- •Ас.М.Гумеров, н.Н.Валеев, Аз.М. Гумеров, в.М.Емельянов Математическое моделирование химико-технологических процессов Москва «Колос» 2008
- •Список сокращений
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Иерархическая структура современного химического предприятия
- •2. Химико-технологическая система как большая система
- •3. Основные положения системного анализа
- •4. Понятие физико-химической системы
- •I. Общие принципы моделирования
- •1.2. Система автоматизированного проектирования на базе эвм – средство создания новой технологии проектирования
- •1.3. Применение эвм для создания автоматических систем управления технологическими процессами (асутп)
- •2. Математическое моделирование химико-технологических процессов
- •2.1. Понятие модели. Классификация моделей
- •2.2. Виды моделирования
- •2.2.1. Физическое моделирование
- •2.2.2. Математическое моделирование
- •2.3. Классификация математических моделей
- •2.4. Принципы математического моделирования процессов химической технологии
- •2.5. Исследование химико-технологических процессов методом математического моделирования
- •2.5.1. Блочный принцип построения математической модели хтп
- •2.6. Классификация уравнений модели
- •2.7. Этапы построения математической модели хтп
- •II. Детерминированный подход к моделированию
- •3. Математическое моделирование гидродинамической структуры однофазных потоков
- •З.1. Время пребывания элементов потока как случайная величина
- •3.2. Экспериментальное изучение распределения времени пребывания элементов потока
- •3.3. Интегральная и дифференциальная функции распределения времени пребывания элементов потока
- •3.4. Типовые модели структуры потоков
- •3.4.1. Модель идеального смешения
- •3.4.2. Модель идеального вытеснения
- •3.4.3. Однопараметрическая диффузионная модель
- •3.4.4. Ячеечная модель
- •3.4.5. Комбинированные модели
- •3.5. Алгоритм идентификации математического описания структуры потоков
- •3.6. Практический пример
- •Варианты заданий для самостоятельной работы
- •4. Математическое моделирование теплообменных процессов
- •4.1. Основы теплового расчета
- •Проектный расчет теплообменного аппарата
- •Проверочный расчет теплообменного аппарата
- •4.2. Математические модели теплообменников
- •4.3. Теплообменник типа «смешение-смешение»
- •4.4. Теплообменник типа «смешение-вытеснение»
- •4.5. Теплообменник типа «вытеснение-вытеснение»
- •4.6. Оптимальное проектирование теплообменного аппарата
- •4.6.1. Постановка задачи оптимального проектирования
- •4.6.2. Алгоритм расчета критерия оптимизации
- •4.7. Пример моделирования противоточного теплообменника
- •Варианты заданий для самостоятельной работы
- •5. Математическое моделирование кинетики химических реакций
- •5.1. Основные понятия химической кинетики
- •5.1.1. Классификация реакций
- •5.1.2. Скорость химической реакции
- •5.1.3. Кинетические уравнения
- •5.1.4. Механизм химической реакции. Простые и сложные реакции
- •5.1.5. Степень превращения
- •5.1.6. Степень полноты реакции
- •5.1.7. Стехиометрические уравнения. Стехиометрическая матрица
- •5.2.2. Линейные инварианты
- •5.2.3. Ключевые вещества
- •5.3. Этапы идентификации математической модели кинетики химических реакций
- •5.3.1. Экспериментальное исследование кинетики химических реакций
- •Интегральный метод анализа опытных данных
- •Дифференциальный метод анализа опытных данных
- •5.3.2. Формулирование гипотез о возможных механизмах реакции
- •5.3.3. Разработка математической модели кинетики химических реакций
- •5.3.4. Формулирование критерия адекватности
- •5.3.5. Отыскание кинетических констант (параметрическая идентификация модели)
- •5.4. Примеры моделирования кинетики
- •Варианты заданий для самостоятельной работы
- •6. Математическое моделирование массообменных процессов
- •6.1. Постановка задачи
- •6.2. Блочный принцип построения моделей массопередачи
- •6.3. Общая характеристика математического описания
- •6.3.1. Уравнение баланса массы
- •6.3.2. Уравнение равновесия
- •6.3.3. Уравнение кинетики
- •6.4. Моделирование массообменного процесса на примере моделирования процесса адсорбции
- •6.4.1. Уравнение материального баланса
- •6.4.2. Уравнение кинетики адсорбции
- •6.4.3. Уравнение равновесия сорбции
- •6.4.4. Уравнение теплового баланса
- •6.4.5. Уравнение передачи тепла
- •6.4.6. Начальные и граничные условия
- •7. Математическое моделирование химических реакторов
- •7.1. Классификация химических реакторов
- •7.2. Математические модели процесса в реакторе
- •7.2.1. Математические модели реакторов идеального смешения
- •7.2.2. Математические модели химических реакторов идеального вытеснения
- •7.2.3. Каскад реакторов идеального смешения
- •7.3. Сравнение химических реакторов идеального смешения и идеального вытеснения и каскада рис
- •III. Вероятностный подход к моделированию
- •8. Функция одной переменной
- •8.1. Выбор вида и определение параметров эмпирической (монотонной) зависимости
- •8.2. Выбор вида и определение параметров немонотонной зависимости
- •8.2.1. Применение пакета Statgraphics для сложных функций
- •Варианты заданий для самостоятельной работы
- •9. Функции многих переменных
- •9.1. Множественная регрессия
- •9.1.1. Решение задачи с помощью Excel
- •9.1.2. Решение задачи с помощью пакета Statgraphics
- •9.2. Планирование эксперимента
- •9.2.1. Полный факторный эксперимент
- •9.2.2. Дробный факторный эксперимент
- •9.2.3. Планирование второго порядка
- •Варианты заданий для самостоятельной работы
- •Библиографический список
- •Оглавление
Библиографический список
Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии / В. В. Кафаров.– М.: Химия, 1985.– 468 с.
Холоднов В.А. и др. Математическое моделирование и оптимизация химико-технологических процессов: Практическое руководство / В. А. Холоднов, В. П. Дьяконов, Е. Н. Иванова, Л. С. Кирьянова.– СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2003. – 480 с.
Кафаров В.В. Анализ и синтез химико-технологических систем / В. В. Кафаров, В. П. Мешалкин.– М.: Химия, 1991. – 312 с.
Холоднов В.А. и др. Химико-технологические системы. Синтез, оптимизация и управление / В. А. Холоднов, К. Хартман. Под ред. И. П. Мухленова. – Л.: Химия, 1986. – 344 с.
Кафаров В.В. и др. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств / В. В. Кафаров, В. П. Мешалкин, В. Л. Перов.– М.: Химия, 1979. – 320 с.
Кузичкин Н.В. и др. Методы и средства автоматизированного расчета химико-технологических систем: Учеб. пособие для вузов / Н. В. Кузичкин и др. – Л.: Химия, 1987. – 152 с.
Бондарь А.Г. Математическое моделирование в химической технологии / А. Г. Бондарь.– М.: Высшая школа, 1973.– 280 с.
Островский Г.М. Оптимизация химико-технологических процессов. Теория и практика / Г. М. Островский Т. А. Бережинский.– М.: Химия, 1984. – 239 с.
Коган В.Б. Теоретические основы типовых процессов химической технологии / В. Б. Коган.– Л.: Химия, 1977. – 592 с.
Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов / О. Левеншпиль.– М.: Химия, 1969.– 624 с.
Арис Р. Анализ процессов в химических реакторах /Р. Арис.– Л.: Химия, 1989. – 327 с.
Налимов В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов / В. В. Налимов, Н. А. Чернова.– М.-Л.: Наука, 1965.– 340 с.
Ахназарова С.Л. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии / С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров.– М.: Высшая школа, 1985.– 205 с.
Оглавление
Список сокращений 7
Предисловие 8
Введение 9
1. Иерархическая структура современного химического предприятия 9
2. Химико-технологическая система как большая система 10
3. Основные положения системного анализа 11
4. Понятие физико-химической системы 12
I. Общие принципы моделирования 14
1. Общая характеристика задач химической 14
технологии, решаемых с применением ЭВМ 14
1.1. Роль ЭВМ в автоматизированных системах 14
научных исследований (АСНИ) 14
1.2. Система автоматизированного проектирования на базе ЭВМ – средство создания новой технологии проектирования 16
1.3. Применение ЭВМ для создания автоматических 17
систем управления технологическими процессами (АСУТП) 17
2. Математическое моделирование химико-технологических процессов 19
2.1. Понятие модели. Классификация моделей 19
2.2. Виды моделирования 20
2.3. Классификация математических моделей 21
2.4. Принципы математического моделирования 22
процессов химической технологии 22
2.5. Исследование химико-технологических процессов 26
методом математического моделирования 26
2.6. Классификация уравнений модели 29
2.7. Этапы построения математической модели ХТП 29
II. Детерминированный подход к моделированию 34
3. Математическое моделирование гидродинамической 34
структуры однофазных потоков 34
З.1. Время пребывания элементов потока как случайная величина 35
3.2. Экспериментальное изучение распределения 36
времени пребывания элементов потока 36
3.3. Интегральная и дифференциальная функции 36
распределения времени пребывания элементов потока 36
3.4. Типовые модели структуры потоков 37
3.5. Алгоритм идентификации математического описания структуры потоков 50
3.6. Практический пример 52
4. Математическое моделирование теплообменных процессов 59
4.1. Основы теплового расчета 61
4.2. Математические модели теплообменников 64
4.3. Теплообменник типа «смешение-смешение» 66
4.4. Теплообменник типа «смешение-вытеснение» 67
4.5. Теплообменник типа «вытеснение-вытеснение» 67
4.6. Оптимальное проектирование теплообменного аппарата 68
4.7. Пример моделирования противоточного теплообменника 73
5. Математическое моделирование кинетики химических реакций 77
5.1. Основные понятия химической кинетики 77
5.2. Методы упрощения математической модели кинетики 85
химических реакций 85
5.3. Этапы идентификации математической модели 91
кинетики химических реакций 91
химических реакций 100
5.4. Примеры моделирования кинетики 103
6. Математическое моделирование массообменных процессов 108
6.1. Постановка задачи 110
6.2. Блочный принцип построения моделей массопередачи 110
6.3. Общая характеристика математического описания 111
6.4. Моделирование массообменного процесса на 113
примере моделирования процесса адсорбции 113
7. Математическое моделирование химических реакторов 118
7.1. Классификация химических реакторов 120
7.2. Математические модели процесса в реакторе 121
7.3. Сравнение химических реакторов идеального смешения и идеального вытеснения и каскада РИС 129
III. Вероятностный подход к моделированию 132
8. Функция одной переменной 132
8.1. Выбор вида и определение параметров эмпирической (монотонной) 132
зависимости 132
8.2. Выбор вида и определение параметров немонотонной зависимости 137
9. Функции многих переменных 141
9.1. Множественная регрессия 141
9.2. Планирование эксперимента 148
Библиографический список 161
оглавление 162
