Санкт-Петербургский государственный университет
технологии и дизайна
“УТВЕРЖДАЮ”
Проректор по учебной работе
д. т.н., профессор
______________
“___”_____________ 2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины “Моделирование химико-технологических процессов”
Для специальностей 240201 (“Технология и оборудование производства химических волокон и композиционных материалов на их основе”) и 240202 (“Химическая технология и оборудование отделочного
производства”)
Кафедра инженерной химии и промышленной экологии
Всего часов | 100/68 | |
Лекции | 34 | |
Практические занятия | – | |
Лабораторные занятия | 34 | |
Экзамен (семестр) | – | |
Зачет | 8 | |
Курсовая работа (семестр) | 8 | |
Самостоятельная работа | 32 |
Санкт-Петербург
2006
Рабочая программа составлена на основании государственного образовательного стандарта по направлению подготовки дипломированного специалиста 240200 – Химическая технология полимерных волокон и текстильных материалов.
Составитель: доц.
Рабочая программа обсуждена и утверждена на заседании кафедры инженерной химии и промышленной экологии 04 сентября 2006 г.
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ИХПЭ,
профессор
ДЕКАН ФАКУЛЬТЕТА
ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ И ЭКОЛОГИИ
профессор
Виза методического отдела
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
1.1. Цель преподавания дисциплины
Дисциплина принадлежит к числу общеинженерных предметов.
Курс "Моделирование химико-технологических процессов" имеет целью ознакомить студентов с современными методами расчета процессов и аппаратов, создания их математического описания, оценки его точности, с алгоритмическим, программным, информационным обеспечением и техническими средствами автоматизированного проектирования и оптимизации многоаппаратных химико-технологических систем (ХТС).
В лекционной части курса рассматриваются области использования методов математического моделирования и ЭВМ в химии и химической технологии, их взаимосвязь, математические модели типовых процессов (детерминированные и эмпирико-статистические), алгоритмы, программы, способы получения математических описаний и предварительного анализа данных.
Изучаются методы решения экстремальных задач, способы ускорения оптимизации. Дается характеристика различных видов автоматизированных систем, анализируется их структура.
Лабораторные работы имеют целью практическое ознакомление с элементами автоматизированных систем технологические расчетов, их математическим, алгоритмическим, программным, информационным и техническим обеспечением. В качестве объектов изучения рассматриваются процессы и технологии, характерные для специальностей 280200 и 280700.
Курсовая работа подытоживает изучение курса, проводимое на лекциях, практических и лабораторных занятиях, является критерием уровня усвоения методов математического моделирования химико-технологических процессов.
1.2. Задачи преподавания дисциплины
После изучения курса студенты должны знать принципы построения математических описаний процессов и использования ЭВМ в системах автоматизированных научных исследований (АСНИ) и автоматизированного проектирования (АСПХим) и уметь использовать современную вычислительную технику для решения практических прикладных задач.
1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых студентам
необходимо для изучения данного курса
Дисциплина опирается на курсы "Математика", "Информатика", "Процессы и аппараты химической технологии" и др.
Дисциплина “Моделирование химико-технологических процессов” является важной для изучения дисциплин специализации на пятом курсе, дипломного проектирования и выполнения дипломных исследовательских работ с привлечением средств вычислительной техники.
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение (2 часа)
Предмет и задачи курса. Место и роль методов математического моделирования в практике проектирования и исследования химико-технологических процессов. ЭВМ – основное техническое средство решения задач автоматизации инженерной деятельности.
Раздел 1. Математические модели технологических
процессов (24 часа)
Понятие о математической модели процесса. Классификация моделей. Входные и выходных переменные процесса. Конструктивные и технологические параметры (управления). Понятие о возмущениях.
Химико-технологические системы. Иерархия ХТС. Примеры ХТС из технологии химических волокон, отделочного производства. Классификация ХТС. Постановка задач моделирования и расчета на ЭВМ замкнутых ХТС. Минимизация невязок, обусловленных обратными связями.
Понятие о структурном анализе ХТС. Способы представления структуры ХТС. Алгоритмы определения последовательности расчета ХТС на основе матричного способа представления структуры ХТС. Основные этапы структурного анализа.
Математическое моделирование элементов ХТС. Сложность гидродинамической структуры потоков вещества в аппарате. Типовые модели структуры потоков, их параметры и применимость. Оценка параметров модели эмпирическим методом.
Зависимость формы системы уравнений математического описания процесса от принятой гидродинамической модели на примере моделирования процессов теплопередачи в аппаратах, встречающихся в технологии химических волокон и отделочном производстве.
Построение детерминированных математических описаний элементов ХТС. Примеры моделей типовых процессов производства химических волокон, отделочных производств текстильных предприятий.
Построение математических описаний элементов ХТС статистическими методами. Метод наименьших квадратов и его применение. Понятие о регрессионном и корреляционном анализе. Планирование эксперимента и обработка результатов активного эксперимента.
Раздел 2. Оптимизация химико-технологических
процессов (6 часов)
Общая постановка задачи оптимизации. Требование к критерию оптимальности. Характеристики оптимизирующих переменных.
Численные методы оптимизации, их алгоритмизация и реализация на ЭВМ. Постановка экстремальной задачи при наличии ограничений.
Экспериментально-статистический метод оптимизации.
Заключение. Современные достижения в области математического моделирования, оптимизации и управления процессами в производстве химических волокон и отделочном производстве. Развитие методов и средств автоматизированного эксперимента и проектирования (2 часа).
2.2. Курсовая работа, ее цель, задача, характеристика.
Курсовая работа выполняется студентами по индивидуальному заданию. Главной целью курсовой работы является привитие студентам навыков самостоятельной работы с программным обеспечением для решения конкретных прикладных задач.
Курсовая работы состоит обычно из двух частей, первая из которых предполагает расчет материальных потоков сложной ХТС различными методами, а вторая — разработке математического описания процесса или аппарата, реализации его в виде программного модуля и исследованию процесса по модели.
Примерный объем в страницах – 20 стр.
2.3. Формы контроля и закрепления знаний и навыков
Форма обучения | Наименование основных форм контроля | Количество | Семестр | Разделы | Самостоятельная работа |
Дневная | Зачет | 1 | 8 | 1-2 | |
Курсовая работа | 1 | 8 | 1-2 | 20 | |
Коллоквиум | 4 | 8 | 1-2 | 12 |
2.4. Распределение времени по дисциплине
Форма обучения | Номер семестра | Всего часов | Лекции | Лабораторные занятия | Практические | Курсовая работа |
Дневная | 8 | 68 | 34 | 34 | — | 8 |
2.5. Лабораторные занятия (для дневного отделения)
Номер семестра | Номер занятия | Объем в часах | Номер раздела | Тема занятия, содержание |
8 | 1-2 | 8 | 1 | Особенности расчета материальных потоков в замкнутых и разомкнутых ХТС. Структурный анализ схем. |
8 | 3 | 4 | 1 | Оценка параметров гидродинамических моделей структуры потоков |
8 | 4 | 4 | 1 | Моделирование теплообменных аппаратов с учетом структуры потоков вещества |
8 | 5 | 4 | 1 | Математическое моделирование кинетики химического взаимодействия и химических реакторов |
8 | 6 | 4 | 1 | Моделирование массообменных процессов (ректификация, выпаривание, адсорбция и пр.) |
8 | 7 | 4 | 1-2 | Построение эмпирических математических моделей. Планирование эксперимента и обработка данных |
8 | 8 | 2 | 2 | Однопараметрическая оптимизация химико-технологических процессов |
8 | 9 | 4 | 2 | Методы многопараметрической оптимизации и их практическое использование в технологии химических волокон и отделочном производстве |
Итого - 34 часа
3. Учебно-методические материалы по дисциплине
3.1. Основная и дополнительная литература
а/ Основная литература
1. Кафаров кибернетики в химии и химической технологии. М.: "Химия", 19с.
2. , , и др. Методы и средства автоматизированного расчета химико-технологических систем. Л.: "Хи-мия", 19с.
3. , , Бусыгин ЭВМ в технологии химических волокон и отделочном производстве. СПб: Изд-во СПбГУ, 19с.
4. , Багров анализ технологических процессов. Автоматизированный расчет сложных химико-технологичес-ких систем.– СПб: СПГУТД, 2002.– 142 с.
5. Багров технологических процессов и их реализация на ПЭВМ.– СПб.: СПГУТД, 2002.– 239 с.
б/ Дополнительная литература
1. Методы оптимизации. М.: Радио и связь, 19с.
2. , , Гурьева теплообменных процессов и систем. М.: Энергоатомиздат, 19с.
3.2. | Перечень методических материалов к используемым в учебном процессе наглядным и другим пособиям, методическим указаниям, а также технических средств обучения, используемых при преподавании дисциплины |
1. Электронные учебные материалы, выставленные на сервере http://eco. *****:
— Типовые устройства компьютера
— Операционная система Windows 95/98/2000/ХР
— Компьютерные сети. Интернет. Электронная почта
— Офисные программы MS Word, MS Excel, MS Access
— Учебник по Word 97 (расширенный курс)
— Основы работы в оболочке Turbo Pascal для Windows
— Основы работы в среде MathCAD
— Библиотечные процедуры и функции Паскаля
— Численные методы в химико-технологических расчетах
Протокол согласования рабочей программы дисциплины с другими дисциплинами специальности
Наименование дисциплин, изучение которых опирается на данную дисциплину | Кафедра | Предложения об изменениях в пропорциях материала, порядке изложения и пр. | Принятое решение (протокол №, дата) |
Специальные дисциплины и дисциплины специализации (8-9 сем.) Дипломное проектирование | Кафедра технологии химических волокон и композиционных материалов | Зав. кафедрой проф. | |
Специальные дисциплины и дисциплины специализации (8-9 сем.) Дипломное проектирование | Кафедра химической технологии и дизайна текстиля | Зав. кафедрой проф. А. М,Киселев |
