Моделирование химико — технологических процессов

Моделирование химико – технологических процессов

1. Цели освоения дисциплины

В результате освоения данной дисциплины студент приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки (специальности) 240501 «Химическая технология материалов современной энергетики» квалификация (степень) «специалист».

Дисциплина нацелена на подготовку специалистов к:

- производственно-технологической деятельности в специальной и междисциплинарных областях, связанной с эксплуатацией и модернизацией существующих, внедрением новых наукоемких технологий материалов современной энергетики.

- проектной деятельности в области разработки технологических процессов предприятий ЯТЦ и редкометалльной промышленности.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина (ПЦ. Б.11.0) относится к базовым дисциплинам профессионального цикла. Она непосредственно связана с дисциплинами математического и естественнонаучного цикла (Математика; Информатика; Химия урана, тория и плутония), а также с дисциплинами профессионального цикла (Общая химическая технология; Процессы и аппараты химической технологии; Химические реакторы), и опирается на освоенные при изучении данных дисциплин знания и умения. Кореквизитами для дисциплины «Моделирование химико-технологических процессов» являются дисциплины математического и естественнонаучного цикла: «Дозиметрия и основы радиационной безопасности», «Физико-химические методы анализа», а также дисциплины профессионального цикла: «Учебно-исследовательская работа студентов», «Радиохимия», «Управление и организация производства».

3. Результаты освоения дисциплины

После изучения данной дисциплины студенты приобретают знания, умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной программы: Р1, Р2, Р3, Р8*. Соответствие результатов освоения дисциплины «Моделирование химико-технологических процессов» формируемым компетенциям ООП представлено в таблице.

Формируемые компетенции в соответствии с ООП	Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен знать
З.1.1	общие закономерности химических процессов
З.1.2	основные принципы организации химического производства, его иерархическую структуру, методы оценки эффективности производства
З.1.3	методы оптимизации химико-технологических процессов с применением эмпирических и (или) физико-химических моделей
В результате освоения дисциплины студент должен уметь
У.1.1	определять характер движения жидкостей и газов
У.2.2	применять методы вычислительной математики и математической статистики для решения конкретных задач расчета, проектирования, моделирования, идентификации параметров и оптимизации процессов химической технологии
У.2.3	рассчитывать основные характеристики химического процесса, выбирать рациональную схему производства  заданного продукта, оценивать технологическую эффективность производства
У.2.4	произвести выбор типа реактора определить параметры наилучшей организации процесса в химическом реакторе
У.1.5	проводить расчеты, необходимые для проведения химических реакций заданного вещества.
В результате освоения дисциплины студент должен владеть
В.8.1	навыками работы с учебной, справочной, технической и научной литературой
В.1.2	методами определения оптимальных и рациональных технологических режимов работы оборудования
В.1.3	методами математической статистики для обработки результатов активных и пассивных экспериментов, пакетами прикладных программ для моделирования химико - технологических процессов
В.3.4	методами анализа эффективности работы химических производств

*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлена в Основной образовательной программе подготовки специалистов по направлению 240501 «Химическая технология материалов современной энергетики».

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1.Универсальные (общекультурные) -

способность/готовность

- владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения;

работать с информацией в глобальных компьютерных сетях.

2. Профессиональные -

способность/готовность

- способностью разрабатывать новые технологические схемы на основе результатов научно-исследовательских работ;

- способностью управлять действующими технологическими процессами, обеспечивающими выпуск продукции, отвечающей требованиям стандартов и рынка.

Структура и содержание дисциплины Содержание разделов дисциплины

Раздел 1: Введение в моделирование химических процессов.

Лекция 1. Основные понятия и термины. Материальные и мысленные модели. Математическое моделирование как современный метод анализа и синтеза химико-технологических процессов

Лекция 2. Системы и процессы. Системный анализ. Роль моделей и моделирования в познании. Метод физического моделирования, области применения. Математическое моделирование.

Лекция 3. Детерминированный и стохастический подход к объекту. Два подхода к составлению математических моделей процесса : детерминированный и стохастический, их возможность и сфера использования. Алгоритмизация математических моделей. Проверка адекватности моделей. Оценка адекватности моделей с помощью статистических критериев.

Раздел 2: Моделирование кинетики химических процессов

Лекция 4. Основные понятия химической кинетики. Кинетические уравнения. Методы решения кинетических уравнений.

Лекция 5. Экспериментальные методы исследования кинетики химических реакций в проточных реакторах идеального вытеснения и идеального перемешивания. Кинетические модели гомогенных химических реакций. Методы численной реализации.

Лабораторная работа 1. Моделирование кинетики гомогенных химических реакций.

Лекция 6. Уравнения баланса вещества, энергии, импульса. Аппараты идеального смешения. Аппараты идеального вытеснения. Диффузионные и ячеечные модели. Комбинированные гидродинамические модели. Адекватность моделей структуры потоков. Экспериментально - аналитические методы определения кривых отклика, кривые отклика типовых процессов. Методы решения уравнений.

Раздел 3: Моделирование теплообменных процессов

Лекция 7. Основные законы теплообмена.  Тепловые факторы. Тепловые режимы аппаратов. Модели теплообменных аппаратов, модели идеального вытеснения и идеального перемешивания. Исследование процессов аналитическими и численными методами. Исследование стационарного режима работы теплообменного аппарата при постоянной температуре греющего пара. Моделирование процесса нагрева в трубчатой печи. Моделирование процессов сушки. Внешнедиффузионное и внутридиффузионное торможение.

Лабораторная работа 2. Моделирование теплообменных процессов  стационарном режиме в теплообменном аппарате при постоянной температуре греющего пара.

Лабораторная работа 3. Моделирование теплообменных процессов  стационарном режиме в трубчатой печи.

Раздел 4: Оптимизация процессов

Лекция 8. Параметры оптимизации. Факторы. Проверка воспроизводимости опытов. Постановка задачи оптимизации. Понятие критерия  оптимальности, требования к нему. Функция  цели,  ограничения и  оптимизирующие  параметры. Классификация  методов оптимизации.

       Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения

Название раздела/темы	Аудиторная работа (час)	СРС (час)	Итого	Формы текущего контроля и аттестации
Лекции	Практ./сем. Занятия	Лаб. зан.
Раздел 1. Введение в моделирование химических процессов.	6	2	18	26	8
Раздел 2. Моделирование кинетики химических процессов	6	2	18	26
Раздел 3. Моделирование теплообменных процессов	2	4	18	24
Раздел 4. Оптимизация процессов	2	-	18	20
Итого	16	0	8	64	96	Зачет

Распределение компетенций по разделам дисциплины

Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках дисциплины.

№	Формируемые компетенции	Разделы дисциплины
1	2	3	4
З.1.1	х	х	х	х
З.1.2	х	х	х	х
З.1.3	х
У.1.1	х	х
У.2.2	х	х
У.2.3	х	х
У.2.4	х	х
У.1.5	х	х
В.8.1	х	х	х	х
В.1.2	х	х	х	х
В.1.3	х	х	х	х
В.3.4	х	х	х	х

5. Образовательные технологии

При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности студентов для достижения запланированных результатов обучении и формирования компетенций

Методы и формы организации обучения (ФОО)

ФОО Методы	Лекции	Лабораторные работы	СРС
IT-методы	х	х	х
Работа в команде	х	х	х
Дискуссия	х	х
Методы проблемного обучения.	х	х
Обучение на основе опыта	х	х
Опережающая самостоятельная работа	х	х	х
Поисковый метод	х
Исследовательский метод	х
Другие методы	х

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

6.1        Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:

-работе с лекционным материалом, поиске  и обзоре литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной проблеме курса,

- опережающей самостоятельной работе,

- изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,

- подготовке к лабораторным работам;

- подготовке к зачету.

6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине

1. Роль моделей и моделирования в познании

2. Моделирование контактно-каталитических реакторов

3. Моделирование кинетики гетерогенных химических реакторов

4. Модели массообменных процессов. Основное оборудование химико-технологических процессов.

5. Теория подобия.

6. Теория ошибок. Типы погрешностей. Влияние погрешностей на процессы.

6.3        Контроль самостоятельной работы

       Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.

опрос на лекциях, практических занятиях, на зачете.

6.4        Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

, Математическое моделирование основных процессов химических производств. М. :Высшая школа,1991.-400с. , Основы компьютерного моделирования химико - технологических процессов: Учебное пособие для вузов.-М.:ИКЦ «Академкнига», 2006. – 416 с. , , Математическое моделирование химико-технологических процессов. Лабораторный практикум. Часть 1. Томск., 2006.- 135 с. , , . Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Из-во "Наука", 1976.

7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения модуля дисциплины

В качестве средств ФОС используются:

Дискуссия на лекциях, Присутствие на лекциях и лабораторных работах, Проверка конспектов лекций, Отчеты по лабораторным работам, Зачет.

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля дисциплины

Основная литература:

1.        , Математическое моделирование основных процессов химических производств. М.: Высшая школа,1991.-400с.

2.        , Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов: Учебное пособие для вузов.-М.:ИКЦ «Академкнига», 2006. – 416 с.

3.        , , Математическое моделирование химико-технологических процессов. Лабораторный практикум. Часть 1. Томск., 2006.- 135 с.

4.        , , . Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Из-во "Наука", 1976.

5.        Бесков    химическая  технология: Учебное  пособие  для  вузов.- М.: ИКЦ «Академкнига», 2006.-446 с.

6.         Планирование эксперимента в химии и химической технологии. Л.: «Химия», 1975. - 48 с.

7.        , . Планирование эксперимента в химии и химической, технологии— М.: Химия, 1980. — 280 с. : ил. — (Химическая кибернетика). — Библиогр.: с. 268-273.

Дополнительная литература:

1.        . Введение в планирование эксперимента. — М.: Металлургия, 1969. — 157 с.

2.        Математическая теория планирования эксперимента / под ред. . – М.: Наука. Главная редакция физико - математической литературы, 1983.–392 с.

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Требуется проектор для демонстрации лекционного материала, при, выполнении лабораторных работ студенты используют персональные компьютеры, применяя навыки компьютерной обработки экспериментальных результатов.

Программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки (специальности) 240501 «Химическая технология материалов современной энергетики» квалификация (степень) «специалист».

Авторы:        

Программа одобрена на заседании кафедры ХТРЭ ФТИ

(протокол № ____ от «___» _______ 2012 г.).