Αντικείμενο του μαθήματος είναι η παροχή βασικών γνώσεων που αφορούν τη σχεδίαση 3D αντικειμένων/συσκευών, την ερμηνεία των μηχανολογικών τους σχεδίων και τη σχεδιαστική βελτιστοποίηση των κατασκευών. Όλα τα παραπάνω γίνονται με τη χρήση Η/Υ και του λογισμικού παραμετρικού σχεδιασμού SolidWorks.

Στο μάθημα καλύπτονται τα εξής:

  • Περιγράφονται και αναλύονται οι βασικές αρχές σχεδιασμού αντικειμένων, δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στο σχεδιασμό όψεων και τομών αντικειμένων, ενώ αναλύεται και η λογική για την τοποθέτηση διαστάσεων.
  • Αναλύονται οι βασικές αρχές λειτουργίας του παραμετρικού σχεδιαστικού λογισμικού. Γίνεται αναλυτική περιγραφή και εξάσκηση στη χρήση των βασικών εργαλείων του Solidworks (sketch, views, extruded boss/base, extruded cut, revolve boss/base, mirror, pattern, reference geometry, hole wizard, κ.α.) για το σχεδιασμό δισδιάστατων αντικειμένων και στη συνέχεια μετατροπή τους σε τρισδιάστατα.
  • Γίνεται ανάλυση για την κατασκευή συνθέσεων (assemblies) από διαφορετικά αντικείμενα και χρήση των αντίστοιχων εργαλείων (mate)
  • Αναλύεται η διαδικασία δημιουργίας του μηχανολογικού σχεδίου ενός αντικειμένου (drawing) το οποίο έχει σχεδιαστεί σε τρεις διαστάσεις
  • Γίνεται λεπτομερής περιγραφή του λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων (simulation) για την προσομοίωση της συμπεριφοράς (αντοχές, τάσεις, παραμορφώσεις, κ.α.) των αντικειμένων που έχουν σχεδιαστεί. Το εργαλείο αυτό χρησιμοποιείται για τη σχεδιαστική βελτιστοποίηση των αντικειμένων προκειμένου να πληρούν όλες τις απαιτούμενες προδιαγραφές με το βέλτιστο δυνατό τρόπο.

 

Το μάθημα διδάσκεται στο Υπολογιστικό Κέντρο του τμήματος και η βαθμολογία προκύπτει από τα κουίζ/εξέταση που συμπληρώνουν οι φοιτητές σε κάθε μάθημα (δεν υπάρχει τελική εξέταση).


Γενικά χαρακτηριστικά μικροβίων .
Ιδιότητες των τεσσάρων μεγάλων κατηγοριών μικροβίων και μολυνσματικών παραγόντων.
Το προκαρυωτικό κύτταρο, Gram – και Gram + βακτήρια, αρχαία.
Το ευκαρυωτικό κύτταρο, μύκητες, ζύμες, πρωτόζωα, φύκη.
Ιοί, βακτηριοφάγοι, φυτικοί και ζωικοί ιοί.
Ιοειδή, πράιονς (prions).
Μικροβιακή θρέψη.
Κατηγορίες μικροβιολογικών θρεπτικών υποστρωμάτων.
Aερόβιοι & αναερόβιοι μικροοργανισμοί.
Καλλιέργειες μικροβίων : μικροβιακή αύξηση και η κινητική της.
Κλειστό σύστημα καλλιέργειας κυττάρων.
Ανοιχτό σύστημα καλλιέργειας κυττάρων.
Ποιοτική και ποσοτική ανάλυση μικροβιακού φορτίου δείγματος.

΄Ελεγχος της μικροβιακής αύξησης με φυσικές και χημικές μεθόδους.
Μέσα καταστροφής μικροβίων, απολύμανση και αποστείρωση.
Eπίδραση φυσικοχημικών παραγόντων στη μικροβιακή αύξηση :
θερμότητα, pH, υδατοπεριεκτικότητα.
Εφαρμογές μικροβιολογίας στη χημική και φαρμακευτική βιομηχανία, βιοτεχνολογία, βιομηχανία τροφίμων, ιατρική και περιβάλλον.

Περιεχόμενο Μαθήματος
Εισαγωγή στις νανοδομές, στα νανοϋλικά και τη χαλαρή ύλη. Σύγχρονες τεχνικές χαρακτηρισμού νανοδομών και νανουλικών. Αντιπαραβολή ογκωδών φάσεων και διεπιφανειών. Θεωρία φαινομένων διαβροχής. Παραγωγή και χαρακτηρισμός υπερυδρόφοβων και υπερυδρόφιλων επιφανειών. Εισαγωγή στη βιομιμητική και υπερμοριακή Χημεία. Κολλοειδή σύζευξης. Σύγχρονες εφαρμογές νανοϋλικών και κολλοειδών.

1. Εισαγωγή στην περιβαλλοντική μηχανική 2. Εκπομπές και πορεία των χημικών ουσιών στο περιβάλλον ● Τύποι εκπομπών ● Διαθεσιμότητα και παραγωγή δεδομένων εκπομπών ● Μοντέλα μεταφοράς και μετασχηματισμού/Γενικά μοντέλα ισοζυγίου ύλης ● Μετασχηματισμοί τοξικών ουσιών στο περιβάλλον o Βιοσυσσώρευση o Αβιοτικές διεργασίες μετασχηματισμού o Βιοαποικοδόμηση o Βιομετασχηματισμός 3. Μηχανική ποιότητας νερού ● Η φύση των προβλημάτων της ποιότητας νερού ● Φυσικές μέθοδοι επεξεργασίας ● Χημικές και φυσικοχημικές μέθοδοι επεξεργασίας ● Βιολογικές μέθοδοι επεξεργασίας 4. Μηχανική ποιότητας αέρα ● Η φύση των προβλημάτων της ποιότητας αέρα ● Εκπομπές ατμοσφαιρικών ρύπων και έλεγχος αυτών ● Μέθοδοι επεξεργασίας ● Μοντέλα ποιότητας αέρα 5. Διαχείριση στερεών αποβλήτων ● Η φύση του προβλήματος διάθεσης των στερεών αποβλήτων ● Ελαχιστοποίηση επικινδύνων αποβλήτων ● Διεργασίες διαχείρισης επικινδύνων αποβλήτων ● Διάθεση επικινδύνων αποβλήτων 6. Ανάλυση κύκλου ζωής ● Εισαγωγή στην Ανάλυση Κύκλου Ζωής ● Μεθοδολογία Ανάλυσης Κύκλου Ζωής ● Προσδιορισμός πλαισίου και στόχου ανάλυσης ● Απογραφική ανάλυση ● Αξιολόγηση περιβαλλοντικών επιπτώσεων ● Ερμηνεία αποτελεσμάτων ● Εφαρμογές της ΑΚΖ: χρησιμότητα, αδυναμίες και περιορισμοί ● Παραδείγματα ΑΚΖ 7. Διαμόρφωση Βιομηχανικού Οικοσυστήματος – Περιβαλλοντικής Πολιτικής ● Ολοκλήρωση ροών μάζας και ενέργειας σε βιομηχανικό σύμπλεγμα ● Βασικά στοιχεία διαμόρφωσης περιβαλλοντικής πολιτικής ● Παραδείγματα βιομηχανικής οικολογίας 8. Χημικά στο περιβάλλον και δημόσια υγεία ● Μηχανισμοί ανθρώπινης έκθεσης σε περιβαλλοντικά χημικά ● Μέθοδοι αποτίμησης των επιπτώσεων στην ανθρώπινη υγεία ● Βελτιστοποίηση σύνθεσης νέων χημικών μέσω ΑΚΖ και ανάλυση έκθεσης/τοξικότητας

Στόχος του μαθήματος είναι η διδασκαλία διεργασιών επεξεργασίας νερού. Η διδασκαλία ξεκινά με την ανάλυση των ποιοτικών χαρακτηριστικών του νερού, ακολουθούν οι διεργασίες που εφερμόζονται για την τροποποίηση τους και τέλος αναφέρεται η επίδρασή τους στην υγεία των ανθρώπων. Περιλαμβάνει τα ακόλουθα κεφάλαια: 1. Υδάτινοι πόροι – υδρολογικός κύκλος 2. Φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του νερού (δομή και ιδιότητες του νερού, ανόργανα, οργανικά και αισθητικά χαρακτηριστικά του νερού) 3. Στοιχεία μικροβιολογίας (είδη μικροοργανισμών που απαντούν στο νερό, παράγοντες που τους επηρεάζουν, μέθοδοι προσδιορισμού, μικροοργανισμοί δείκτες, μικροβιολογικός έλεγχος του νερού) 4. Σχεδιασμός εγκαταστάσεων επεξεργασίας νερού 5. Κροκίδωση – Συσσωμάτωση (συστήματα διασποράς στο νερό, μηχανισμοί αποσταθεροποίησης, σχεδιασμός της διεργασίας) 6. Ιζηματοποίηση (χημεία της ιζηματοποίησης, απομάκρυνση σιδήρου, μαγγανίου, ασβεστίου, μαγνησίου, όξινων ανθρακικών, θειικών, θειούχων, βαρέων μετάλλων) 7. Καθίζηση – Επίπλευση (αρχή λειτουργίας, σχεδιασμός της διεργασίας) 8. Διήθηση (χαρακτηριστικά σωματιδίων που απομακρύνονται με διήθηση, διήθηση χώρου, διήθηση επιφανείας) 9. Απομάκρυνση οργανικών ενώσεων από το νερό με προσρόφηση σε ενεργό άνθρακα 10. Απολύμανση (Μηχανισμοί απολύμανσης, παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα, κινητική, είδη απολυμαντικών, σχεδιασμός της διεργασίας) 11. Αντίστροφη όσμωση – ηλεκτροδιάλυση 12. Ιοντοεναλλαγή (δομή ρητινών, κύκλος λειτουργίας, σχεδιασμός κλινών ιοντοεναλλαγής) 13. Απομάκρυνση αερίων και πτητικών ενώσεων από το νερό με αέρα 14. Επικαθήσεις (κατηγορίες, στάδια δημιουργίας, αντιμετώπιση, χαρακτηρισμός) 15. Διάβρωση (θεωρία, είδη, κινητική της διάβρωσης, ιδιότητες του νερού που τη επηρεάζουν, αντιμετώπιση) 16. Πόσιμο νερό διατροφή και υγεία

Επιλεγμένα κεφάλαια πολυφασικής ροής με έμφαση στα βασικά χαρακτηριστικά της ροής υγρού-αερίου που απαιτούνται για το σχεδιασμό συσκευών διεργασιών

Εισαγωγή στον σχεδιασμό και στην σύνθεση Διεργασιών. Σύνθεση διεργασιών με  χρήση σύγχρονων υπολογιστικών μεθόδων. Βασικές μεθοδολογίες σύνθεσης και σχεδιασμού διεργασιών. Ο ρόλος των μεθόδων προηγμένης  βελτιστοποίησης στην σύνθεση και στο Σχεδιασμό Διεργασιών.
Βασικές αρχές προβλημάτων βελτιστοποίησης. Γραμμικός, μη-γραμμικός και μεικτός ακέραιος προγραμματισμός. Μοντελοποίηση διακριτών επιλογών σε προβλήματα σχεδιασμού και σύνθεσης διεργασιών  με χρήση  δυαδικών μεταβλητών. Μεθοδολογία μετατροπής λογικών εκφράσεων σε ισοδύναμες αλγεβρικές αναπαραστάσεις. Βασικές αρχές και αλγόριθμοι επίλυσης προβλημάτων μεικτού-ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού.
Σύνθεση και Σχεδιασμός Δικτύων Εναλλακτών Θερμότητας για μέγιστη εξοικονόμηση Ενέργειας. Ελαχιστοποίηση κόστους βοηθητικών παροχών. Ελαχιστοποίηση συνδυασμών θερμών-ψυχρών ρευμάτων. Τεχνικές διάσπασης για επίλυση προβλημάτων σύνθεσης δικτύων εναλλακτών θερμότητας. Αυτόματη ανάπτυξη βέλτιστων δικτύων εναλλακτών θερμότητας με χρήση τεχνικών βελτιστοποίησης.
Προηγμένη σύνθεση διεργασιών διαχωρισμού: Σύνθεση και βέλτιστη ακολουθία ενεργειακά ολο-κληρωμένων αποστακτικών στηλών. Μοντελοποίηση της υπερδομής με τεχνικές μεικτού ακέραιου προγραμματισμού.
Εισαγωγή στο  εργαλείο GAMS για την βελτιστοποίηση συστημάτων διεργασιών (εργαστήριο). Δομή του εργαλείου, σύνταξη προβλημάτων βελτιστοποίησης, βασικές εντολές και δυνατότητες.
Ασκήσεις προβλημάτων σχεδιασμού και σύνθεσης με χρήση του εργαλείου GAMS:
•       Σύνθεση ενός δικτύου εναλλακτών θερμότητας μέγιστη εξοικονόμηση ενέργειας .
•       Βέλτιστη σύνθεση και σχεδιασμός  ενός πολύπλοκου δικτύου παραγωγής χημικών προϊό-ντων.
•       Βέλτιστη σύνθεση και σχεδιασμός  μια μονάδας παραγωγής ενέργειας με πολλές ενεργειακές πρώτες ύλες.
•       Προσδιορισμός βέλτιστου δίσκου τροφοδοσίας αποστακτικής στήλης διυλιστηρίου.
•       Βέλτιστος χρονοπρογραμματισμός διεργασιών ανάμιξης διυλιστηρίου.


Στόχος είναι  οι φοιτητές μετά την ολοκλήρωση του μαθήματος να μπορούν να σχεδιάζουν βέλτιστα μια παραγωγική διαδικασία με χρήση προηγμένων τεχνικών και υπολογιστικών εργαλείων.

Περιεχόμενο Μαθήματος:

  1. Ρυθμιστές, μετρητικά όργανα & τελικά στοιχεία ρύθμισης
  2. Συνάρτηση μεταφοράς κλειστού κυκλώματος
  3. Μεταβατική συμπεριφορά διεργασιών στο κλειστό κύκλωμα ανάδρασης
  4. Ευστάθεια συστημάτων
  5. Γεωμετρική απεικόνιση του τόπου των πόλων της G(s)
  6. Εφαρμογή του τόπου των πόλων στη ρύθμιση ανάδρασης
  7. Συχνοτική ανάλυση
  8. Εφαρμογή της συχνοτικής ανάλυσης στη ρύθμιση ανάδρασης
  9. Μέθοδοι προσδιορισμού των παραμέτρων του ρυθμιστή ανάδρασης
  10. Ρύθμιση συστημάτων πολλαπλών εισόδων πολλαπλών εξόδων
  11. Έλεγχος συστοιχίας
  12. Έλεγχος πρόδρασης

Μαθησιακά Αποτελέσματα:

Κατανόηση της έννοιας της ρύθμισης/ελέγχου μιας φυσικοχημικής διεργασίας και της εξάρτησης από τη δυναμική συμπεριφορά της διεργασίας. Κατανόηση της αναγκαιότητας της ρύθμισης μιας διεργασίας και συσχέτιση με την ασφάλεια λειτουργίας της διεργασίας, την παραγωγικότητα/ αποδοτικότητα λειτουργίας της διεργασίας και τη διασφάλιση των περιβαλλοντικών περιορισμών κατά τη λειτουργία της διεργασίας. Ανάπτυξη κριτικής ικανότητας επιλογής και σχεδιασμού του κατάλληλου ρυθμιστικού συστήματος για τον έλεγχο μιας διεργασίας. Ανάπτυξη ικανότητας μαθηματικής περιγραφής του παραπάνω τύπου προβλημάτων και επίλυσής τους. Ανάπτυξη κριτικής σκέψης και σύνθεσης γνώσεων απαραίτητων για την επίλυση των προβλημάτων αυτών.

To μάθημα εισάγει τους φοιτητές στο σχεδιασμό και τη μελέτη των μικρο-συσκευών. Mε τον όρο μ-συσκευές αναφερόμαστε σε συστή­ματα, τα κανάλια ροής των οποίων έχουν χαρακτηριστική διάσταση μικρότερη από 1mm και με τα οποία γίνονται διάφορες κλασσικές διεργασίες της Χημικής Μηχανικής (π.χ. αντίδραση, διαχωρισμός, ανάμιξη, κλπ.). Οι μ-συσκευές παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτή­ματα έναντι των αντίστοιχων συμβατικών (π.χ. υψηλούς ρυθμούς μεταφοράς θερμότητας και μάζας, καλύτερο έλεγχο των διεργασιών κλπ) με αποτέλεσμα η έρευνα στο πεδίο αυτό να παρουσιάζει σημαντική αύξηση τις τελευταίες δεκαετίες. Στο σύνολο σχεδόν αυτών των εφαρμογών, λόγω της μικρής χαρακτηριστικής διάστασης των καναλιών ροής, οι αριθμοί Reynolds είναι μικροί (<100) και η ροή στρωτή, οπότε κυριαρχούν δυνάμεις και φαινόμενα που δεν θεωρούνται σημαντικά στη μακρο-κλίμακα (π.χ. επιφανειακές δυνάμεις). Έτσι οι μ-συσκευές απαιτούν μεθόδους σχεδιασμού που διαφέρουν από αυτές στη μακρο-κλίμακα.

Στα πλαίσια του μαθήματος, με τον όρο ηλεκτρονικά κεραμικά εννοούνται τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται αφενός μεν τα (περιφερειακά της κεντρικής μονάδας του ημιαγωγού) στοιχεία ενός (ολοκληρωμένου! ή μη) ηλεκτρονικού κυκλώματος (δηλ. αντιστάσεις, πυκνωτές, πηνία) αλλά και οι πυρήνες αυτόνομων συστημάτων ελέγχου, διάγνωσης, αίσθησης κλπ. (π.χ. μικροαισθητήρες θερμοκρασίας, αερίων, υγρασίας, θέσης κλπ., μετασχηματιστές, κεραίες, γεννήτριες υπερήχων, υπέρυθροι ανιχνευτές, βηματοδότες, μικροαντλίες κλπ.). Σκοπός του μαθήματος: Η κατανόηση των αρχών λειτουργίας των ηλεκτρονικών κεραμικών και της συσχέτισης της συμπεριφοράς τους στην εφαρμογή με τα βασικά χαρακτηριστικά της χημικής σύστασης, της δομής, της μικροδομής.

Υποχρεωτικό μάθημα 6ου εξαμήνου του προγράμματος σπουδών στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Α.Π.Θ.

Aνάπτυξη της μεθοδολογίας σχεδιασμού φυσικο-χημικών διαδικασιών και εγκαταστάσεων

Εισαγωγή στην Τεχνική Μηχανική και την Αντοχή των Υλικών με λίγα θέματα στατικής. Τάσεις και παραμορφώσεις, λόγος του Poisson και θερμική διαστολή. Πιεστικά δοχεία και συγκεντρώσεις τάσεων. Συνδέσεις με ήλωση και συγκολλήσεις. Ιδιότητες επιφανειών. Αντιδράσεις δοκών, διατμητικά και διαγράμματα ροπών. Τάσεις σε δοκούς - βέλος κάμψης. Μέθοδοι ισχυροποίησης των μετάλλων. Βιομηχανική αστοχία.

Στοιχεία διανυσματικής άλγεβρας, ισορροπία υλικού σημείου, ισορροπία στερεού σώματος, δικτυώματα, πλαίσια, εσωτερικές δυνάμεις και διαγράμματα MNQ, εφελκυσμός, κάμψη, στρέψη, κέντρα βάρη επιφανειών και ροπές αδρανείας πρώτης και δεύτερης τάξης, ελαστική γραμμή, λυγισμός, κύκλος του mohr, Νόμος Hooke, στοιχεία τανυστικής άλγεβρας, εισαγωγή στην ελαστικότητα, μηχανική των στερεών, μηχανική των ρευστών, παραδείγματα από τη Νανοτεχνολογία.