Geum.ru

Рабочая программа по дисциплине «Математическое моделирование в химической технологии» Направление 550800 Химическая технология и биотехнология

Вид материалаРабочая программа

Содержание


68 часов Самостоятельная работа: 68
Цели и задачи дисциплины, её место в учебном процессе
Перечень лабораторных занятий (68 часов)
2.3. Самостоятельная работа студентов (68 часов)
Подобный материал:

Министерство образования РФ

Пермский государственный технический университет

Утверждаю

Проректор по учебной работе

________________Матушкин Н.Н.



“____”_____________ 2001г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


по дисциплине « Математическое моделирование в химической технологии »


Направление 550800 – Химическая технология и биотехнология

Специальность 250200 – Химическая технология неорганических веществ


Факультет: химико-технологический

Кафедра: технологии неорганических веществ

Курс: четвертый

Семестры: седьмой

Трудоёмкость: 170 часов

Аудиторные занятия: 102 часа

В том числе:

лекции 34 часа

лабораторные занятия 68 часов

Самостоятельная работа: 68 часов

Виды контроля: Экзамен ( 7-й семестр)


Пермь, 2001 г.


Программа разработана в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки специалистов по направлению 550800 - "Химическая технология и биотехнология", специальности 250200 - "Химическая технология неорганических веществ".

Данная дисциплина является дисциплиной по выбору цикла ОПД учебного плана.


Программу составили:

доктор техн. наук, профессор Островский С.В.,

доктор техн. наук, профессор Пойлов В.З.

канд. хим. наук, доцент Софронов А.Л.


Рабочая программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры «Технологии


неорганических веществ » “_____” _________________ 2001 г.


Заведующий кафедрой, д.т.н., профессор__________________ Островский С.В.


  1. Цели и задачи дисциплины, её место в учебном процессе




    1. Цель преподавания дисциплины


Целью преподавания дисциплины является изучение математических моделей, описыввающих протекание физико-химических процессов в химических аппаратах, освоение методов расчета химико-технологических задач на ЭВМ.

    1. Задачи изучения дисциплины


Предметом изучения данной дисциплины являются следующие объекты:
  • основы моделирования ХТП;
  • методы реализации математических моделей ХТП на ЭВМ.

Программа изучения дисциплины должна обеспечить приобретение знаний, умений и навыков в соответствии с государственным образовательным стандартом подготовки специалистов по направлению 550800 - "Химическая технология и биотехнология" специальности 250200 - "Химическая технология неорганических веществ".


В результате изучения дисциплины студент должен:
  • знать основы моделирования ХТП;
  • знать методы реализации математических моделей ХТП на ЭВМ;
  • иметь навыки составления математических моделей ХТП;
  • иметь навыки составления программ, моделирующих ХТП;
  • уметь применить существующее программное обеспечение для решения химико-технологических задач.



Полученные студентами знания по курсу "Математическое моделирование в химической технологии" используются при выполнении разделов курсового и дипломного проектов, а также в курсах всех спецдисциплин при выполнении тиехнологических расчетов на ЭВМ.


  1. Содержание дисциплины


2.1. Наименование тем, их содержание, объём в часах лекционных занятий (общий объем 34 часа)


    1. 1. Введение. Основные понятия и принципы моделирования (2 часа).


Основные понятия и принципы моделирования. Физическое и математическое моделирование, достоинства и недостатки различных методов моделирования ХТП.

      1. Классификация математических моделей ХТП (2 часа).


Классификация математических моделей, детерминированные и статистические модели ХТП. Схема разработки математического описания ХТП.

      1. Численные методы решения систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений. Численные методы интегрирования

(2 часа).

      1. Кинетические модели процессов химической технологии (2 часа)

Кинетические модели процессов химической технологии, схема построения кинетических моделей. Методы расчета констант скоростей в уравнениях кинетики.

      1. Численные методы решения дифференциальных уравнений, описывающих кинетические модели(2 часа).

Численные методы решения дифференциальных уравнений, алгоритмы решения систем дифференциальных уравнений на ЭВМ.

      1. Математические модели гидродинамики(2 часа).


Математические модели гидродинамики в реакторах различных типов. Математическое описание зон идеального перемешивания, идеального вытеснения. Ячеечная и диффузионная модели гидродинамики.

      1. Математическое описание теплообменных процессов(2 часа).


Математическое описание теплообменных процессов в аппаратах. Модель теплообмена в теплообменниках смешения, в трубчатых теплообменниках, в аппаратах комбинированного типа.

      1. Математические модели гомогенных химических процессов в реакторах с изотермическим, адиабатическим и политермическим тепловыми режимами (2 часа).



      1. Математические модели каталитических процессов (4 часа).

Математические модели каталитических процессов в реакторах различных типов.

      1. Математические модели процессов кристаллизации(4 часа).

Математические модели процессов кристаллизации. Описание равновесия и кинетики процесса кристаллизации в политермическом режиме. Математическое описание кривых распределения кристаллов по размерам. Модель вакуум-кристаллизации хлорида калия.

      1. Математическое описание массообменных процессов в системах жидкость - пар (4 часа).

Математическое описание процесса абсорбции. Моделирование процесса абсорбции хлористого водорода. Математическое описание процесса ректификации.

      1. Статистические модели ХТП (6 часов).

Статистические модели ХТП, способы их разработки. Регрессионный анализ, оценка адекватности уравнений регрессии. Принципы математического планирования эксперимента. Методы оптимизации ХТП.


    1. Перечень лабораторных занятий (68 часов)



      1. Расчет сложного равновесия реакций конверсии метана с водяным паром (16 часов).

Расчет величин констант равновесия реакций конверсии в заданном интервале температур, по эмпирическим уравнениям. Построение графика зависимости константы равновесия от температуры, описание этой зависимости уравнениями различных типов, выбор наиболее адекватного уравнения. Расчет равновесного содержания водорода в реакционной смеси, описание температурной зависимости.


      1. Использование метода численного интегрирования в кинетических расчетах (16 часов).

Расчет константы скорости химической реакции с использованием компьютерной программы на языке Паскаль, позволяющей определить величину интеграла методом трапеций. Преобразование программы для расчета времени, необходимого для достижения заданной концентрации продукта взаимодействия. Определение зависимости концентрации продукта взаимодействия от продолжительности реакции. Расчет константы скорости реакции окисления сернистого ангидрида по приведенному кинетическому уравнению.

      1. Использование численных методов решения дифференциальных уравнений в кинетических расчетах. (18 часов).

Расчет концентрации продукта приведенной реакции в различные моменты времени по методу Эйлера. Преобразование использованной программы в программу для решения данного дифференциального уравнения по методу Рунге – Кутта четвертого порядка. Сравнение результатов расчетов.

      1. Расчет текущих концентраций реагентов сложной реакции. (18 часов).

Расчет текущих концентраций реагентов, с использованием метода Эйлера для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Преобразование компьютерной программы для проведения расчетов по методу Рунге – Кутта 4-го порядка. Расчет текущих концентраций реагентов при тех же исходных данных, что и в предыдущем случае. Построение графической зависимости концентраций реагентов от продолжительности взаимодействия. Расчет текущих концентраций реагентов, с увеличением количества шагов тем и другим методами. Графическое сравнение полученных результатов.


2.3. Самостоятельная работа студентов (68 часов)

Изучение лекционного материала, подготовка к лекциям и лабораторным занятиям.


3. Учебно-методические материалы

Литература основная

  1. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. -М.: Высшая школа, 1991.-400с.
  2. Амирова С.А., Островский С.В. Основы теоретического анализа химико-технологических процессов. Ч. 2. -Екатеринбург: РАН, 1992. -240с.
  3. Позин М.Е. Расчеты по технологии неорганических веществ. -Л.: Химия, 1977. -495с.
  4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. -Л.: Химия, 1987. -575с.


Литература дополнительная

  1. Джонсон К. Численные методы в химии. М.: Мир, 1983. -504с.
  2. Применение ЭВМ в химической технологии. Методические указания. - Островский С.В. Пермь: Пермский политехнический институт. 1990, - 54с.
  3. Кинетический анализ гетерогенно- каталитических процессов. Методические указания. -Кефер Р.Г., Амирова С.А. Пермь: ППИ, 1979. -27с.
  4. Теоретический анализ и расчет конверсии метана с использованием ЭЦВМ. Методические указания. -Островский С.В., Давыдов Н.А. Пермь: ППИ, 1982. -41с.
  5. Расчет процесса адиабатической абсорбции хлористого водорода водой с использованием ЭВМ. Методические указания. -Тюленева Г.Е. Пермь: ППИ 1983. -28с.
  6. Обработка результатов химического эксперимента. Методические указания. -Тюленева Г.Е. Пермь: ППИ 1984. -19с.
  7. Решение систем нелинейных алгебраических уравнений с использованием ЭВМ в применении к задачам химической технологии. Методические указания. -Островский С.В., Саулин Д.В. Пермь: ППИ 1987. -12с.


Дополнительные информационные источники

  1. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Математическое моделирование химико–технологических процессов». Софронов А.Л. Пермь: Пермский государственный технический университет. 2000, - 42с

Электронное пособие. Хранится на кафедре ТНВ ПГТУ.