1. Цель освоения дисциплины
Целью изучения дисциплины является формирование навыков использования в производственной деятельности методик инженерных расчетов
процессов, а также аппаратов и машин, применяемых для их осуществления.
2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
В соответствии с учебным планом по направлению подготовки 240700.62
Биотехнология дисциплина «Процессы и аппараты биотехнологии» относится к
дисциплинам базовой части профессионального цикла.
К исходным требованиям, необходимым для изучения дисциплины «Процессы и аппараты биотехнологии», относятся знания, умения и виды деятельности, сформированные при получении среднего (полного) общего или среднего профессионального образования, а также при освоении дисциплин:
«Математика», «Инженерная графика», «Физика», «Физическая химия», «Техническая термодинамика и теплотехника», «Прикладная механика», «Основы биотехнологии».
Для качественного усвоения дисциплины студент должен:
- знать: основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности.
- уметь: разрабатывать технологические проекты в составе авторского коллектива.
Дисциплина «Процессы и аппараты биотехнологии» является базовой для выполнения выпускной квалификационной работы.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в процессе изучения дисциплины «Процессы и аппараты биотехнологии»»
Процесс изучения дисциплины «Процессы и аппараты биотехнологии»
направлен на формирование у студентов профессиональных компетенций:
«Участвовать в разработке технологических проектов в составе авторского коллектива» (ПК-10), «Осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров биотехнологических процессов, свойств сырья и продукции (ПК-15).
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать: основные закономерности процессов биотехнологии; основные способы и режимные параметры процессов получения и обработки сырья, промежуточных продуктов и отходов биотехнологии; методики инженерных расчетов машин, применяемых для осуществления основных процессов биотехнологии.
Уметь: определять гидродинамические характеристики и гидродинамическую структуру потоков; рассчитывать и выбирать оборудование для получения и разделения газовых и жидких, сыпучих и твердых неоднородных систем; проводить термодинамический анализ тепловыделяющих и теплоиспользующих установок; рассчитывать механические, тепловые, массообменные и реакционные аппараты биотехнологических производств; ориентироваться в современных процессах и техническом обеспечении отрасли;
осуществлять правильный выбор и использование соответствующего оборудования применительно к решению конкретных производственных задач отрасли; выполнять проектные расчеты основных машин и аппаратов биотехнологических производств.
Владеть: методиками определения гидродинамических характеристик и гидродинамической структурой потоков; методиками термодинамического анализа тепловыделяющих и теплоиспользующих установок; методиками проектных расчетов основных машин и аппаратов биотехнологических производств.
4. Структура и содержание дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 216 часов, из них аудиторная работа – 126 ч., самостоятельная работа – 90 ч.
Таблица Структура и содержание дисциплины СамоАудиторная стоя- Контроль Неделя семестра работа тельная знаний работа № Тема занятия.
Содержание п/п Вид занятия Количество Количество Форма проmax балл ведения Форма часов часов Вид 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6 семестр Основы процессов и аппаратов биотехнологии 1 Предмет изучения. Его роль в современном биотехнологическом производстве. Основные понятия. Классификация основных процессов био- Л В ВК ПО 1 2 - технологии. Основные законы науки о процессах и аппаратах.
2 Единицы измерения физических величин.
Международная система измерений. Основные Л3 Т ТК ПО 1 2 и производные единицы измерений и их обозначение.
3 Аппараты, требования предъявляемые к ним.
Аналитический и экспериментальный методы.
Основные положения теории подобия. Изучение
Л В ТК КЛ
4 Реологические методы определения основных гулирования и управления качеством сырья и готовой продукции.Методы и приборы для проведения реологических исследований.
Оценка консистенции сырья, промежуточных Приборы и стенды для реологических исследований.
Основные свойства технологических и рабочих сред.
прессионные свойства технологических и рабочих сред.
Методы и приборы для проведения реологических исследований.
Основные методы дисперсного анализа сырья,
Л В ТК КЛ
приборов для измерения СМХ.Определение основных характеристик технологических и рабочих сред.
гических и рабочих сред аппаратов биотехнологии различными способами. Приборы для измерения сдвиговых характеристик.
Основы гидростатики и гидродинамики. Гидромеханические процессы.
Гидростатика.
Изучение приборов для измерения уровня, давления, расхода.
Гидродинамика. Дифференциальное уравнение
Л В ТК КЛ
Измерение и вычисление гидростатического точного и вакуумметрического давлений опытным путем.Основное уравнение гидростатики.
Уравнение Бернулли для установившегося движения невязкой (идеальной) жидкости,
Л В ТК КЛ
Режимы движения жидкости. Коэффициент гидравлического сопротивления.Изучение режимов движения жидкости.
го, турбулентного и переходного режима.
Гидравлические машины Насосы, вентиляторы.
Общие сведения о назначении и типах насосов.
Л В ТК КЛ
насоса, КПД, характеристики. Типы насосов.Компрессорные машины Экспериментальное исследование уравнения Бернулли на трубе переменного сечеЛ3 М ТК ПО ния. Построение диаграммы Бернулли, применение уравнения Бернулли.
Процессы образования неоднородных жидкостных систем. Процесс перемешивания.
энергии на процесс.
Процесс перемешивания.
19 Процессы образования неоднородных жидкостных систем. Псевдоожижение.
Л В ТК КЛ
20 Псевдоожижение.го слоя.
21 Процессы образования неоднородных жидкостных систем. Мембранные процессы. Дис- Л Т ТК КЛ 22 Изучение конструкции сепаратора. Расчет сепаратора.
23 Процессы разделения неоднородных жидкостных и газовых систем. Процесс осаждения.
Кинетика процесса. Режимы, скорость процесса. Особенности протекания процесса: осажде- Л В ТК КЛ поле действия центробежных сил. Центрифугирование, сепарирование.
24 Процесс осаждения.
периодического действия.
25 Процессы разделения неоднородных жидкостных и газовых систем.
Процесс фильтрования.
Л В ТК КЛ
режимы. Основные виды фильтров. Классификация аппаратов, реализующих процесс.26 Процесс осаждения. Изучение конструктивных особенностей и принципа работы циклон- Л3 Т ТК УО ной установки 27 Процесс фильтрования.
Изучение работы фильтровальной установки.
28 Теплообменные процессы.
Использование теории теплопередачи в расчетах тепловых процессов и аппаратов. Движу- Л В ТК КЛ 29 Теплообменные процессы.
теплоты 30 Теплообменные процессы с изменением и без изменения агрегатного состояния.
конденсация, замораживание, размораживание 31 Теплообменные аппараты.
Изучение конструктивных особенностей теплообменников применяемых в отрасли. ОпреЛЗ Т ТК ПО деление основных технологических характеристик аппарата.
32 Теплообменные аппараты.
Классификация и устройство теплообменной аппаратуры. Классификация теплоносителей.
Л В ТК КЛ
аппаратов (на примере трубчатого ТА) 33 Процесс выпаривания.Изучение процесса выпаривания на примере
ЛЗ М ТК ПО
работы двухкорпусной выпарной установки 34 Процесс выпаривания.Способы выпаривания. Однократное и многократное выпаривание. Составление материальЛ В ТК КЛ ного и теплового балансов. Распределение температур по высоте выпарной установки.
Выпаривание с применением теплового насоса.
35 Исследование работы двухкорпусной выпарной установки Определение конструктивЛЗ М ТК ПО ных параметров инжектора. Построение процесса по диаграмме.
Основы теории массопередачи.
Основные законы.
бенности его отображения на I–D диаграмме.
нетика сушки. Процесс сушки в I–D диаграмме.
бенности его отображения на I–D диаграмме.
бенности сушильных установок.
лительной сушилки Экстракция
ЛЗ Т ТК ПО
Аппаратура, реализующая процесс.Экстракция Физическая сущность и назначение процесса
Л Т ТК КЛ
экстракции. Экстракция из жидких систем и из твердых тел. Статика и кинетика процесса.Экстракция Изучение работы экстрактора. Определение
ЛЗ Т РК ПО
конструктивных и технологических параметров Массообменные процессы. Сорбция, дистилляция и ректификация.Сорбционные процессы.
Л В ТК КЛ
Абсорбция и адсорбция. Кристаллизация.Сорбционные процессы.
тивных и технологических параметров.
Сорбционные процессы.
Определение коэффициента массопередачи в
ЛЗ Т ТК ПО
аппарате со слоем адсорбента Дистилляция и ректификация. Аппараты Сорбционные процессы.Определение коэффициента массопередачи в
ЛЗ Т ТК УО
аппарате со слоем адсорбента Дистилляция и ректификация.Определение основных размеров тарельчатых теплового баланса ректификационной колонны при помощи тепловой диаграммы.
16 Процессы измельчения Общие сведения о процессе измельчения. Способы измельчения. Теоретические основы проЛ В ТК КЛ цессов измельчения. Устройство и работа основных типов дробилок. Их достоинства и недостатки.
17 Свойства сыпучих сред.
са. Определение коэффициента трения.
18 Процессы измельчения Классификация измельчающих устройств.
ЛЗ Т ТК УО
Конструктивные особенности рабочих органов измельчающих машин.19 Процессы измельчения чителя.
20 Процессы измельчения го продукта и энергоемкости процесса.
21 Процессы измельчения Изучение конструкции валковых дробилок.
ЛЗ Т ТК ПО
Определение энергоемкости процесса измельчения.материалов
Л Т ТК КЛ
Область применения. Способы разделения частиц Разделение по размерам и форме.
ЛЗ Т ТК ПО
Виды сит. Ситовой анализ.материалов
ЛЗ Т ТК УО
Магнитная и электромагнитная сепарация. Аппараты для сортировки.25 Процессы формообразования таблетирование.
26 Процессы формообразования
ЛЗ Т ТК УО
Изучение конструкции пресс-экструдера.27 Процессы формообразования средств.
Примечание:
Условные обозначения:
Виды аудиторной работы: Л – лекция, ЛЗ – лабораторное занятие.
Формы проведения занятий: В – лекция/занятие-визуализация, Т – лекция/занятие, проводимое в традиционной форме, М – моделирование Виды контроля: ВК – входной контроль, ТК – текущий контроль, РК – рубежный контроль, ТР – творческий рейтинг, ВыхК – выходной контроль.
Форма контроля: УО – устный опрос, ПО – письменный опрос, Т – тестирование, КЛ – конспект лекции, З – зачет, Р – реферат, Э – экзамен.
Для успешной реализации образовательного процесса по дисциплине «Процессы и аппараты биотехнологии»» и повышения его эффективности используются как традиционные педагогические технологии, так и методы активного обучения: лекция-визуализация, проблемная лекция, прессконференция, лабораторные работы профессиональной направленности, деловые игры, моделирование.
Удельный вес занятий, проводимых с использованием активных и интерактивных методов обучения, в целом по дисциплине составляет 54 % аудиторных занятий (в ФГОС не менее 20 %).
6. Оценочные средства для проведения входного, рубежного 1. Первый закон Ньютона.
2. Второй закон Ньютона.
3. В каких единицах измеряется масса, вес; как связаны они между собой.
4. Что такое литр.
5. Закон Архимеда.
6. Скорость линейная, угловая, ускорение.
7. Давление, сила давления.
8. Что такое деформация, виды деформаций?
9. Связь молекул в жидкой, газообразной и твердой среде.
10.Определение площади геометрических тел.
11.Определение объема геометрических тел.
Международная система единиц измерения (СИ).
Сложение векторов.
Как изменение температуры влияет на вязкость жидкости.
Техническая система МКГСС.
Как изменение температуры влияет на плотность жидкости.
Перевод единиц измерения из СИ в МКГСС, СГС и т.д.
Мощность машины или механизма – определение, формула, ед. измерения.
9. Коэффициент полезного действия машины.
10. Что такое теплопроводность?
11. Что такое теплоотдача?
Вопросы, рассматриваемые на аудиторных занятиях 1. Классификация основных процессов.
2. Основные законы науки о процессах и аппаратах.
3. Аппараты, требования предъявляемые к ним.
4. Основы классификации реологических тел.
5. Классификация структур дисперсных систем. Понятие «дисперсионная среда» и «дисперсная фаза». Влияние технологических факторов на отнесение продукта к определенной системе.
6. Понятия: «деформация», «напряжение», «упругость». Соответствующие уравнения.
7. Понятия «адгезия», «пластичность», «вязкость», «период релаксации».
Соответствующие уравнения.
8. Классификация реологических тел.
9. Понятие «структурно-механические свойства».
10. Классификация структурно-механических свойств.
11. Сдвиговые структурно-механические свойства (примеры).
12. Компрессионные структурно-механические свойства (примеры).
13. Поверхностные структурно-механические свойства (примеры).
14. Пенетрометры. Виды, область применения.
15. Характеристика факторов, влияющих на структурно-механические свойства. Основные измеряемые величины.
16. Методы и приборы для измерения сдвиговых свойств.
17. Методы и приборы для измерения компрессионных свойств.
18. Методы и приборы для измерения поверхностных свойств.
19. Общие положения реологических расчетов пластично-вязких сред.
20. Классификация приборов для измерения структурно-механических свойств.
21. Вискозиметры. Классификация, область применения.
1. Дать характеристику гипотез появления адгезии.
2. Составление основных реологических уравнений состояния различных сред.
3. Характеристики течения ньютоновских жидкостей.
4. Характеристики течения неньютоновских жидкостей.
5. Феноменологический способ классификации реологических тел.
6. Графические зависимости для различных реологических тел. Пояснения к ним.
Вопросы, рассматриваемые на аудиторных занятиях 1. Основные свойства жидкости. Поверхностные и массовые силы.
2. Дифференциальное уравнение равновесия Эйлера.
3. Гидростатическое давление и его свойства.
4. Основное уравнение гидростатики.
5. Дифференциальное уравнение движения невязкой жидкости.
6. Уравнение Бернулли.
7. Сила давления жидкости. Закон Архимеда.
8. Теория подобия. Критерии подобия.
9. Потери напора. Местное сопротивление.
10. Режимы движения жидкости.
11. Гидравлические машины. Насосы, вентиляторы.
12. Разделение жидких и газовых неоднородных систем.
13. Осаждение. Гравитационное осаждение.
14. Осаждение под действием центробежной силы. Центрифугирование.
15. Фильтрование. Фильтрующие перегородки. Способы фильтрования.
16. Определение константы фильтрования.
17. Основные конструктивные типы фильтров.
18. Ультрафильтрация и обратный осмос.
19. Перемешивание в жидких средах.
20. Расход мощности при механическом перемешивании.
21. Тарельчатый сепаратор.
1. Потери напора по длине. Коэффициент гидравлического трения.
2. Гидравлические машины. Насосы, вентиляторы.
3. Основные параметры насоса.
4. Расчет всасывающего трубопровода насоса. Вакуум. Манометрическое давление.
5. Работа насоса на сеть.
6. Барботаж газа.
7. Влияние перемешивания на барботаж.
Вопросы, рассматриваемые на аудиторных занятиях 1. Требования, предъявляемые к теплообменным аппаратам.
2. Классификация теплообменного оборудования.
3. Особенности выполнения расчетов теплообменного оборудования.
4. Выбор рациональной конструкции выпарного аппарата для реализации процесса.
5. Определение теплообменной поверхности тепловых аппаратов. Расчет изоляции.
6. Оборудования для ведения специфических тепловых процессов общего назначения (пастеризации и стерилизации).
7. Оборудование для ведения тепловых процессов, проходящих с изменением агрегатного состояния.
8. Оборудование для ведения тепловых процессов, проходящих без изменения агрегатного состояния.
9. Что такое теплопроводность?
10. Что такое теплоотдача?
11. Как изменение температуры влияет на плотность жидкости.
12. Определение теплообменной поверхности тепловых аппаратов. Расчет изоляции.
13. Технические методы выпаривания: выпаривание с непосредственным газовым обогревом, выпаривание с глухим паровым и газовым обогревом.
14. Однокорпусное выпаривание. Общая схема вакуум-выпарной установки с вспомогательным оборудованием.
15. Непрерывное и периодическое выпаривание в однокорпусных выпарных аппаратах.
16. Многокорпусное выпаривание. Использование вторичного пара.
17. Конструкции выпарных аппаратов.
18. Методы расчета многокорпусной выпарной установки.
19. Стерилизация питательных сред.
1. Однокорпусные выпарные аппараты с естественной и принудительной циркуляцией раствора.
2. Конструктивные особенности мнокорпусного выпаривания 3. Типовые схемы многокорпусных выпарных аппаратов: прямоточный и противоточный с параллельным питанием корпусов, их сравнительная характеристика.
4. Схема подготовки питательной среды. Нагреватель. Выдерживатель.
Холодильник. Регенераторы.
Вопросы, рассматриваемые на аудиторных занятиях 1. Классификация оборудования для ведения массообменных процессов.
2. Особенности расчета массообменного оборудования.
3. Конструктивные особенности машин и аппаратов для ведения массообменных процессов.
4. Виды связи влаги с материалом.
5. Статика и кинетика сушки.
6. Процесс конвективной сушки и особенности его отображения на I–D диаграмме.
7. Виды сушильных агентов и их области применения в отрасли.
8. Конструкции сушилок - камерные сушилки, сушилки непрерывного действия: туннельные, ленточные, барабанные, пневматические со взвешенным слоем, распылительные, вальцовые и петлевые.
9. Сублимационная сушка.
10. Материальный и тепловой баланс воздушной сушилки. Определение удельных расходов воздуха и тепла.
11. Физическая сущность и назначение процесса экстракции.
12. Экстракция из жидких систем и из твердых тел.
13. Статика и кинетика процесса экстракции.
14. Конструкции экстракторов.
1. Оборудование для сушки сырья.
2. Сушка инфракрасными лучами.
3. Сушка токами высокой частоты.
4. Сушка под вакуумом. Схема вакуум-сушильной установки. Преимущества и недостатки сушки под вакуумом. Конструкции вакуум-сушилок.
«