
- •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
Ас.М.Гумеров, н.Н.Валеев, Аз.М. Гумеров, в.М.Емельянов Математическое моделирование химико-технологических процессов Москва «Колос» 2008
Основные обозначения
(t) – дифференциальная функция распределения времени пребывания частиц в аппарате;
F(t) – интегральная функция распределения времени пребывания частиц в аппарате;
i – центральные моменты функции распределения времени пребывания частиц в аппарате;
Mi – безразмерные моменты функции распределения времени пребывания частиц в аппарате;
d – диаметр аппарата, м;
L – длина аппарата, м;
S – площадь сечения аппарата, м2;
V – объем аппарата, м3;
U – линейная скорость потока, м/с;
v – объемная скорость потока, м3/с;
– степень заполнения аппарата насадкой;
– среднее время пребывания частиц в аппарате, с;
Gi, Li – расходы различных потоков, м3/час;
T – температура, K, 0C;
t – время, с;
dl – коэффициент продольного перемешивания, м2/с;
– плотность кг/м3;
– вязкость потока, кгсс/м2, Пас;
u – кинетическая вязкость, м2/(сСт);
Cp – теплоемкость, Дж/(кг град), ккал/(кг град);
сi – концентрация i-го вещества моль/л;
j – стехиометрический коэффициент вещества реакции;
Ni – текущее количество вещества (моль);
Ni0 – начальное количество вещества (моль);
ri – скорость химической реакции;
ki – константа скорости химической реакции;
E – энергия активации реакции, Дж/моль;
– экстенсивная степень полноты реакции, моль;
v – интенсивная степень полноты реакции, моль/ед.объема;
Xi – степень превращения или полноты реакции;
EТ – коэффициент продольного переноса теплоты, Вт/(кг град);
– коэффициент теплопередачи, Дж//(м2 ч град), ккал/(м2 ч град);
K – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2град);
– коэффициент теплопроводности;
Q – тепловой эффект сорбции, Дж;
qr – тепловой эффект химической реакции, Дж;
p* – парциальное давление, Па;
F – поверхность теплообмена, отнесенная к единице объема, м2/м3;
n – число ячеек;
0 – общий коэффициент массопередачи, моль/м2с;
2– оператор Лапласа;
Nu – диффузионный критерий Нуссельта;
Pe – критерий Пекле;
Re – критерий Рейнольдса;
Sc – диффузионный критерий Шмидта;
R – универсальная газовая постоянная, Дж/(мольград);
Г – константа Генри, Па, атм;
Список сокращений
ФХС – физико-химическая система
ХТС – химико-технологическая система
ХТП – химико-технологически1 процесс
АСНИ – автоматизированная система научных исследований
АСУП – автоматическая система управления производством
АСУТП – автоматическая система управления технологическими процессами
САПР – система автоматизированного проектирования
МИВ – модель идеального вытеснения
МИС – модель идеального смешения
ОДМ – однопараметрическая диффузионная модель
ДДМ – двухпараметрическая диффузионная модель
ПФЭ – полный факторный эксперимент
ДФЭ – дробный факторный эксперимент
ЦКРП – центральное композиционное ротатабельное планирование