Рекомендуемые образовательные технологии: лекции, и практические занятия, самостоятельная работа студентов.
Необходимо использовать активные и интерактивные формы обучения (разбор конкретных ситуаций, обсуждение отдельных разделов дисциплины). В сочетании с внеаудиторной работой это способствует формированию и развитию профессиональных навыков обучающихся.
В учебном процессе широко используются как традиционные, так и интерактивные формы проведения аудиторных занятий. В сочетании с внеаудиторной работой это способствует более успешному формированию и развитию у обучающихся соответствующих компетенций. В целом интерактивные занятия составляют 49% объема аудиторной работы.
Побригадное групповое обсуждение наиболее эффективно при проведении лабораторных занятий – практика показала, что оно не только помогает осваивать изучаемый материал, но и значительно сокращает временные затраты как на выполнение лабораторных работ, так и на их защиту.
Метод деловых игр можно использовать косвенно в виде модели научного обсуждения на семинарах. Это развивает способность студента к коллективному мышлению и совместной выработке решения. В качестве темы игры рекомендуется установить соответствие между хорошо знакомым явлением и изученным физическим законом.
Разбор конкретных ситуаций можно использовать на семинарах. В качестве обсуждаемой проблемы здесь отлично выступает та или иная ситуация, имевшая место при решении научной либо научно-практической задачи, а также при эксплуатации того или иного оборудования. Вместе с тем такие приемы рекомендуются применять в первую очередь с наиболее успевающими студентами (прежде всего для выявления склонности к научной работе).
Ниже приведено распределение интерактивных технологий по видам учебных занятий, а также общее соотношение занятий, проводимых в традиционной форме и с использованием интеркативных технологий.
| Семестр | Неделя | Распределение интерактивных технологий по видам учебной работы | |
| Лекции | Практические занятия | ||
| Основные виды и классификация теплообменного оборудования промышленных предприятий, | |||
| Основные виды теплоносителей, их свойства, область применения. | Побригадное групповое обсуждение | ||
| Газожидкостные и жидкостно-жидкостные смесительные теплообменники: конструкции, принцип действия. | |||
| Режимы эксплуатации; тепловой, гидравлический, прочностной расчеты рекуперативных теплообменников. | |||
| Назначение, конструкции, принцип действия, основы расчета. | |||
| Испарительные, опреснительные, выпарные и кристаллизационные установки; принцип действия. | Метод деловых игр | ||
| Основные конструкции выпарных аппаратов, тепловые схемы и установки; | |||
| Физико-химические и термодинамические основы процессов выпаривания и кристаллизации; основы теплового расчета. | Разбор конкретных ситуаций | ||
| Конструкции и принцип действия аппаратов; физико-химические и термодинамические основы процессов перегонки и ректификации. | |||
| Фазовые диаграммы состояния смесей жидкостей: | |||
| Основы кинетики массообмена; материальный и тепловой расчет установки. | |||
| Конструкции, принцип действия и основы расчета абсорбционных и адсорбционных аппаратов. | Побригадное групповое обсуждение | ||
| Понятие о процессе сушки; формы связи влаги с материалом; основы кинетики и динамики сушки. | |||
| Принципиальные схемы и конструкции сушильных установок; тепловой баланс конвективной сушильной установки. | Разбор конкретных ситуаций | ||
| Построение процесса сушки в h-d диаграмме влажного газа. | |||
| Теплообменники-утилизаторы для использования теплоты вентиляционных выбросов, отработанного сушильного агента, низкопотенциальных вторичных энергоресурсов; основные конструкции, принцип действия, | Метод деловых игр | ||
| Основы расчета и подбора стандартного оборудования и вспомогательного оборудования. |
| Семестр | Распределение нагрузки в часах по видам учебной работы | Итого аудиторной работы за семестр | ||||||
| Лекции, час | Лабораторные занятия, час | Практические занятия, час | ||||||
| Всего | Из них с исполь-зованием интерактивных технологий | Всего | Из них с использованием интерактивных технологий | Всего | Из них с использованием интерактивных технологий | Всего | Из них с использованием интерактивных технологий | |
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебное методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Лабораторный практикум
Лабораторный практикум учебным планом дисциплины не предусмотрен.
Практические занятия
Рабочей программой курса предусмотрены практические занятия. Во время практических занятий студенты на учебных примерах и задачах по тепломассообменному оборудованию предприятий закрепляют знания, полученные при прослушивании лекций и при самостоятельной работе над изучением дисциплины.
Задание 1
По результатам теплового, гидравлического и технико-экономического расчетов выбрать оптимальный вариант нормализованного спирального теплообменника при следующих исходных данных: расход греющего теплоносителя G1=38 кг/с, его температура на входе в теплообменник t′1=130⁰С и выходе из теплообменника t″1=90⁰С, температура нагреваемого теплоносителя на входе и выходе соответственно t′2=16⁰С и t″2=46⁰С.
Греющий и нагреваемый теплоносители - оборотная вода, схема движения теплоносителей противоточная, коэффициент потерь теплоты в теплообменнике ηп = 0,98, материал спиралей - углеродистая сталь с коэффициентом теплопроводности λ = 50 Вт/(м⋅К), толщина спиральной ленты δ = 0,004 м, термические сопротивления загрязнений на поверхности спиральной ленты со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей R1 = 2⋅10-4 м2⋅К/Вт и R2 = 3⋅10-4 м2⋅К/Вт, сумма коэффициентов местных сопротивлений в каждом канале теплообменника Σζ = 3, КПД насосных установок для подачи теплоносителей η = 0,63, цена электроэнергии Цэ = 0,02 руб./кВт⋅ч, число часов работы оборудования τр = 8000 ч/год.
Оптимизацию теплообменника выполнить для трех значений ширины канала: b = 0,008, b = 0,012 и b = 0,016 м. В качестве критериев оптимальности (КО) принять: запас по поверхности теплообмена ∆F, коэффициент компактности Кк, коэффициент металлоемкости Км, энергетический коэффициент Ке и приведенные затраты Рs.
Вычертить эскиз теплообменника с указанием конструктивных размеров.
Построить графики зависимости КО от ширины канала, в выводах указать оптимальный вариант нормализованного теплообменника.
Задание 2
Рассчитать и подобрать многоходовые калориферы для калориферной установки, осуществляющей нагрев воздуха, при следующих условиях: греющий теплоноситель - вода с температурой t1'=105⁰С на входе и t1"=52⁰ на выходе, расход воздуха G2=3 кг/с, температура воздуха на входе в установку t2'=-36⁰С и на выходе из нее t2"=26⁰С.
Вычертить эскиз калорифера с указанием конструктивных размеров и схему соединения калориферов в установке по воде и воздуху, указать количество, тип и номер выбранных калориферов, привести их технические характеристики.
Задание 3
Определить длину L и диаметр D пневматической трубы-сушилки с однократным использованием сушильного агента для высушивания влажного песка нагретым воздухом при следующих условиях: производительность сушилки по высушенному материалу G2=0,6 кг/с, начальная влажность песка ω1о=4%, конечная влажность песка ω2о=0,5%, температура свежего воздуха tо=5⁰С, влагосодержание свежего воздуха dо=2 г/кг, температура воздуха после калорифера t1=200⁰С, температура воздуха на выходе из сушилки t2=90⁰С, эквивалентный диаметр частиц материала d=1 мм, начальная температура влажного материала tм1=6⁰С, удельные потери теплоты в окружающую среду qп=20 кДж/кг.
При выполнении расчетов принять давление воздуха в сушилке равным атмосферному, удельную теплоемкость материала см = 0,8 кДж/(кг·К), его насыпную плотность ρм = 1200 кг/м3.
Выбрать схему сушилки с указанием рассчитанных конструктивных размеров, привести выкопировку из h-d-диаграммы с построенными процессами
подогрева воздуха в калорифере и сушки в теоретической и действительной сушилках.
Задание 4
В ректификационной колонне непрерывного действия с сетчатыми тарелками происходит разделение бинарной смеси четыреххлористый углерод - толуол. Мольные доли низкокипящего компонента (четырехклористого углерода) составляют: в исходной меси хF=0,26, в дистилляте хD=0,85 в остатке хW=0,02. Массовая производительность колонны по исходной смеси GF=2,1 кг/с, коэффициент полезного действия тарелки η=0,5, расстояние между тарелками hT=0,37 м. Давление в колонне атмосферное, средняя температура t = 94⁰С.
Определить высоту Н и диаметр D колонны методом теоретических тарелок, число тарелок n, а также тепловой поток QD, отдаваемый охлаждающей воде в теплообменнике - дефлегматоре. Вычертить принципиальную схему ректификационной колонны с указанием рассчитанных конструктивных размеров, построить на миллиметровой бумаге диаграмму равновесия, рабочие линии колонны и ступени изменения концентраций на теоретических тарелках.