Περιγραφή Μαθήματος. Ώρες Γραφείου :

Transcript

1 Πανεπιστήμιο Πειραιώς ΠΠΣ στη Βιομηχανική Διοίκηση & Τεχνολογία Τμ. Βιομηχανικής Διοίκησης & Τεχνολογίας Στοιχεία Φυσικών Επιστημών + Περιγραφή Μαθήματος Τίτλος - Κωδικός Αριθμός του Μαθήματος : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Επίπεδο - Τύπος του Μαθήματος : ΠΡΟΠΤΥΧΙΑΚΟ - ΥΠΟΧΡΕΩΤΙΚΟ Έτος Σπουδών - Εξάμηνο : 1 ο A Αριθμός Ευρωπαϊκών Πιστωτικών Μονάδων : 5,5 Προαπαιτήσεις : Βασικές γνώσεις χημείας και φυσικής Γλώσσα : Ελληνική Διδάσκοντες : Επικ. Καθ. Χριστίνα Γ. Σιοντόρου Επικοινωνία : Επικ. Καθ. Χ.Γ. Σιοντόρου Γραφείο: Γρ. Λαμπράκη 126, 7 ος όροφος, Γραφείο 703, Τηλ.: Εργαστήριο: Εργαστήριο Προσομοίωσης Βιομηχανικών Διεργασιών, Δεληγιώργη 107, 1 ος όροφος, Τηλ.: csiontor@unipi.gr Ώρες Γραφείου : Αναπλ. Καθ. Δ. Σιδηράς Γραφείο:, Δεληγιώργη 107, 4 ος όροφος, Τηλ.: Εργαστήριο: Εργαστήριο Προσομοίωσης Βιομηχανικών Διεργασιών, Δεληγιώργη 107, 1 ος όροφος, Τηλ.: sidiras@unipi.gr ΔΕΥ-ΠΑ 08:00-16:00 (εκτός ωρών μαθημάτων) Αντικείμενο του Μαθήματος : Εισαγωγή στις Φυσικές Επιστήμες, την επιστημονική μεθοδολογία και τη βιομηχανική παραγωγή. Οι δεξιότητες που αναπτύσσονται μέσα στην τάξη ενισχύονται με εργασίες και εργαστήρια. Το μάθημα αποτελείται από τρεις (3) ενότητες που διδάσκονται παράλληλα: τις θεωρητικές ενότητες Α και Β και το εργαστήριο. Οι θεωρητικές ενότητες εισάγουν τους φοιτητές στις βασικές έννοιες της χημικής βιομηχανικής παραγωγής (Α ενότητα) και του διανυσματικού λογισμού και της κινηματικής (Β ενότητα). Στο εργαστήριο, οι φοιτητές εξοικειώνονται με την πειραματική και υπολογιστική προσομοίωση αντιπροσωπευτικών θεμάτων του θεωρητικού μέρους. Στόχοι του Μαθήματος: Να αποκτήσουν οι φοιτητές/τριες βασικές γνώσεις που θα τους βοηθήσουν στα τεχνολογικά μαθήματα που ακολουθούν. Ιδιαίτερα, το μάθημα επιδιώκει να εξοικειώσει τους/τις φοιτητές/τριες με: (α) βασικές αρχές και υπολογισμούς στη χημική μηχανική, (β) μεθόδους προσδιορισμού κρίσιμων παραμέτρων φυσικών και χημικών διεργασιών για τη διαμόρφωση υποδειγμάτων, (γ) εφαρμογή διανυσματικού λογισμού στην επίλυση προβλημάτων κινηματικής, (δ) βασικές γνώσεις στη καμπυλόγραμμη και την σχετική κίνηση. Οι δεξιότητες που αναπτύσσονται στην τάξη περιλαμβάνουν: Επίλυση προβλημάτων ισοζυγίων μάζας σε φυσικές και χημικές διεργασίες. Χρήση των βασικών αρχών της χημικής θερμοδυναμικής κινητικής. Επίλυση προβλημάτων χημικής ισορροπίας. Ικανότητα χρήσης βασικών μεθόδων για τη μελέτη ηλεκτροχημικών συστημάτων. Ικανότητα χρήσης διανυσματικού λογισμού στην ανάλυση δυναμικών συστημάτων. Επικ. Καθ. Χριστίνα Γ. Σιοντόρου 1

2 Πανεπιστήμιο Πειραιώς ΠΠΣ στη Βιομηχανική Διοίκηση & Τεχνολογία Τμ. Βιομηχανικής Διοίκησης & Τεχνολογίας Στοιχεία Φυσικών Επιστημών Ικανότητα επίλυσης προβλημάτων καμπυλόγραμμης και σχετικής κίνησης με ανάλυση διανυσμάτων. Περιεχόμενα του Μαθήματος: Ενότητα Α : βασικές έννοιες χημικής βιομηχανικής παραγωγής. Ενότητα Β : διανυσματικός λογισμός, δυναμική υλικού σημείου και κινηματική. Εργαστήριο: προσομοίωση και βελτιστοποίηση διεργασιών. Συνιστώμενη Βιβλιογραφία: Εγχειρίδια: Α. Σδούκου, Φ. Πομώνη, Χημικές Διεργασίες της Χημικής Τεχνολογίας, Εκδόσεις Τζιόλα, ISBN: Κωδ. EUDOXUS: Σημειώσεις από τους διδάσκοντες Εργαστηριακό φυλλάδιο Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι: Θεωρητική διδασκαλία (διαλέξεις) 4 ώρες εβδομαδιαίως και 4 δίωρα εργαστήρια. Μέθοδοι Αξιολόγησης/Βαθμολόγησης: Ο τελικός βαθμός διαμορφώνεται κατά 40% από τον βαθμό του εργαστηρίου και κατά 60% από τον βαθμό της γραπτής εξέτασης στο τέλος του εξαμήνου (20% από την Ενότητα Α και 40% από την Ενότητα Β ). Οι φοιτητές/τριες παλαιότερων ετών βαθμολογούνται κατά 100% από τον βαθμό της γραπτής εξέτασης (60% από την Ενότητα Α και 40% από την Ενότητα Β ). Παράρτημα- Περιεχόμενα Εβδομαδιαίου Προγράμματος Ενότητα Α - Διδάσκουσα: Επικ. Καθ. Χ. Σιοντόρου Εβδομάδα Περιεχόμενα Μαθήματος 1 η Εισαγωγή: φυσικές και χημικές διεργασίες, διάλυμα, εκφράσεις συγκέντρωσης και περιεκτικότητας, αραίωση-συμπύκνωση διαλυμάτων, ανάμιξη διαλυμάτων. 2 η Χημικές αντιδράσεις: ομογενή και ετερογενή συστήματα, θεωρία συγκρούσεων, στοιχειομετρικοί συντελεστές, απλές αντιδράσεις, συνολική αντίδραση, ενδόθερμες και εξώθερμες αντιδράσεις. 3 η Χημική κινητική: ρυθμός μετατροπής πρώτων υλών σε προϊόντα, αντιδράσεις 1 ης τάξης, συνάρτηση ταχύτητας, σταθερά ταχύτητας αντίδρασης. 4 η Κατάλυση και ενεργειακή βελτιστοποίηση: κινητική εξίσωση, εξίσωση Arrhenius, ενέργεια ενεργοποίησης. 5 η Δυναμικό υδρογόνου (ph) υδατικών διαλυμάτων: αυτοδιάσταση του νερού, ph και pοη, κλίμακα ph. 6 η Χημική ισορροπία: μονόδρομες και αμφίδρομες αντιδράσεις, απόδοση αντίδρασης, σταθερά ισορροπίας. 7 η Χημική ισορροπία και οικονομοτεχνική βελτιστοποίηση. 8 η Ισοζύγιο μάζας: γενική μορφή ισοζυγίου, διαμόρφωση εξισώσεων, επίλυση συστημάτων. 9 η Εφαρμογές ισοζυγίων μάζας σε απλά και σύνθετα συστήματα χωρίς και με χημικές αντιδράσεις 10 η Ηλεκτροχημεία: ηλεκτροδιαλυτική τάση μετάλλων, ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, ηλεκτρόλυση, νόμοι Faraday. 11 η Διάβρωση: το φαινόμενο της διάβρωσης, χημικές αντιδράσεις, διαμόρφωση υποδειγμάτων, αντιδιαβρωτική προστασία μεταλλικών επιφανειών Επικ. Καθ. Χριστίνα Γ. Σιοντόρου 2

3 Πανεπιστήμιο Πειραιώς ΠΠΣ στη Βιομηχανική Διοίκηση & Τεχνολογία Τμ. Βιομηχανικής Διοίκησης & Τεχνολογίας Στοιχεία Φυσικών Επιστημών 12 η Θερμοδυναμική μελέτη των χημικών αντιδράσεων: θερμότητα χημικής αντίδρασης, νόμος Lavoiser-Laplace, νόμος Hess, θερμότητα σχηματισμού των σωμάτων, καύση. 13 η Επαναληπτικές ασκήσεις Ενότητα Β - Διδάσκων: Αναπλ. Καθ. Δ. Σιδηράς Εβδομάδα Περιεχόμενα Μαθήματος 1 η Βασικές αρχές διανυσματικού λογισμού: διάνυσμα, βαθμωτά μεγέθη, είδη διανυσμάτων. 2 η Σύνθεση (πρόσθεση) και αφαίρεση διανυσμάτων, ισότητα διανυσμάτων, παραδείγματα και ασκήσεις. 3 η Ανάλυση διανυσμάτων, παραδείγματα και ασκήσεις. 4 η Εσωτερικό, εξωτερικό και μεικτό γινόμενο διανυσμάτων, προβολή διανύσματος. 5 η Σύνθετες εφαρμογές διανυσματικού λογισμού. 6 η Δυναμική: εισαγωγικές έννοιες κινηματικής. 7 η Παραδείγματα και εφαρμογές κινηματικής. 8 η Κίνηση στερεού σώματος, εξισώσεις μεταφορικής κίνησης. 9 η Ταχύτητα και επιτάχυνση, εφαρμογές στην ευθύγραμμη και κυκλική κίνηση. 10 η Ταχύτητα και επιτάχυνση, εφαρμογές στην καμπυλόγραμμη κίνηση. 11 η Σχετική κίνηση: παραδείγματα και εφαρμογές. 12 η Σύνθετες εφαρμογές. 13 η Επαναληπτικές ασκήσεις. Εργαστήριο Προσομοίωσης Βιομηχανικών Διεργασιών Διδάσκοντες: Αναπλ. Καθ. Δ. Σιδηράς, Επικ. Καθ. Χ.Γ. Σιοντόρου Ε.ΔΙ.Π.: Α. Γεροντή Εβδομάδα Περιεχόμενα Εργαστηριακού Μαθήματος 1 η 5 η 9 η Ηλεκτροχημική ανάκτηση μετάλλων Επιμετάλλωση 2 η 6 η 10 η Βελτιστοποίηση προσρόφησης σε συνθήκες ασυνεχούς λειτουργίας 3 η 7 η 11 η Ποιοτικός έλεγχος και εξουδετέρωση αποβλήτων 4 η 8 η 12 η Βελτιστοποίηση ξήρανσης 13 η Αναπλήρωση εργαστηριακών μαθημάτων Επικ. Καθ. Χριστίνα Γ. Σιοντόρου 3

4 University of Piraeus Department of Industrial Management and Technology Undergraduate Course in Industrial Management & Technology Elements of Physical Sciences Course Description Course - Course ID : ELEMENTS OF PHYSICAL SCIENCES Level - Type of course: UNDERGRADUATE - COMPULSORY Year of Study - Semester : 1 st 1 st Number of credits allocated: ECTS: 5.5 Prerequisites: Basic knowledge of chemistry and physics Language of Instruction: Greek Name of lecturers: Assist. Prof. Christina G. Siontorou Assoc. Prof. Dimitris Sidiras Επικοινωνία : Assist. Prof. C.G. Siontorou Office: 126 Gr. Lambraki Ave., 7th floor, Office 703 Tel.: (+30) Lab.: Laboratory of Simulation of Industrial Processes, 107 Deligiorgi Str., 1st floor, Tel.: (+30) csiontor@unipi.gr Office Hours: Assoc. Prof. D. Sidiras Office: 107 Deligiorgi Str., 4 th floor, Tel.: (+30) Lab.: Laboratory of Simulation of Industrial Processes, 107 Deligiorgi Str., 1st floor, Tel.: (+30) sidiras@unipi.gr MON-FRI 08:00-16:00 (except class hours) Course Description: Introduction to Physical Sciences, scientific methodology and industrial production. The skills developed in the classroom are reinforced with assignments and laboratory exercises. The course consists of three (3) sections taught in parallel: the theoretical sections A and B and the laboratory. The theoretical sections introduce students to the basic concepts of chemical industrial production (section A ) and vector calculus and kinematics (section Β ). In the lab, students become familiar with the experimental and computational simulation of representative topics of the theoretical part. Objectives of the course: To help students build a good foundation for the technological courses that follow. In particular, the course aims to familiarize students with: (a) basic principles and calculations in chemical engineering, (b) methods for identifying critical parameters of physical and chemical processes in order to formulate models, (c) applying vector calculus to solve problems in kinematics, (d) basic knowledge in translational and relevant motion. The skills developed in the classroom include: Solving mass balance problems in physical and chemical processes. Using basic principles of chemical thermodynamics - kinetic. Solving chemical equilibrium problems. Ability to use basic methods to study electrochemical systems. Ability to use vector calculus in the analysis of dynamic systems. Assist. Prof. Christina G. Siontorou Assoc. Prof. D.Sidiras 4

5 University of Piraeus Department of Industrial Management and Technology Undergraduate Course in Industrial Management & Technology Elements of Physical Sciences Ability to solve problems of translation, rolling and skidding with vector analysis. Course contents: Section A : basic concepts of chemical industrial production. Section B : vector calculus and kinematics of material point. Laboratory: simulation and process optimization. Suggested Reading: Basic Manuals: Α.Sdoukou, F. Pomoni, Chemical Processes in Chemical Technology, Tziola Publ., ISBN: Code in EUDOXUS: [in greek] Lecture notes Laboratory workbook Teaching methods: Lectures, 4 hours per week and 4 two-hour laboratory sessions. Assessment Methods: The final grade is 40% from the laboratory score and 60% from the score in the written exams at the end of the semester (20% from Section A and 40% from Section B ). Students from previous years are 100% rated from the written exams (60% from Section A and 40% from Section B ). Section Α -Lecturer: Assist. Prof. C.G. Siontorou Course Schedule Week Topic 1 Introduction: physical and chemical processes, concentration expressions, dilutionconcentration of solutions, mixing solutions. 2 Chemical reactions: homogeneous and heterogeneous systems, collision theory, stoichiometric factors, simple reactions, overall reaction, endothermic and exothermic reactions. 3 Chemical kinetics: rate of raw materials conversion to products, 1 st order reactions, speed of reaction, rate constant. 4 Catalysis and energy optimization: kinetic equation, Arrhenius equation, activation energy. 5 Hydrogen potential (ph) of aqueous solutions: self-ionization of water, ph and poh, ph scale. 6 Chemical equilibrium: one-way and reversible equations, reaction yield, equilibrium constant. 7 Chemical equilibrium and technoeconomic optimization. 8 Mass balance: general balance equations, development of equations, problem solving. 9 Mass balances applications in simple and complex systems with and without chemical reactions. 10 Electrochemistry: metal dissolution tendency, electrochemical reactions, electrolysis, Faraday s laws. 11 Corrosion: the phenomenon of corrosion, chemical reactions, model development, anticorrosion protective systems for metal surfaces, 12 Thermodynamic study of chemical reactions: heat of reactions, Lavoiser-Laplace s law, Hess s law, heat of formation of species, combustion. 13 Review exercises Assist. Prof. Christina G. Siontorou Assoc. Prof. D.Sidiras 5

6 University of Piraeus Department of Industrial Management and Technology Undergraduate Course in Industrial Management & Technology Elements of Physical Sciences Section B -Lecturer: Assoc. Prof. D. Sidiras Week Topic 1 Basic vector calculus: vectors, scalars, fields. 2 Algebraic operations: addition and subtraction of vectors, equal vectors, examples and applications. 3 Vector analysis, examples and applications. 4 Inner (dot) product, cross product, vector cross product, vector projection. 5 Advanced applications of vector calculus. 6 Introductory concepts of kinematics. 7 Particle dynamics, example and applications. 8 Motion of a rigid body, translational motion equations. 9 Velocity and acceleration, applications in rectilinear and circular motion. 10 Velocity and acceleration, applications in curvilinear motion. 11 Relative motion: examples and applications. 12 Advanced applications. 13 Review exercises Laboratory - Simulation of Industrial Processes Instructors: Assoc. Prof. D. Sidiras, Assist. Prof. C.G. Siontorou Senior Teaching Fellow: A. Geronti Week Laboratory syllabus Electrochemical recovery of metals Plating Optimization of batch adsorption Wastewater quality control and neutralization Optimization of drying 13 Rescheduled laboratories Assist. Prof. Christina G. Siontorou Assoc. Prof. D.Sidiras 6