لیست دروس و سرفصل های آموزشی ارشد مهندسی شیمی-بخش اول

ریاضیات پیشرفته در مهندسی شیمی
Advanced Mathematics in Chemical Engineering

تعداد واحد نظری : ۳

تعداد واحد عملی: -

نوع درس : اصلی

مقطع :کارشناسی ارشد

هدف درس :
هدف از این درس فراگیری روش های پیشرفته ریاضیات تحلیلی در عملیات برداری و تنسوری و نیز حل معادلات دیفرانسیل پاره ای حاصل از بکارگیری قوانین فیزیکی حاکم بر پدیده های مختلف موجود در سیستم های مهندسی شیمی می باشد.

رئوس مطالب :
۱- آنالیز برداری و تانسوری در پدیده های انتقال

عملیات برداری از دیدگاه هندسی، عملیات تانسوری بر حسب مولفه ها،عملیات دیفرانسیلی بر روی بردار و تانسور،قضیه های انتگرال برداری و تانسوری،عملیات برداری و تانسوری در سیستمهای غیر کارتزین

۲- معرفی معادلات دیفرانسیل پاره ای

معادله لاپلاس، معادله پواسون، معادله هلمهولتز، معادله نفوذ، معادله موج و انواع شرایط مرزی مربوطه

۳- استفاده از روش تفکیک متغیرها در حل PDE

مسئله مقدار ویژه اشتورم لیوویل و توابع عمود برهم، بسط توابع ویژه، تبدیل مسئله با شرایط مرزی ناهمگن به مسئله با شرایط مرزی همگن، بکارگیری روش بسط توابع ویژه برای مسائلی با شرایط مرزی همگن، بکارگیری روش بسط توابع ویژه با کمک رابطه گرین

۴- استفاده از روش تابع گرین در حل PDE

تعریف و کاربرد توابع گرین در حل معادلات دیفرانسیل پاره ای، بکارگیری تابع گرین برای معادلات دیفرانسیل مستقل از زمان، بکارگیری تابع گرین برای معادلات دیفرانسیل وابسته به زمان

۵- استفاده از روش تبدیلات انتگرالی در حل PDE

تبدیل لاپلاس، تبدیل فوریه، تبدیل محدود فوریه، تبدیل سینوسی و کسینوسی فوریه

۶- استفاده از روش ترکیب متغیرها در حل PDE

تکنیکهای حل به روش ترکیب ،(ODE) به معادله دیفرانسیل معمولی PDE نحوه تبدیل متغیرها

منابع اصلی :
۱- R. G. Rice and D. D. Do, “Applied Mathematics and Modeling for Chemical
Engineers”, John Wiley & Sons, Inc., 1995.
۲- R. B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Lightfoot, “Transport Phenomena”, John Wiley &
Sons, Inc., 2002.
۳- A. Varma, M. Morbidelli, “Mathematical Methods in Chemical Engineering”, Oxford
University Publisher, 1997.
۴- R. Haberman, “Elementary Applied Partial Differential Equations with Fourier Series
and Boundary Value Problems”, Allyn & Bacon, 1997.
۵- A.C. King, J. Billingham and S.R. Otto, “Differential Equations”, Cambridge
University Press, 2003.
۶- E. Kreyszig, “Advanced Engineering Mathematics”, ۹th Edition, John Wiley, 2005.
۷- A. Jeffrey, “Advanced Engineering Mathematics”, Harcourt/ Academic Press, 2002.

مکانیک سیالات پیشرفته
Advanced Fluid Mechanics

تعداد واحد نظری :

۳ تعداد واحد عملی : -

نوع درس : اصلی

مقطع : کارشناسی ارشد

هدف درس:
کسب توانمندی در توسعه و بکارگیری قوانین بقای جرم و اندازه حرکت بصورت دیفرانسیلی در جریان سیالات دو و سه بعدی برای یافتن توزیع سرعت و فشار از مهمترین اهداف این درس می باشد.

رئوس مطالب:
-۱ گرانروی :
بیان قانون گرانروی نیوتن و مفهوم ویسکوزیته، انواع سیالات، تئوری های مولکولی جهت پیش بینی گران روی مایعات و گازها، روش پیش بینی ویسکوزیته گازها در فشارهای بالا

-۲ روش ماکروسکپی اولری:
توضیح روش اولری و لاگرانژی، روشهای ماکروسکپی و میکروسکپی اولری، توسعه معادلات لازم جهت بکار گیری روش ماکروسکپی اولری (بقای جرم، بقای تکانه، بقای تکانه زاویه ای، بقای انرژی های مکانیکی)، ارائه چند مثال مناسب جهت بکارگیری این روش

-۳ توزیع سرعت یک بعدی در جریان آرام :
توسعه و بکار گیری قانون بقای تکانه در جریان آرام بر روی یک حجم کنترل پوسته ای و چگونگی رسیدن به توزیع سرعت، ارائه چند مثال جهت بکار گیری قانون بقای تکانه در جریان آرام و رسیدن به توزیع سرعت

۴ معادلات تغییرات برای سیستم های هم دما :
بیان قانون تعمیم یافته گرانروی نیوتن (قانون استوکس)، توسعه شکل برداری و تنسوری معادله بقای جرم، توسعه شکل برداری و تنسوری معادله بقای تکانه و معرفی معادلات ناویر- استوکس، توسعه شکل برداری و تنسوری معادله بقای انرژی های مکانیکی، توسعه شکل برداری و تنسوری معادله بقای تکانه زاویه ای، مفهوم مشتق ذاتی، ارائه چند مثال جهت بکارگیری این معادلات، شیوه بدون بعد سازی این معادلات

۵ توزیع سرعت چند بعدی در جریان آرام :
ارائه چند مثال از روش رسیدن به توزیع سرعت در جریان آرام وابسته به زمان (ناپایا)، حل معادلات ناویر- استوکس و پیوستگی با کمک تابع جریان (جریان خزشی یا استوکس)، حل معادلات ناویر- استوکس و پیوستگی با کمک پتانسیل سرعت (جریان ایده آل یا پتانسیل)، حل معادلات ناویر- استوکس و پیوستگی با کمک مفهوم لایه مرزی

-۶ جریان آشفته :
شرح ویژگی های جریان آشفته، ارائه روش های تقریبی در یافتن توزیع سرعت در جریان آشفته، توسعه معادلات رینولدز در جریان آشفته، مفهوم مدل سازی در جریان آشفته، روش های صفر معادله و توسعه معادلات حاکم، روش تنش رینولدز و توسعه k-ε ای نظیر روش طول اختلاط پرانتل، روش معادلات حاکم، روش های جبری تنش رینولدز

منابع اصلی :
۱- R. B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Lightfoot, “Transport Phenomena”, ۲nd Ed., John
Wiley, 2002.
۲- F. White, “Fluid Mechanics”, ۵ th Edition, McGraw Hill, 2006.
۳- K. Kundu, Pijush, I. M. Cohen, “Fluid Mechanics”, ۳rd Ed., CA: Elsevier, 2004
۴- J. Fay, “An Introduction to Fluid Mechanics”, MA: MIT Press, 1994.
۵- H. Schlichting, “Boundary Layer Theory”, ۷th Ed., McGraw Hill, 1979.

انتقال حرارت پیشرفته
Advanced Heat Transfer

تعداد واحد نظری :

۳ تعداد واحد عملی : -

نوع درس : اصلی

مقطع : کارشناسی ارشد

هدف درس:
هدف از ارائه این درس افزایش توان دانشجویان در مدل سازی ریاضی و تحلیل انتقال حرارت در واحدهای عملیاتی مختلف می باشد. استخراج و کاربری معادلات موازنه انرژی در مختصات مختلف ، آشنائی با مفاهیم و اهمیت نسبی هر یک از ترم های معادلات و نهایتاً تحلیل منطبق بر درک دقیق پدیده انتقال حرارت از نیازهای اساسی در افزایش قابلیت یاد شده می باشد که در این درس مد نظر قرار می گیرد.

رئوس مطالب:
-۱ آموزش مفاهیم کلی انتقال حرارت بر اساس آموخته های دوره کارشناسی.
اصول و مبانی انتقال حرارت هدایتی، انتقال حرارت جابجایی، انتقال حرارت تشعشعی، انتقال حرارت در حالت های پایا و ناپایا، لایه مرزی انتقال حرارت

-۲ تبیین معادله موازنه انرژی در سیستم های یک بعدی
درک و بیان تحلیلی ترم های مختلف آن، بکارگیری معادله بقای انرژی برای سیستم های یک بعدی دارای منابع مختلف تولید انرژی شامل انرژی الکتریکی، هسته ای، واکنشی. مدلسازی سیستم های یک بعدی شامل حرکت سیال وتحلیل نتایج مربوطه.

-۳ استخراج معادلات کامل تبادل حرارت در مختصات مختلف در جریان های آرام
بکارگیری قانون بقای انرژی کلی جهت استخراج معادلات توزیع دما وتحلیل شکل های مختلف آن. تحلیل مطالعات موردی در خصوص کاربرد این معادلات. بیان و تحلیل شرایط مرزی مربوط به معادلات تبادل در شکل های مختلف.

-۴ کاربرد معادلات تبادل انرژی در سیستم های عملیاتی غیر همدما.
حل مسائل مختلف مربوط به کاربرد معادله بقای انرژی در سیستم های مختلف مانند سیستم های جابجایی-هدایتی، سیستم های دارای تولید انرژی با منابع مختلف.

-۵ سیستم های انتقال حرارت با دو متغیر مستقل یا بیشتر
مدلسازی سیستم های دارای بیش از یک متغیر مستقل (زمان یا مکان)، بیان و تحلیل شرایط مرزی و اولیه مسائل، روشهای ریاضی حل معادلات حاکم وتحلیل نتایج حاصل .

۶ معادلات موازنه انرژی در جریان متلاطم
تحلیل و بیان تفاوت های سیستم های با جریان آرام وناآرام، ابزار لازم برای تحلیل سیستم های با جریان ناآرام، تحلیل و بیان انواع مدل های ناآرام، شکل نهایی معادله موازنه انرژی در سیستم های ناآرام.

-۷ موازنه ماکروسکوپی انرژی در سیستم های انتقال همراه با تبادل حرارت.
کاربرد معادله بقای انرژی کل در سیستم های عملیاتی وخطوط انتقال، آشنایی با اجزاء مختلف معادله ماکروسکوپیک انرژی و حل مثال های مختلف از کاربرد معادلات برای سیالات تراکم پذیر و تراکم ناپذیر

-۸ انتقال حرارت تشعشعی ( تابشی ).
خواص تشعشعی اجسام، معادلات حاکم بر سیستم های تبادل حرارت تشعشعی در ساختارهای مختلف، تحلیل سیستم های کاربردی تشعشع شامل جمع کننده های خورشیدی، تحلیل انتقال حرارت تشعشعی در کوره ها.

منابع اصلی :
۱-R. B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Ligthfoot, “Transport Phenomena”, ۲nd Ed., John
Wiley, 2002.
۲- V. S. Arpaci, “Conduction Heat Transfer”, Ginn Press, 1991.
۳-A. Bejan, “Convection Heat Transfer”, ۳rd Ed., John Wiley, 2004.

طراحی و شبیه سازی پیشرفته فرآیند به کمک کامپیوتر
Advanced Computer –Aided Process Design and Simulation

تعداد واحد نظری : ۲

تعداد واحد عملی : ۱

نوع درس : تخصصی

مقطع : کارشناسی ارشد

هدف درس:
دانشجویان در این دوره علاوه بر فرا گیری اصول شبیه سازی فرآیندهای شیمیایی قادر خواهند بود به کمک نرم افزار ها شبیه سازی فرآیندهای شیمیایی را انجام دهند.

رئوس مطالب :
-۱ مقدمه
اهداف، اصول، قواعد کلی و نکاتی در طراحی و شبیه سازی فرآیندهای شیمیایی.

۲ – آشنایی با انواع نرم افزارهای رایج در طراحی و شبیه سازی فرآیندهای شیمیایی
Hyprotech مجموعه ،SES مجموعه ،AES مجموعه

۳ – بکارگیری متدهای ترمودینامیکی در شبیه سازی فرآیندهای شیمیایی
انواع مدل های ترمودینامیکی کاربردی، روشهای پیش بینی خواص انتقالی وترمودینامیکی، روش های انتخاب مدل ترمودینامیکی جهت کاربردهای مختلف

۴ – مواد شبه ترکیب و استفاده از آن درشبیه سازی فرآیندهای شیمیایی.
روش های تخمین خواص مواد شبه ترکیب، جایگاه کاربرد روشها

۵ – طراحی و شبیه سازی تجهیزات فرآیندی
پمپ ها، لوله ها، کمپرسورها، شیرآلات و ….

۶ – طراحی و شبیه سازی واحدهای عملیاتی
برج های تقطیر، جذب، استخراج مایع – مایع و ….

۷ – طراحی و شبیه سازی انواع رآکتورهای شیمیایی
انواع واکنش های شیمیایی، راکتورهای ایده آل و کاتالیستی

۸ – شبیه سازی یک فرآیند مرکب
تنظیم پارامترهای شبیه ساز جهت همگرایی، شبیه سازی فرآیند همراه با جریان برگشتی

۹ – شبیه سازی فرآیندهای ویژه
پالایش گاز طبیعی، جداسازی ترکیبات نفتی، ترکیبات الکترولیتی.

۱۰– تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از شبیه سازی فرآیندی
بررسی صحت و دقت نتایج شبیه سازی، تعیین تأثیر پارامترهای فرآیندی در عملکرد دستگاه های فرآیندی، آنالیز حساسیت، بهینه سازی فرآیند

منابع اصلی :
۱– Aspen Tech Co, “Aspen Plus 7.1, Documentation”, ۲۰۰۹٫
۲– W. D. Seider, J. D. Seader and D. R. Lewin, “Product & Process Design Principles”,
John Wiley, 2004.
۳– T. D. Seader and E. J. Henley,“Separation Process Principles”, John Wiley, 1998.
۴– W. F. Ramirez,“Computational Methods for Process Simulation”, Butterworth-
Heinemenn, 1997.

مهندسی فرآیند پیشرفته
Advanced Process Engineering

تعداد واحد نظری : ۳

تعداد واحد عملی : -

نوع درس : تخصصی

مقطع : کارشناسی ارشد

هدف درس:
ارائه نکاتی در زمینه مراحل و روش های طراحی و سنتز یک فرآیند شیمیایی باتوجه به ملاحظات اقتصادی و ایمنی و رعایت قوانین زیست محیطی از ابتدا تا انتهای عملیات با تحقق شرایط بهینه طراحی از اهداف این درس می باشد.

رئوس مطالب :
-۱ طراحی فرآیند شیمیایی
مراحل تولید و طراحی فرآیند و مدل لایه ای، دیاگرام جریانی ، رویکرد های طراحی فرآیند ، ساختارهای قابل ساده شدن و غیر قابل ساده شدن، ملاحظات ایمنی و محیط زیستی

-۲ مراحل ایجاد و سنتز یک فرآیند شیمیایی
تهیه اطلاعات شیمیایی، ترموفیزیکی، ایمنی و محیط زیستی، بازاریابی، تدارک اطلاعات آزمایشگاهی فرآیندی، سنتز و طراحی اولیه فرآیند، بهینه سازی فرآیند و طراحی مفصل فرآیند

-۳ جایگاه شبیه سازی در طراحی و سنتز فرآیند
سنتز و طراحی اولیه فرآیند، بررسی پارامترهای فرآیندی در طراحی، بهینه سازی فرآیند

-۴ طراحی و سنتز سیستم های واکنشی فرآیند
تعداد سیستم های راکتور، انتخاب نوع و آرایش راکتورها ، اثرات حرارتی راکتور، واکنش های تعادلی ، تعداد جریان های برگشتی، موازنه های جرم مواد برگشتی برحسب متغیر های طراحی ، پتانسیل اقتصادی مرحله.

۵ طراحی و سنتز سیستم های جداسازی فرآیند
ساختار عمومی سیستم جداسازی، آشنایی و انتخاب سیستم های جداساز، سیستم جداسازی مایع ، توالی برج های تقطیر ساده، محدودیت های عملیاتی در توالی برج ها، انتخاب توالی ب رج های تقطیر بدون انتگراسیون و همراه انتگراسیون حرارتی ، توالی برج های تقطیر با بیش از دو محصول ، توالی برج های تقطیر با استفاده از کوپلینگ حرارتی، سایر روش های جداسازی

۶ طراحی و سنتز شبکه مبدل حرارتی
اهداف انرژی و سرمایه گذاری در شبکه مبدل های حرارتی، روشها و اصول طراحی شبکه مبدل های حرارتی، منحنی های ترکیبی، بازیافت انرژی، انتخاب تعداد مبدل های حرارتی، محاسبات سطح ، تعداد پوسته ها ، هزینه های سرمایه گذاری و هزینه کل

-۷ انتگراسیون حرارتی و جرمی فرآیند
الگوریتم محاسباتی برای حداقل سازی مصرف جرم و ان رژی، محدودیت های فرآیند ، انتگراسیون حرارتی وجرمی تجهیزات فرآیندی، طراحی شبکه انتقال جرمی و حرارتی

-۸ ملاحظات اقتصادی در سنتز فرآیند
برآورد هزینه های سرمایه ای و عملیاتی، سرمایه گذاری ثابت و هزینه های محصول ، ساده سازی تجزیه و تحلیل اقتصادی فرآیند، چگونگی ایجاد جایگزین های فرآیند و نحوه استفاده از محاسبات مرتبه بزرگی جهت تصمیم گیری های اقتصادی.

منابع اصلی :
۱- W. O. Sieder, S. D. Scade and D. R. Lewin, “Process Design Principles”, John Wiley,
۲۰۰۴٫
۲- J. A. L. Koolen, “Design of Simple and Robust Process plant”, John Wiley, 2002.
۳-R. Turton, B. Whiting and H. A. Shaiwitz,“Analysis, Synthesis & Design of Chemical
Processes”, Prentice- Hall, 1998.
۴- D. J. Douglass, “Conceptual Design for Chemical Processes”,McGraw-Hill, 1996.
۵- W. Rensinck, “Process Analysis and Design for Chemical Engineers”, McGraw Hill,
۱۹۹۰٫

طراحی تجهیزات فرآیندی
Process Equipment Design

تعداد واحد نظری : ۳

تعداد واحد عملی : -

نوع درس : تخصصی

مقطع : کارشناسی ارشد

هدف درس:
هدف از این درس آموزش تخصصی دانشجویان در رابطه با مباحث طراحی پایه فرآیندی و مکانیکی تجهیزات فرآیندی از قبیل برج ها، مبدل ها، مخازن و غیره در عمل می باشد. همچنین آموزش استانداردهای طراحی، آشنایی با انواع جنس تجهیزات، تهیه جدول اطلاعات تجهیزات از دیگر اهداف این درس می باشد.

رئوس مطالب :
-۱ استانداردها و کدها طراحی تجهیزات فرآیند
ASTM, ASME ،API : استانداردهایی همچون

-۲ طراحی انواع تانک های ذخیره سازی کروی و استوانه ای
انتخاب نوع مخزن ذخیره بر حسب ماده، طراحی پایه مخزن، انتخاب جنس ساخت، طراحی تجهیزات جانبی مورد نیاز، طراحی نازل های مخزن، تهیه جدول اطلاعات اولیه

-۳ طراحی برج های تقطیر و استخراج
انتخاب شرایط عملیاتی، انتخاب ماده مبرد و ماده حرارت دهنده، جایگاه استفاده از مبدل های تکنولوژی پینچ پمپ حرارتی، طراحی دمایی و مکانیکی میعان کننده و جوش آور برج، محاسبه پارامترهای اندازه ای برج، طراحی پارامترهای مکانیکی، طراحی تجهیزات جانبی مورد نیاز، طراحی نازلهای مخزن، تهیه جدول اطلاعات برج و سینی

(Drum) -4 طراحی مخازن و درام ها
کاربرد مخازن و درام ها در فرآیند، طراحی فرآیندی مخازن و درام ها بر اساس نصب افقی یا عمودی، طراحی پایه مخزن، انتخاب جنس، طراحی تجهیزات جانبی مورد نیاز، طراحی نازلهای مخزن ، تهیه جدول اطلاعات اولیه

TEMA -5 طراحی مبدل های حرارتی بر استاندارد
طراحی مبدل های حرارتی پوسته- لوله، کولرهای هوایی و مبدل های حرارتی صفحه ای

منابع اصلی :
۱٫ D .W. Green and R. H. Perry, “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 8th
Ed., Mc Graw Hill, 2008.
۲٫ J. R. Couper and S. M. Walas,”Chemical Process Equipment”,۳rd Ed.,
Elsevier,2010.
۳٫ C. Matthews,”Engineers’ Guide to Pressure Equipment”, Professional
Engineering Publishing Limited,2001,
۴٫ Coulson & Richardson’s Chemical Engineering, Butterworth-Heinemann, 3rd
Ed., Vol. 6, 1999.
۵٫ E. Ludwig,” Applied Process Designing for Chemical and Petrochemical
Plants”,3rd Ed., Gulf, 1999

منبع:انجمن مهندسی شیمی