33

Министерство образования Российской Федерации

Сибирский Государственный технологический университет

СОРОКИНА Г.И.

Применение ЭВМ в химической технологии

Методы кибернетики в химической технологии

ПЛАНЫ ПЕРВОГО ПОРЯДКА

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Утверждено редакционно-издательским советом в качестве учебного пособия по выполнению расчетной работы студентами специальностей 250401, 250600, 251100, 251200, 320702 всех форм обучения.

Красноярск

2004

УДК : 519.6 : 681.3.01

Применение ЭВМ в химической технологии. Методы кибернетики в химической технологии. Планы первого порядка. Оптимизация технологических процессов: Учебное пособие по выполнению расчетной работы для студентов специальностей 250401, 250600, 251100, 251200, 320702 всех форм обучения. Красноярск: СибГТУ, 2004. – 32 с.

Рецензенты:

к.т.н., научн.сотр. Ковязин С.А. (ИВМ СО РАН )

к.т.н., доц. Зингель Т.Г. (методсовет СибГТУ)

Учебное пособие предназначено для выполнения расчетной работы по методам математического моделирования и оптимизации технологических процессов. Приведены теоретические основы по данной тематике , варианты заданий для расчетной работы, список литературы и вопросы для подготовки к защите расчетной работы.

Учебное пособие может быть полезным для аспирантов и преподавателей, занимающихся оптимизацией технологических процессов.

© Сорокина Г.И., 2004

© Сибирский Государственный технологический университет, 2004

Содержание

Введение 4

1 Планирование эксперимента 5

1.1 Пассивный и активный эксперименты 5

1.2 Параметры оптимизации 7

1.2.1 Требования к параметрам оптимизации 7

1.3 Факторы 7

1.3.1 Требования к факторам 8

1.4 Планы первого прядка 8

1.4.1 Полный факторный эксперимент 8

1.4.2 Дробный факторный эксперимент 14

1.4.3 Дробные реплики 16

1.4.4 Выбор плана дробного факторного эксперимента 16

2 Интерпретация результатов математического моделирования процессов 17

3 Принятие решений после построения математической модели процесса 20

4 Оптимизация технологического процесса 22

4.1 Метод Гаусса – Зейделя 23

4.2 Градиентные методы 23

4.3 Метод крутого восхождения 24

5 Задание на расчетную работу 28

6 Вопросы для подготовки к защите расчетной работы 30

Заключение 31

Перечень ключевых слов 32

Список использованных источников 32

Введение

Большое количество экспериментальных задач в химии и химической технологии формулируются как экстремальные. Основной из них является разработка оптимальных условий проведения процесса с целью получения максимального выхода и качественных характеристик химического продукта, соответствующих требованиям стандартов.

Основой научного подхода к исследованию и оптимизации технологических процессов является их математическое моделирование. Изучаемые процессы при этом рассматриваются в виде некоторого «черного ящика», а зависимости между входными и выходными параметрами представляются в виде уравнений регрессии, полученных на основе хорошо разработанных в настоящее время, алгоритмов регрессионного анализа.

Планирование эксперимента для решения таких задач дает возможность одновременно варьировать все факторы и получать количественные оценки основных эффектов и эффектов взаимодействия при минимальном количестве экспериментов. Интересующие исследователя характеристики процесса определяются со значительно меньшей ошибкой, чем те, которые характерны для традиционных методов исследования.

В конечном итоге, применение методов планирования эксперимента значительно повышает эффективность эксперимента, а следовательно, дает возможность сократить сроки промышленной реализации научных разработок.

В данном учебном пособии рассмотрен один из ключевых разделов годового курса «Применение ЭВМ в химической технологии», изучаемого студентами химических специальностей 250401, 250600, 251100, 251200, 320702 в течение четвертого года обучения в СибГТУ: метод получения математической модели и оптимизации химико-технологического процесса.

Для более полного понимания теоретических вопросов предусмотрено выполнение расчетной работы, на которую, согласно учебной программы, отводится 8 учебных часов.

В пособии представлены все необходимые для решения задачи теоретические сведения, варианты заданий, список литературы и контрольные вопросы для подготовки к защите работы.

Все необходимые расчеты следует выполнять на ЭВМ в пакете Excel, который изучается на втором курсе обучения. Работа выполняется в компьютерном классе под руководством преподавателя.

По окончании работы оформляется отчет, согласно СТП 3.4.204-01, который должен содержать следующие разделы:

а) задание на расчетную работу;

б) описание алгоритма расчета;

в) распечатку результатов расчетов на ЭВМ;

г) интерпретацию и заключение по результатам проведенных расчетов.

Работа считается выполненной только после защиты, которая проводится на очередном занятии. К выполнению следующей работы студент допускается только после защиты предыдущей работы.