Исследование и моделирование химико-технологических процессов

Моделирование химико-технологических процессов и реакторов необходимо осуществлять прн проведении исследований, на стадии проектирования производств и для оптимизации работы (определения оптимальных параметров технологического режима) действующих аппаратов и установок. При организации нового производства моделирование связывает исследовательскую работу с проектной, позволяя переходить от лабораторного исследования к производственному осуществлению процесса. Моделирование какого-либо физического явления, в том числе и химико-технологического процесса, — это осуществление явления, подобного прототипу (образцу). Подобными называются такие явления, для которых соотношения сходственных, характеризующих их величин постоянны. [c.29]

Математические методы в химии и в химической кинетике в частности находят самое широкое применение. Активное использование ЭВМ и современных методов математического анализа позволяет решать широкий круг вопросов, связанных с созданием химических баз данных, информационно-поисковых систем, распространением методов вычислительного эксперимента и имитационного моделирования в химии, развитием математического моделирования химико-технологических процессов, решением математических проблем теоретической химии, термодинамики, химической и физической кинетики и теории горения, применением методов теории графов, совершенствованием методов обработки экспериментальных данных и решения задач идентификации моделей, созданием систем автоматизации эксперимента, разработкой проблемно-ориентированных языков и методов машинной аналитики и т. д. Все это позволяет говорить о становлении нового научного направления — химической информатики и математической химии. По отдельным из названных вопросов проводится значительное число конференций [83-85,286,288,290,291,333,498,527], однако в монографической литературе [187, 236, 328] представлены лишь традиционные задачи, чаше всего вычислительного характера. Данное приложение призвано хотя бы частично восполнить этот пробел. Мы приведем здесь ряд нестандартных численных методов, которые только в последнее время начали применяться для анализа уравнений химической кинетики. В основном дается описание алгоритмов. Программная их реализация упоминается по необходимости весьма кратко, однако везде, где это возможно, даются соответствующие ссылки. В приложении 3 существенно используется разработанное в НИ ВЦ АН СССР (Пущине) программное обеспечение качественного исследования динамических систем. Приложения 6, 7 носят информационный характер. В них дается краткое описание новых математических средств — алгоритмов и программ интегрирования жестких систем дифференциальных уравнений и методов интервального анализа. [c.239]

Поскольку число работ по исследованию и моделированию химико-технологических процессов велико, автор не пытался дать полный обзор литературы приведены лишь те литературные источники, которые использованы при изложении. [c.10]

Автор не пытался дать полный обзор литературы по рассматриваемым проблемам, так как это превратило бы книгу в библиографический справочник, поскольку число работ по исследованию и моделированию химико-технологических процессов велико приведены лишь те литературные источники, которые использованы при изложении. [c.10]

В соответствии со сказанным в последующем изложении будем понимать под моделированием химико-технологического процесса его осуществление и исследование с помощью созданного для этой цели устройства — модели. Такое устройство может быть [c.11]

H.П. Основы биотехнологии и другие. В них рассматриваются такие важнейшие проблемы химической технологии как теория химических реакторов, моделирование химико-технологических процессов, кинетические закономерности процессов и пути их интенсификации и т.п. С целью обобщения и координации исследований в области химической технологии создан Научный совет по теоретическим основам химической технологии, а в 1966 году начато издание журнала Теоретические основы химической технологии . [c.41]

В настоящее время для компьютерного исследования и моделирования химико-технологических процессов можно использовать современные системы компьютерной математики [13, 15, 16, 49], [c.16]

С развитием математического моделирования процессов и реакторов и исследованием с помощью математических методов динамических процессов нестационарной кинетики математика сделалась органическим вплетением в логические основания и химии, и химической технологии. И если в настоящее время учение о химических процессах называют и химической физикой (школа И, Н. Семенова), и физической кинетикой, то цементирующим элементом в системе, которая включала в себя химические и физические представления о химико-технологическом процессе, является скорее всего именно математика. И что особенно интересно и важно — это то, что в этой системе происходит развитие одновременно и параллельно и химических, и физических, и технических, и математических знаний. Дело в том, что решение кинетических задач оказалось невозможным в рамках классической теории дифференциальных уравнений. Сложный нелинейный характер протекания химических процессов выдвинул ряд новых задач, решение которых обогатило собственно и математику. В последние несколько лет создалась новая дисциплина, пограничная между математикой и химией, а фактически между математикой и теорией химической технологии, которая призвана решать задачи химии в основном в связи с созданием промышленного химического процесса, — математическая химия, призванная служить надежным теоретическим основанием учения о химических процессах. [c.163]

После Великой Отечественной войны исследования по теоретическим основам химической технологии получили широкое распространение не только в высших учебных заведениях, но и во многих отраслевых научно-исследовательских институтах, а также в институтах Академии наук СССР и академий союзных республик. В Институте катализа СО АН СССР широко развернуты работы по теории химических реакторов и математическому моделированию химико-технологических процессов. [c.65]

Моделирование химико-технологических процессов и реакторов необходимо осуществлять при проведении исследований, на стадии проектирования производств и для оптимизации работы (определения оптимальных параметров технологического режима) действующих аппаратов и установок. [c.122]

Книга представляет собой методическое руководство, составленное в соответствии с программой вузовского курса Моделирование химико-технологических процессов . В книге освещены вопросы применения аналоговой вычислительной техники для исследования математических моделей химических реакций и объектов химической технологии. Описаны технические приемы работы на аналоговых вычислительных машинах. Приведено большое число разнообразных примеров для изучения методов моделирования. [c.4]

Выше показано, что математические описания химико-технологических процессов представляют собой системы алгебраических или дифференциальных уравнений. Здесь приведем описание некоторых численных методов, позволяющих выполнять расчеты таких систем. Далее рассмотрим существенные для математического моделирования методы исследования таких систем определение чувствительности решения к величинам параметров и, если число возможных решений больше одного, — определение устойчивого решения и па его основе — устойчивого режима работы химико-технологического процесса. [c.141]

Все сказанное справедливо для любого химико-технологического процесса, но наиболее существенно для крупнотоннажных производств нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности — одной из наиболее важных отраслей народного хозяйства. Применение научных методов разработки, внедрения и осуществления этих процессов позволяет получить падежные данные, сократить срок разработки и исследования, уменьшить число стадий (опытных установок) при реализации лабораторного процесса, наиболее эффективно проектировать промышленные установки, вести промышленный процесс в оптимальных условиях, т. е. на каждом этапе достигать существенной экономии времени и средств. Понятно поэтому, что умение пользоваться современными методами исследования и моделирования необходимо и научному работнику, разрабатывающему процесс, и инженеру, проектирующему или эксплуатирующему его. [c.9]

Развиваемая методология, основанная на комплексном использовании принципов математического моделирования, математической теории больших систем и возможностей современной вычислительной техники, предоставляет в распоряжение исследователя, научного работника и проектировщика химико-технологи-ческих систем строгую научно обоснованную стратегию системного исследования и мощный формальный аппарат для автоматизированного решения задач анализа, расчета и проектирования сложных химико-технологических процессов. [c.4]

Поэтому в последнее время все шире используется метод математического моделирования для расчета и исследования химических реакторов [48, 49, 283]. Создание математических моделей стало возможным благодаря внедрению вычислительных машин. Современные вычислительные машины позволяют осуществить огромное число различных операций, провести - расчеты по математическому описанию любого (в перспективе) химико-технологического процесса. [c.223]

Основной метод исследования ХТС — математическое моделирование, опирающееся на широкое использование ЭВМ. Оно открыло перед исследователями большие возможности в деле разработки математических описаний химико-технологических процессов и применения их для расчета и оптимизации ХТС. При моделировании ХТС наряду с моделями отдельных аппаратов используют модель всей системы. Необходимость последней обусловлена тем, что процессы, протекающие в отдельных аппаратах, влияют друг на друга. В силу этого оптимизация отдельно взятого аппарата без учета его связей с остальными аппаратами может привести к тому, что весь технологический процесс в целом будет протекать не в оптимальном режиме. [c.3]

Успешное решение задач повышения эффективности сложных химико-технологических процессов и качества выпускаемой продукции во многом зависит от обеспечения рациональных режимов ведения процессов. Особую трудность представляют производства, исследования которых на действующих объектах и с помощью физического моделирования являются недостаточными для определения оптимальных режимов работы. При изучении таких процессов возрастает роль математического моделирования, дополняющего другие методы исследования. [c.118]

С позиций системного анализа изложено современное состояние теории и практики расчета теплообменников-конденсаторов химико-технологических процессов. Обобщены результаты экспериментально-аналитических исследований процессов переноса, используемых при моделировании. Приведена методика совместного определения параметров теплообменника-конденсатора и системы автоматического управления, обеспечивающая максимальный технико-экономический эффект проектного варианта. [c.2]

Аналитическому исследованию многостадийных процессов до настоящего времени препятствовали значительные трудности вычисления, возникавшие при решении уравнений их математических моделей. Но при современном уровне развития вычислительной техники решение подобных задач в большинстве случаев стало возможно. Это должно привлечь, несомненно, более широкое внимание к исследованию химико-технологических процессов методом математического моделирования . [c.152]

В настоящее время исследование сложных систем путем моделирования становится общепринятым методом и результатам, полученным таким образом, можно вполне доверять при создании систем автоматического регулирования сложных химико-технологических процессов. Есть уверенность, что этот метод будет и в дальнейшем развиваться и совершенствоваться. [c.249]

Назначение лабораторного практикума - закрепление у студентов методологических основ численных методов расчета фрагментов математических моделей химико-технологических процессов, навыков работы с ЭВМ, разработки и отладки программ, анализа результатов счета и исследования математической модели. Практикум в целом соответствует программам ряда курсов, связанных с проблемами моделирования и расчета химико-технологических объектов, в частности, Применение ЭВМ в химической технологии , Применение ЭВМ в биотехнологии , Математические методы в химической технологии , Математическое моделирование в химической технологии и других курсов. Завершается лабораторный практикум решением индивидуальной задачи в виде курсовой работы. [c.3]

Методологической основой изучения материала курса Общая химическая технология являются основные научные методы исследования химико-технологических процессов — математическое моделирование и системный анализ, базирующиеся на закономерностях протекающих химических и фазовых превращений, явлений переноса теплоты и вещества, равновесия, сохранения энергии и массы в сложных реагирующих системах, что делает представленный материал не просто изложением сведений о процессах и явлениях химической технологии, а их исследованием и разработкой. [c.3]

Однако многие химико-технологические процессы настолько сложны, что удается лишь составить систему дифференциальных уравнений для их описания и установить условия однозначности. Решить же эти уравнения известными в математике методами обычно не представляется возможным. В подобных случаях используют метод моделирования. В широком смысле под моделированием понимают исследование объектов познания на их моделях, поэтому моделирование неотделимо от развития знания. [c.63]

За последнее десятилетие в СССР и некоторых зарубежных странах получила распространение отрасль науки — математическое моделирование химических реакторов и процессов. Ее успехи обусловлены, с одной стороны, совершенствованием экспериментальных. методов исследования кинетики химических превращений и скоростей переноса тепла и реагирующих веществ, а с другой, — стремительным развитием вычислительной математики и вычислительной техники. Сейчас математическое моделирование стало общим методом оптимального проектирования химической аппаратуры. Поэтому редактор перевода счел целесообразным дополнить книгу разделом, в котором в конспективной форме изложены основные идеи и этапы моделирования каталитических реакторов (глава XV), а также подробной библиографией работ по математическому моделированию химико-технологических процессов, опубликованных в 1965—1967 гг. В дополнении отражены главным образом исследования коллектива лаборатории моделирования Института катализа СО АН СССР, проведенные совместно с сотрудниками Института математики и ВЦ Сибирского отделения АН СССР, особенно работы В. С. Бескова, Т. И. Зеленяка, Ю. И. Кузнецова, В. А. Кузина, Ю. Ш. Матроса, В. Б. Скоморохова и А. В. Федотова. [c.11]

Огромное значение имеет моделирование при исследовании химико-технологических процессов и проектировании химических [c.63]

Основной метод исследования ХТС — математическое моделирование опирается на широкое применение компьютеров (ЭВМ). Оно открыло перед исследователями большие возможности в разработке математических описаний и моделей химико-технологических процессов и их применения для расчета и оптимизации ХТС. [c.3]

При проектировании, математическом моделировании, оптимизации, научных исследованиях и решении проблем интенсификации химико-технологических процессов принято пользоваться кинетическими закономерностями химических реакций. [c.161]

В настоящее время мощным средством повышения эффективности научных исследований при решении задач расчета, анализа, -оптимизации и прогнозирования химико-технологических процессов стал метод математического моделирования [1]. При наличии полной информации о механизме процесса (термодинамике, кинетике, гидродинамике) составляют детерминированную математическую модель, представляющую собой систему дифференциальных уравнений обыкновенных или в частных производных. Для определения неизвестных констант, входящих в систему дифференциальных уравнений и проверки адекватности математической модели процесса, проводится эксперимент. [c.5]

На примере моделирования реактора с Неподвижным сЛоем kafa лизатора определилась стратегия построения многоступенчатых математических моделей химических систем. Дальнейшие успехи математического моделирования химико-технологических процессов обусловлены главным образом развитием экспериментальных методов изучения сложных систем и их отдельных частей. Расширение возможностей использования ЭВМ выдвигает на первый план задачи глубокого исследования структуры химических систем и получения надежной информации об их поведении. [c.522]

Математические методы и ЭВМ в химии п в химической кинетике находят все более широкое применение [1—20]. Активное использование вычислительной техники и современных методов математического анализа позволяет решать широкий круг вопросов, связанных с созданием химических и термодинамических баз данных и банков знаний, информационно-поисковых систем, распространением методов вычислительного эксперимента и имитационного моделирования в хпмии, развитием математического моделирования химико-технологических процессов, решением математических и вычислительных проблем теоретической химии, термодинамики, химической и физической кинетики и теории горения, применением методов топологии и теории графов, совершенствованием методов обработки экспериментальных данных и решения задач идентификации моделей, созданием математического и программного обеспечения систем автоматизации экспериментов, разработкой проблемно орпентпрованных языков и методов машинной аналитики и т. д. Подтверждение тому — и большое число конференций но названным темам [21—35]. Все это позволяет говорить о стаиовленни нового научного направления — химической информатики и математической химии. Вопрос не нсчерпывается использованием ЭВМ и математических методов в химических исследованиях. Принципиальным моментом представляется, что речь идет не столько о формировании новой ветви хпмии, сколько о новом этапе ее развития. [c.3]

Важнейшим условием повышения эффективности химико-техно-логических процессов является широкое применение методов математического их моделирования и оптимизации на основе современных средств вычислительной техники. Сущность метода математического моделирования химико-технологического процесса заключается в описании наиболее существенных его сторон системой математических выражений (уравнений, неравенств и т. п.). Вместе с ограничениями, налагаемыми на пррцесс (например, достижение предельных нагрузок, температур и т. п.), эти стороны составляют математическое описание или знаковую модель процесса. Численное решение на вычислительной машине, полученной системы уравнений для множества вариантов исходных данных является основой исследования процесса и нахождения оптимальных условий его проведения. [c.107]

С развитием сродств вычислительной техники стали широко применяться численные методы исследования промышленных объектов на основе математического моделирования химико-технологического процесса. С помощью специальных алгоритмов в ЭВМ вырабатывается пнфор.чация, которая описывает элементарные явления процесса с четом их связей и взаимных влияний. Эта информация используется для определения тех характеристик процесса, которые необходимо получить в результате моделирования. Так, при моделировании процесса ректификации важно знать статические и динамические характеристики для синтеза эффективных систем управления ректификационными колоннапп и оптимальный технологический режим в них. что опреде.ляется на основе анализа математической модели [7, 9, 13. 14, 45, 47, 50, 53]. [c.12]

После проведения микро- и макрокинетических исследований химико-технологического процесса и его математической формализации осуществляют собственно математическое моделирование процесса на ЭВМ. Коэффициенты уравнений математической модели процесса находят п корректируют непосредственно на укруп- [c.29]

После проведения микро- и макрокинетических исследований химико-технологического процесса и его математической формализации осуществляют собственно математическое моделирование процесса на ЭВМ. Коэффициенты уравнений математической модели процесса находят и корректируют непосредственно на укрупненной опытной установке путем проведения специальных экспериментов. Для установления адекватности математической модели исследуемому химико-технологическому процессу используют экспериментальный метод нанесения возмущения или введения вещества (индикатора) и исследуемый аппарат для получения кривой отклика, или переходной характе-ристикй системы, описывающей ее свойства, а также применяют статические оценки. [c.485]

Указанные в таблице 1,1 особенности системы Math ad-позволяют использовать ее как мощного помощника-вычислителя для обработки результатов исследований химических процессов и моделирования процессов в жидких средах, газовых смесях, системах пар-жидкость, осуществлять расчет статических и динамических режимов в аппаратах химической технологии, моделировать процессы регулирования химико-технологических процессов, осуществлять их оптимизацию. [c.18]

Метод математического моделирования за короткое время нашел конкретное применение в исследованиях и расчетах химико-технологических процессов. При наличии математических моделей успешно решаются задачи оптимизации технологических процессов и управления ими. Однако еще сравнительно мало специалистов химической промышленности достаточно знакомы с принципами построения математических моделей и методами их исследования для получения исходных данных в проектировании новых или осуществлении оптимальных режимов действующих химических производств. Это объясняется, во-первых, сложностью и недостаточной изученностью процессов химической технологии и, во-вторых, сравнительно слабым знанием инже-нерами-химиками основ кибернетики. [c.4]

Лабораторный практикум должен быть оснащен современной вычислительной техникой. При этом возможно ее использование в различных вариантах ускорение и повышение точности трудоемких расчетов с помощью автоматических клавишных машин, например, типа Rasa , проведение исследования процессов и управления ими с помощью аналоговой вычислительной техники, например, с помощью малогабаритной машины МН-7, составление программ расчета задач какого-либо класса в алгольной форме записи, реализуемых на ЭЦВМ, например, на БЭСМ-4, наконец, управление технологическими процессами и их оптимизация с ио-. мощью программоуправляющих машин, с помощью малого исследовательского комплекса — машины УМ-1Н-ХМ. С другими вычислительными машинами (большей мощности) студенты познакомятся в лаборатории кафедры математического моделирования и оптимизации химико-технологических процессов. [c.12]