Тема 2. Основы системного анализа процессов химической технологии.

Рекомендации по изучению курса «Моделирование ХТП» заочн

 

ЦЕЛЬ КУРСА

 

Формирование у студентов необходимых знаний теоретических основ математического моделирования процессов химической технологии и практических навыков разработки и применения конкретных формализованных математических моделей химико-технологических объектов.

 

СТЕПЕНЬ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ ПО УРОВНЯМ

 

Студенты должны:

- знать содержание метода математического моделирования и стратегию системного анализа при решении задач химической технологии, возможности и перспективы математического моделирования при проектировании, анализе, оптимизации и управлении технологическими процессами;

- уметь корректно и целенаправленно ставить и решать задачи моделирования, проводить системный анализ химико-технологических систем и на его основе разрабатывать формализованные физические и математические модели исследуемых процессов химической технологии, а также разрабатывать экспериментально-статистические модели процессов на основе планирования эксперимента;

- приобрести практические навыки применения детерминированных и экспериментально-статистических моделей для моделирования стехиометрии, термодинамики, кинетики и гидродинамики химико-технологических процессов при решении типовых задач их анализа, синтеза и управления.

 

 

методические рекомендации студентам

 

Практические занятия по дисциплине проводятся в компьютерном классе кафедры. Предварительно студенты должны внимательно проработать соответствующие разделы курса лекций и рекомендованной литературы. Приступая к работе в компьютерном классе, дополнительно необходимо ознакомиться с методическими указаниями и инструкцией по рабочему месту и получить допуск у преподавателя.

Отчеты по практическим занятиям должен быть индивидуально защищены, что является необходимым условием получения зачета.

 

Рекомендации при использовании информационных технологий.

 

Допускается использовать любые информационные базы и технологии, имеющие отношение к изучаемой дисциплине, доступ к которым открыт. Студентам следует использовать домашний компьютер для выполнения контрольных работ изакрепления практических навыков моделирования процессов химической технологии. При этом предлагается реализовывать разрабатываемые собственные моделирующие программы в среде Mathсad, которая на кафедре ХТиО принята в качестве базовой математической системой для автоматизации научно-технических вычислений.

 

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

Тема 1. Введение. (самостоятельное изучение)

Общие сведения о математическом моделировании. Системы прикладной информатики. Рекомендуемая литература.

Тема 2. Основы системного анализа процессов химической технологии.

Понятие системы. Системный анализ. Этапы системного анализа. Технология декомпозиции. Сложные системы. Иерархическая декомпозиция ХТП. Иерархическая структура математической модели процесса в химическом реакторе.

Тема 3. Принципы компьютерного моделирования ХТП. (частично самостоятельное изучение)

Общие понятия. Цели и задачи моделирования. Классификация моделей. Физическое моделировaние. Математическое моделировaние. Требования к модели. Методы составления математических моделей. Эмпирический метод. Экспериментально-аналитический метод. Теоретический метод. Сопоставление методов построения математических моделей. Достоверность и простота модели. Построение систем уравнений математического описания ХТП. Разработка и реализация расчетных модулей и моделирующих алгоритмов ХТП. Проверка адекватности и идентификация модели. Выбор математической модели. Общая схема процесса математического моделирования. Основы алгоритмизации при построении и реализации моделей. Основные этапы разработки моделирующих программ для ЭВМ.

Тема 4. Базовые приемы работы в программе Mathcad. (самостоятельное изучение)

Назначение Mathсad. Графический интерфейс Mathcad и его элементы. Ввод и редактирование формул. Ввод символов, операторов и функций. Ввод и редактирование текста. Переменные и функции. Определение функции пользователя. Типы данных. Ранжированные переменные. Создание массивов. Формат результата. Векторы и матрицы в Mathcad. Транспортирование. Сложение. Умножение. Определитель квадратной матрицы. Обратная матрица. Матричные функции. Решение системы линейных алгебраических уравнений в матричной форме. Задачи математического анализа в Mathcad: интегрирование, дифференцирование. Язык программирования Mathcad. Создание программы (Add Line). Разработка программы. Условные операторы (if, otherwise). Операторы цикла (for, while, break). Решение нелинейных уравнений. Построение графиков.

Тема 5. Формализованные модели химически активных газовых систем. (самостоятельное изучение по методичке 7793).

Модель формализованного стехиометрического реактора. Модели идеального и реального газов. Термодинамический реактор. Моделирование энтальпии, энтропии, энергии Гиббса химического превращения. Математическое моделирование константы химического равновесия. Математическая модель термодинамической сжимаемости. Моделирование коэффициента летучести реальных газов. Моделирование равновесного состава идеальной газовой системы.

Тема 6. Формализованные модели гетерогенных систем газ-жидкость.

Концепция идеального раствора при моделировании гетерогенных систем. Физическая модель гетерогенных систем пар-жидкость. Модели Клапейрона–Клаузиуса, Антуана, Тека–Стилла, Риделя–Ватсона. Математическая модель химического потенциала.

Тема 7. Формализованные кинетические модели процессов химической технологии.

Формализованная кинетическая модель химического превращения. Формализованная модель константы скорости химического превращения.

 

Материал, выданный на самостоятельное изучение, дан в электронных лекциях.

 

Список рекомендуемой литературы.

 

Основная

1. Гартман Т. Н., Клушин Д. В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. – 416 с. 2. Бесков В. С. Общая химическая технология: Учебник для вузов. – М.: ИКЦ… 3. Алексеев Е. Р., Чеснокова О. В. Mathcad 12. – М.: НТ Пресс, 2005. – 345 с. или др.

Дополнительная

1. Широков Ю.Г. Теоретические основы технологии неорганических веществ: Учебное пособие для высших учебных заведений. - Иваново, 1999. - 330 с. 2. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов… 3. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химической технологии. М.: Химия, 1976. – 463 с.

По результатам контрольной работы и лекционно-практических занятий во время зимней сессии делается допуск к зачету.