Wprowadzenie do przemysłu petrochemicznego

Definicja i zakres przemysłu petrochemicznego. Rola inżynierii chemicznej w sektorze rafineryjnym i petrochemicznym.  Podstawowe typy surowców: ropa naftowa, gaz ziemny, frakcje pochodzące z rafinacji Najważniejsze produkty: paliwa (benzyna, olej napędowy, LPG, lotnicze), petrochemikalia podstawowe (etyl, propyl, benzen, toluen), tworzywa sztuczne, włókna syntetyczne, detergenty

Surowce i ich charakterystyka

Budowa i skład ropy naftowej. Właściwości fizyczne frakcji ropy: benzynowa, naftowa, gazolowa, olejowa, pozostałości ciężkie (mazut, asfalteny) Gaz ziemny: skład (metan, etan, propan, butan, siarkowodór), metody oczyszczania.

Podstawy mechaniki płynów:

1. Właściwości fizyczne płynów, Naprężenia lepkie w płynach rzeczywistych. Podstawowe modele reologiczne płynów. Równania ruchu płynów i równania Naviera-Stokesa. Przepływ płynu lepkiego przez przewody i spływ cieczy po ściankach. 
2. Hipoteza ciągłości. Punkt materialny i element płynu. Siły działające w płynach. Ciśnienie hydrostatyczne. Równania równowagi płynu. Potencjał sił masowych. Powierzchnie ekwipotencjalne. Napór statyczny płynu. Siła wyporu i warunki pływania ciał.
3. Podstawy dynamiki płynów: równanie Eulera, równanie Bernoulliego dla płynu doskonałego i rzeczywistego. Charakterystyka przepływu laminarnego i burzliwego. Hipoteza Reynoldsa i intensywność burzliwości. Uśrednione równania transportu. Naprężenia Reynoldsa. Uniwersalny rozkład prędkości płynu.

Budowa, zasada działania charakterystyki pracy pomp wirowych. Charakterystyki układów pomp połączonych szeregowo i równoległe. Dobór pompy do rurociągu. Przepływ gazów w przewodach. Charakterystyki układów hydraulicznych: pomparurociąg, zbiornik naporowy-rurociąg i pompa-zbiornik naporowy-rurociąg

Procesy wydobycia i transportu w rurociągach.  

• Wydobycie z odwiertów.  
• Wymywanie ropy z łubków.
• Transport cieczy nienewtonowskich.
• Uniwersalna liczba Reynoldsa, obliczenia oporów przepływu płynów nienewtonowskich itp.

Podstawy ruchu ciepła:

• mechanizmy ruchu ciepła
• przewodzenie ciepła przez ściankę płaską i cylindryczną, jedno i wielowarstwową
• przenikanie ciepła 
• wymienniki ciepła, metody oblicznia zastępczej różnicy temperatur

Podstawy ruchu masy

Procesy rafineryjne – Procesy fizyczne przetwórstwa ropy naftowej:

• Destylacja atmosferyczna
• Destylacja próżniowa
• rektyfikacja dwu i wieloskładnikowa
• Ekstrakcja rozpuszczalnikowa
• Absorpcja i adsorpcja

Procesy rafineryjne – Procesy konwersyjne przetwórstwa ropy naftowej:

• Kraking termiczny
• Kraking katalityczny (FCC)
• Reforming katalityczny
• Izomeryzacja
• Alkilosynteza
• Piroliza parowa (steam cracking) – podstawa produkcji etylenu i propylenów

Najważniejsze aparaty i urządzenia stosowane w przemyśle petrochemicznym

• Kolumny destylacyjne (z półkami, z wypełnieniem)
• Reaktory: rurowe, złoża fluidalne (FCC), reaktory katalityczne
• Wymienniki ciepła
• Piece procesowe (piroliza, reforming)
• Separatory i zbiorniki
• Sprężarki i pompy

Podstawy projektowania procesów petrochemicznych

• Bilanse masowe i energetyczne,
• Równowaga fazowa w układach wieloskładnikowych
• Dobór i modelowanie reaktorów chemicznych
• Mechanizmy reakcji i kinetyka chemiczna
• Rola symulacji procesowych (np. Aspen Plus, HYSYS)

Moduł mechanika płynów:

• reometria i reologia cieczy newtowowskich i nienewtonowskich
• wyznaczanie spadków ciśnienia w przewodach prostych i rozgałęzionych oraz na oporach lokalnych
• badanie opadania cząstek ciała stałego w cieczy; - badanie parametrów przepływu dwufazowego mieszanin gaz-ciecz
• wyznaczanie charakterystyk pompy wirowej i zestawu pomp wirowych połączonych szeregowo i równolegle - charakterystyk zbiorczych
• badanie wypływu cieczy ze zbiornika. Wyznaczanie współczynnika wypływu dla różnych przystawek
• transport pneumatyczny
• udar hydrauliczny 

Moduł ruch ciepła:

• badanie wymienników ciepła, rozkład temperatur dla wymienników współ- i przeciwprądowych
• wrzenie cieczy

Moduł ruch masy:

• wnikanie masy w fazie gazowej
• rektyfikacja w kolumnie wypełnionej
• kinetyka procesu suszenia

Obliczanie oporów przepływu i oporów lokalnych podczas przepływu płynów newtonowskich w przewodach całkowicie wypełnionych medium oraz w kanałach otwartych. Charakterystyka pojedynczego rurociągu oraz układów rurociągów połączonych szeregowo i równolegle.

Obliczenia właściwe dla ruchu ciepła:

• przewodzenie ciepła przez ściankę płaską i cylindryczną, jedno i wielowarstwową, obliczenia strumienia cieplnego, rozkładu temeratur w ściance;
• wnikanie i przenikanie ciepła - obliczanie współczynników przenikania ciepła dla wielowarstwowej ścianki płaskiej i cylindrycznej;
• obliczenia wymienników ciepła, metody oblicznia zastępczej różnicy temperatur

Obliczenia właściwe dla ruchu masy:

• Wyrażanie i przeliczanie stężeń.
• Współczynniki dyfuzji w fazie gazowej i ciekłej.
• Dyfuzja równomolowa przeciwkierunkowa.
• Dyfuzja jednego składnika przez drugi składnik nieruchomy (inert).
• Wnikanie i przenikanie masy. Współczynniki wnikania i przenikania masy.
• Równowaga absorpcyjna. Absorpcja przeciwprądowa, absorpcja współprądowa, bilans masy.
• Nawilżanie i suszenie powietrza, wilgotność względna i bezwzględna.
• Destylacja i rektyfikacja, bilans masy procesu, wyznaczenie liczby półek teoretycznych, wyznaczanie wysokości równoważnej półce teoretycznej.

Kolokwium pisemne z wykładu. Warunkiem zaliczenia jest otrzymanie pozytywnej oceny tj. uzyskanie minimum 60% możliwych do uzyskania punktów. 

Warunkiem zaliczenia ćwiczeń jest uzyskanie pozytywnej oceny (minimum 60% możliwych do uzyskania punktów) z każdego z dwu kolokwiów przeprowadzonych w trakcie semestru. 

• pierwsze kolokwium obejmuje statykę i dynamikę płynów i ocena z niego stanowi 40% oceny końcowej z ćwiczeń
• drugie kolokwium obejmuje podstawowe obliczenia cieplne (bilanse, wyznaczanie współczynników wnikania i przenikania ciepła, podstawowe obliczenia wymienników ciepła) oraz zagadnienia wymiany masy (przeliczanie stężeń, wyznaczenie wartości współczynnika dyfuzji, bikanse procesów absorpcji, destylacji i rektyfikacji, podstawowe obliczenia aparatów stosowanych w procesach wymiany masy), ocena z 2 kolokwium stanowi 60% oceny końcowej z ćwiczeń

Warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnej oceny:

• z zaliczenia ustnego dla wszystkich wykonywanych ćwiczeń laboratoryjnych. Uśredniona ocena z kolokwiów ustnych stanowi 15% oceny końcowej z przedmiotu (60% oceny z laboratorium).
• otrzymanie pozytywnej oceny ze sprawozdania merytorycznego wykonanego w grupach laboratoryjnych - 10% oceny końcowej z przedmiotu (40% oceny z laboratorium), prowadzący moż zróżnicować końcowe oceny ze sprawozdania biorąc pod uwagę bieżąca obserwacja pracy Studenta(ki) podczas zajęć laboratoryjnych m.in. aktywnego udziału w zajęciach laboratoryjnych i udział w opracowaniu wyników

Zaliczenie pisemne (kolokwium)
Ocena pozytywna, gdy student:

• potrafi właściwie definiować podstawowe pojęcia mechaniki płynów, ruchu ciepła i ruchu masy
• potrafi zdefiniować zagadnienie i wykonać podstawowe obliczenia z zakresu statyki płynów
• potrafi zdefiniować zagadnienie i wykonać podstawowe obliczenia z zakresu dynamiki płynów
• potrafi zdefiniować zagadnienie i wykonać podstawowe obliczenia z zakresu wymiany ciepła
• potrafi zdefiniować podstawowe zależności konieczne do wykonania bilansów energii i obliczeń wymiennika ciepła
• potrafi zdefiniowac zagadnienie i wykonać podstawowe obliczenia z zakresu ruchu masy
• dobiera właściwe procesy rozdzielania/oczyszczania surowców w przemyśle petrochemicznym (np. filtracja, ekstrakcja, destylacja, rektyfikacja, krystalizacja, wirowanie itp.) i uzasadnia wybór na podstawie różnic właściwości fizycznych różnych surowców 
• dobiera właściwe procesy rozdzielania/oczyszczania produktów w przemyśle petrochemicznym (np. filtracja, ekstrakcja, destylacja, rektyfikacja, krystalizacja, wirowanie itp.) i uzasadnia wybór na podstawie różnic właściwości fizycznych tych produktów
  
  

Ocena pozytywna gdy student/ka:

• potrafi zdefiniować podstawowe wymagania bezpiecznego prowadzenia procesów petrochemicznych m.in  wskazuje kluczowe parametry procesu (np. temperatura, pH, ciśnienie, czas, intensywność grzania i  mieszania, stężenia, strumienie) oraz opisuje jak wpływają na bezpieczeństwo procesu
• uwzględnia specyfikę przemysłową (skalowanie, bezpieczeństwo procesu, wymagania jakościowe/ryzyko zanieczyszczeń, w tym w kontekście otrzymania produktów petrochemicznych

Ocena pozytywna, gdy sprawozdanie:
• zawiera porównanie wyników eksperymentalnych z co najmniej jednym źródłem literaturowym i/lub modelem teoretycznym (w formie tabel/wykresów);
• przedstawia metodę porównania (np. błąd względny, przedziały niepewności, dopasowanie krzywej) oraz poprawne obliczenia;
• zawiera interpretację rozbieżności: wpływ warunków doświadczenia, uproszczeń modelu, jakości pomiarów, niepewności i błędów systematycznych;
• formułuje wnioski: czy wyniki są zgodne w akceptowalnym zakresie i co to oznacza dla poprawności badań/metody.
• interpretuje wyniki w odniesieniu do celu i hipotezy oraz wskazuje ich znaczenie;

Opracowanie wyników badań
Ocena pozytywna, gdy student:
• potrafi pracować w grupie i poprzez wspólną dyskusję interpretuje wyniki w odniesieniu do celu i hipotezy oraz wskazuje ich znaczenie;
• bierze czynny udział w wykonywaniu zajęć laboratoryjnych oraz podczas opracowania otrzymanych wyników i wykonywaniu sprawozdania  - na podstawie obserwacji prowadzącego