическая мощность?
2. При каком процессе совершается идеальная работа сжатия газов и
паров в компрессорах?
3. В каком случае применяется многоступенчатое сжатие?
4. Как можно рассчитать количество ступеней сжатия в компрессоре?
5. Канал, который предназначен для разгона газа или пара?
6. Какой диффузор нужно установить по направлению движения газа или
пара, если скорость на входе в канал дозвуковая?
7. Если необходимо получить сверхзвуковую скорость газа или пара какой канал применяется?
8. Расширение газов в турбине – какой это процесс?
9. Как можно рассчитать секундный расход пара, истекающего через сопло, используя H-S диаграмму?
10. Как меняются параметры Н, S, P, V, T при дроссепировании реальных газов и паров?
Тема 6: Теплосиловые установки. Циклы теплосиловых установок
1. Перечислить основные элементы, входящие в паротурбинную установку (ПТУ).
2. По какому циклу работают ПТУ вырабатывающие только электрическую энергию?
3. Перечислите основные направления, позволяющие увеличить к.п.д.
цикла Ренкина на перегретом паре?
4. За счет чего увеличивается эффективность использования теплоты в
теплофикационном цикле?
5. Что является рабочим теплом в газотурбинной установке (ГТУ)?
6. Перечислите основные элементы ГТУ.
7. Виды циклов ГТУ.
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
8. Как можно увеличить к.п.д. цикла ГТУ с подводом тепла при постоянном давлении?
9. Перечислите виды двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
10. В каких теплосиловых установках самый высокий к.п.д.?
Тема 7: Холодильные установки. Циклы холодильных установок
1. Что является рабочим телом в холодильных установках?
2. Перечислите холодильные установки умеренного охлаждения.
3. За счет чего вырабатывается холод в парокомпрессионных холодильных установках?
4. Изобразите цикл парокомпрессионных холодильных установок в T-S
диаграмме.
5. За счет чего вырабатывается холод в абсорбционных холодильных
установках.
6. Чем отличается холодильная установка от теплового насоса?
7. Методы получения глубокого холода.
8. Изобразите цикл глубокого холода по методу Линдэ.
9. За счет чего понижается температура реальных газов по методу Клодэ?
10. На каком методе получения глубокого холода основан цикл Капицы
низкого давления?
Тема 8: Топливо. Теплогенерирующие установки
1. Где больше содержится углерода в торфе или антроците?
2. Если необходимо получить 50 мдж теплоты при сжигании 1 кг топлива,
какой вид топлива используют?
3. Как изменится теплота сгорания топлива с увеличением содержания в
нем О2?
4. Перечислите типы форсунок, применяемых для сжигания жидкого топлива.
5. Топка, которая может быть использована для сжигания всех видов топлива.
6. В какой из топок предпочтительнее сжигать твердое топливо, имеющее высокий процент зольности?
7. Из каких камер состоит трубчатая печь?
8. Какие процессы протекают в радиантных трубах?
9. Как предается тепло в конвекционной камере?
10. Если рабочий орган печи представляет собой горизонтальный канал
– какая это печь?
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
Тема 9: Вторичные энергоресурсы «Энергохимическое комбинирование»
1. В каких установках утилизируются высокопотенциональные тепловые
вторичные энергоресурсы (ВЭР)?
2. До какой температуры можно нагреть воду используя для утилизации
низкопотенциальные тепловые ВЭР в аппаратах мгновенного вскипания?
3. В каких холодильных установках может применяться ВЭР?
4. Приведите пример утилизации ВЭР избыточного давления.
5. В каких устройствах используются горючие ВЭР?
6. Что эффективнее утилизация ВЭР или энергохимическое комбинирование?
7. Приведите пример энергохимического комбинирования на уровне
предприятия химической промышленности.
8. Что является продуктами химической энерготехнологии?
9. Приведите пример из химической технологии совместного оборудования печь + котел утилизатор.
10. Приведите пример из химической технологии работы компрессоров и
турбин.
Образец экзаменационного билета
Билет №1
Дисциплина:
Факультет:
Курс:
Техническая термодинамика и теплотехника
Химико-технологический
3
1. Первый закон термодинамики для открытой термодинамической системы. Энтальпия. Понятие, физический смысл – 50б.
2. Теплосиловые установки. Паротурбинная установка. Циклы паротурбинной установки на P-V, T-S, H-S диаграммах – 50б.
3.Воздух при давлении Р1=1 ат и температуре 270С сжимается в компрессоре до Р2=20 ат. Определить величину работы, затраченной на
сжатие 100 кг воздуха, если сжатие производится изотермически – 60 б.
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Для успешного изучения дисциплины студентам предлагаются
следующие методические указания, составленные авторами данной программы:
6.1. Сборник задач по энерготехнологии химических производств с использованием элементов программирования, Томск, ТПУ, 1995.14с.
6.2. Расчет процессов, протекающих в системе топка-печь - котелутилизатор, Томск, ТПУ, 1996.- 26 с.
6.3. Термодинамический анализ типовых химических процессов, Томск,
ТПУ, 1996.- 16с.
6.4. Расчет калорических параметров состояния. Расчет процесса горения, Томск, ТПУ, 1996.- 32 с.
6.5. Справочное пособие. Таблицы термодинамических параметров,
программы и графики для решения задач по технологии переработки нефти и газа. 1996- 10 с
6.6. Термодинамические параметры состояния. Метод. Указания к выполнению самостоятельной работы, Томск, ТПУ, 2004.- 32 с.
Перечень рекомендуемой литературы
7.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Основная
Новиков И.И. Термодинамика.- М.: Машиностроение, 1984.- 592 с.
Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника.- М.: Высш. шк. 1986.344 с.
Теплотехника. /Под ред. А.П. Баскакова.- М.: Энергоатомиздат.- 1991.225 с.
Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков Б.А. Теплогенерирующие установки. М.: Стройиздат.- 1986.- 242 с.
Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Парогенератора промышленных
предприятий.- М.: Энергия, Энергия, 1978.- 326 с.
Лейтес И.Л. и др. Теория и практика химической энерготехнологии.М.: Химия, 1988.- 280 с.
Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа.- М.: Энергия, 1973.- 246 с.
Семененко И.А., Куперман Л.И., Романовский С.А. и др. Вторичные
энергоресурсы и энерготехнологическое оборудование в промышленности.- Киев: Высш. школа, 1979.- 296 с.
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
Рабочая программа учебной
дисциплины
9. Хараз Д.И., Псахис В.И. Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах.- М.: Химия, 1984.- 224 с.
10. Степнов В.С. Химическая энергия и эксергия веществ.- Новосибирск: Наука, 1985.- 102 с.
Дополнительная литература
11. Бомарский А.В., Голдобеев В.И. и др. Сборник задач по термодинамике и теплопередаче.- М.: Высш. школа, 1972.- 304 с.
12. Картушинская А.И., Лельчук Х.А., Стромберг А.Г. Сборник задач по
химической термодинамике.- М.: Высш. школа, 1973.
13. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии
переработки нефти и газа.- М.: Химия, 1973.- 273 с.
14. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций.- М.: Химия, 1970.- 520 с.
15. Жоров Ю.М. Термодинамика химических процессов.- М.: Химия,
1985.- 464 с.