7ο Εξάμηνο ΧΜ

Το μάθημα αποτελεί το βασικό μάθημα στα αντικείμενα της ανάλυσης και του σχεδιασμού βιολογικών συστημάτων. Στόχος του μαθήματος είναι η εκπαίδευση στα αντικείμενα της ανάλυσης, του σχεδιασμού, του ελέγχου και της βελτιστοποίησης βιοδιεργασιών. Στο μάθημα χρησιμοποιούνται τα βασικά εργαλεία της χημικής μηχανικής στο σχεδιασμό και στη λειτουργία βιοαντιδραστήρων κυττάρων και ενζύμων.

Αντικείμενο του μαθήματος είναι η μετατροπή της πρωτογενούς ενέργειας σε ενέργεια τελικής χρήσης από συμβατικές και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας με χρήση φυσικών και χημικών διεργασιών. Περιλαμβάνονται οι ενότητες: Πρωτογενής ενέργεια - Ενέργεια τελικής χρήσης. Συμβατικές πηγές ενέργειας. Ανανεώσιμες μορφές ενέργειας. Μετατροπή ενέργειας. Εναλλακτικές μορφές ενέργειας - Αποθήκευση ενέργειας.

Το μάθημα είναι ένα από τα μαθήματα κορμού που χαρακτηρίζουν τις σπουδές του Χημικού Μηχανικού και τις διαφοροποιούν από τις άλλες ειδικότητες Μηχανικών. Διδάσκεται διεθνώς σχεδόν αποκλειστικάστα Τμήματα Χημικής και Βιοχημικής Μηχανικής. Σκοπός του μαθήματος είναι η ανάλυση διαδικασιών που θα οδηγήσουν στον υπολογισμό χημικών καταλυτικών αντιδραστήρων, μέσω της κατανόησης της συσχέτισης της χημικής κινητικής και των εξωτερικών και εσωτερικών φαινομένων μεταφοράς που λαμβάνουν χώρα σε αντιδρώντα καταλυτικά συστήματα.

Στόχος του μαθήματος είναι η εισαγωγή στην ανάλυση και αυτόματη ρύθμιση δυναμικών συστημάτων και η παρουσίαση μεθοδολογιών σχεδιασμού καιπροσομοίωσης συστημάτων αυτόματης ρύθμισης με έμφαση στους ρυθμιστές τύπου PID.• Περιγραφή της έννοιας της αυτόματης ρύθμισης με ανατροφοδότηση σε απλά συστήματα διεργασιών και τον διαχωρισμό των μεταβλητών σε μεταβλητές εκ χειρισμού, ρυθμιζόμενες μεταβλητές και μεταβλητές φορτίου. • Διαδικασία μετατροπής των διαφορικών εξισώσεων που μοντελοποιούν τη δυναμική ενός συστήματος σε συναρτήσεις μεταφοράς. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στη γραμμικοποίηση μη γραμμικών διαφορικών εξισώσεων. • Διάγραμμα βαθμίδων κλειστού βρόχου και αναπτύσσονται συναρτήσεις μεταφοράς που περιγράφουν στο διάγραμμα αυτό δυναμικές σχέσεις ανάμεσα σε μεταβλητές. • Δυναμική συστημάτων 1ης, 2ης και μεγαλύτερης τάξης και περιγράφονται προδιαγραφές απόδοσης συστημάτων ελέγχου. • Δομή συστημάτων ρύθμισης τύπου PID και μια σειρά από μεθοδολογίες για τη βαθμονόμηση αυτών των ρυθμιστών (Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, Half Rule, μέθοδος λάμδα, Internal Model Control, μέθοδοι που βασίζονται σε κριτήρια βελτιστοποίσης). Προσομοιώνεται η δυναμική συμπεριφορά του συστήματος κλειστού βρόχου μετά την εφαρμογή ρυθμιστών PID. • Μέθοδος της συχνοτικής απόκρισης και κατασκευή των διαγραμμάτων Bode και Nyquist. Εξηγείται η έννοια της ασυμπτωτικής ευστάθειας και παρουσιάζονται μέθοδοι διερεύνησης και ανάλυσης ευστάθειας (μέθοδοι Routh, Hurwitz, Nyquist). • Εισαγωγή σε θέματα εύρωστου ελέγχου με τον ορισμό των περιθωρίων φάσης και ενίσχυσης και το σχεδιασμό συστημάτων ρύθμισης με ελάχιστες απαιτήσεις ως προς τα περιθώρια αυτά. • Μέθοδος συστοιχίας για τη βελτίωση της ικανότητας απόρριψης διαταραχών.

Ο Σχεδιασμός Χημικών Βιομηχανιών συνδυάζει ουσιαστικά όλη τη γνώση της Χημικής Μηχανικής καθοδηγώντας το Μηχανικό στη διαμόρφωση παραγωγικών μονάδων που λειτουργούν με οικονομικούς και περιβαλλοντικούς όρους. Ειδικότερα στις μέρες μας, η αναζήτηση νέων προϊόντων γίνεται όλο και συχνότερη καθώς το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο (βασικές πρώτες ύλες της βιομηχανίας μας) εξαντλούνται σταδιακά αφήνοντας κενά στις αγορές (καύσιμων, χημικών προϊόντων) και ενθαρρύνοντας πειραματισμούς με εναλλακτικές πρώτες ύλες. Ο ρόλος του Χημικού Μηχανικού είναι να μεταφράσει τις διαθέσιμες χημείες των εργαστηρίων (εναλλακτικές ή συμβατικές, ‘πράσινες΄ ή μη, νέες ή παλιές) σε βιώσιμα προϊόντα και εργοστάσια διασφαλίζοντας αποδοτικές και οικονομικές λύσεις στην κάθε περίπτωση.