Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

САПР / M1 / 32-33

.RTF
Скачиваний:
10
Добавлен:
10.12.2013
Размер:
20.97 Кб
Скачать

Разумеется, ситуация упрощена: в столь ясных случаях эмпи­рический подход вряд ли стоит применять. Но пример не столь уж бессмысленен. Именно температурные зависимости очень часто ллохо поддаются экстраполяции.

В практике моделирования одним из важнейших случаев экст- ·раполяции является м а ш т а б и р о в а н и е: предсказание того, как изменятся параметры процесса при переходе от малой модели к большому оригиналу. На основе эмпирических зависимостей эта задача, как правило, решается гораздо хуже, чем при структур­ном подходе.

Главное достоинство данных, полученных на основе структур­ного подхода-это их большая прогностическая мощ­ность. Зная достаточно полно механизм какого-либо процесса, мы можем с большой степенью достоверности предсказывать его поведение в самых разнообразных условиях. Поэтому, как гласит известный афоризм, «нет ничего практичнее хорошей теории».

Слабое место подхода-трудность создания хорошей теории сложных процессов. Если выделить лишь один элемент химико- технологического процесса-его гидродинамику, то приходится считаться с отсутствием на сегодня сколько-нибудь удовлетвори­тельной теории турбулентности. Далее, современная химия знает сотни тысяч веществ и, если бы мы задались целью всерьез рас­шифровать механизмы реакций получения всех этих веществ, то вряд ли достигли бы этой цели в обозримый срок. Подобные за­труднения встречаются на каждом шагу. Понятно, что рассчитать эмпирические уравнения, как правило, бывает проще, чем полу­чить информацию, достаточную для расшифровки механизма про­цесса.

Можно выделить области, где подход в основном приобретает черты той или иной противоположности. Во-первых, эмпирические модели лежат в ф у н д а м е и т е н а у к и: исходные ее данные, ее .аксиомы-суть эмпирические модели. Далее, метод «черного ящи­ка» часто оказывается целесообразным применительно к очень сложным системам, на пути расшифровки структуры которых мо­гут возникнуть непреодолимые трудности. Наконец, эмпирический подход имеет смысл применять при исследовании систем, не пред­ставляющих для нас большой важности, на исследование струк­туры которых не стоит затрачивать много сил. Лучше быстро описать такой объект эмпирической зависимостью и использовать ее для *'правления.

Объекты, представляющие для нас значительный интерес, дли­тельный во времени, структура которых не слишком сложна, целе­сообразно исследовать на базе структурного подхода. Так, для важнейших процессов химической технологии, таких как синтез аммиака или каучуков, нужно как можно подробнее исследовать механизм, создать математические модели, отражающие все дета­ли структуры. Результаты окупят затраты. Тот же подход оптима­лен для сравнительно простых процессов. В то же время некого-

рые «малые» органические синтезы, например синтезы ряда ле­карств, не стоит и пытаться полностью описать с этих позиций: процесс столь сложен, что пока мы расшифруем его кинетику, лекарство морально устареет и будет заменено. Здесь лучше быст­ро научиться управлять процессом, считая его черным ящиком.

Если процесс и важен, и сложен, иногда бывает полезно раз­бить его изучение на этапы: на первом-изучать его эмпириче­ски, что облегчает быстрое освоение; на втором-проводить уг­лубленное изучение механизма, которое позволит улучшить резуль­таты, полученные ранее.

Структура математического описания при структурном подходе. Процессы, применяемые в химической технологии, крайне разнооб­разны по механизмам. Поэтому дать общую схему математическо­го описания процесса весьма затруднительно. Однако некоторые весьма общие черты описания можно отметить.

Важнейшие законы, на которых базируются математические модели,-это законы сохранения, выражением которых являются уравнения баланса. Баланс может быть состав­лен для определенной технологической операции, но в непрерыв­ных процессах удобнее составлять уравнения баланса з а еди н и- ц у в р е м е н и.

В основе описаний протекания химических реакций, массообме- на и теплообмена лежат обобщенные уравнения материального баланса и обобщенные уравнения теплового баланса (шире-ба­ланса энергии, но во многих важных задачах он сводится к балан­су тепла).

О б о б щ е н и о е у р а в н е и и е м а т е р и а л ь н о г о б а л а н- са имеет вид:

Приход вещества-Расход вещества *Накопление вещества (3.5)

Разность между приходом и расходом вещества равна измене­нию количества вещества в рассматриваемом объеме. Если приход больше расхода, то вещество накапливается (положительное на­копление), если меньше, то убывает (убыль, или «отрицательное накопление»). В стационарном режиме не может происходить ни убыль, ни накопление; в этом случае обобщенное уравнение (3.5) переходит в о б ы ч н о е у р а в н е н и е м а т е р и а л ь н о г о б а- л а н с а:

Приход вадества =* Расход вещества (3.6)

Уравнения (3.5) и (3.6) можно применять как к каждому веще­ству в отдельности, так и ко всей совокупности веществ, участвую­щих в процессе.

Соответствующим образом для тепловой энергии получаются о б о б щ е н н о е у р а в и е н и е т е п л о в о г о б а л а н с а:

Приход тепла-Расход тепла == Накопление тепла (3.7) 3-2216 33

Соседние файлы в папке M1