2. Содержание дисциплины - Пермский государственный

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
“УТВЕРЖДАЮ”
Проректор по учебной работе
Н.Н. МАТУШКИН
“____”_____________2004 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине: МОДЕЛИРОВАНИЕ ХТС
Специальность:
250200 - Химическая технология неорганических веществ
Факультет:
Химико-технологический
Кафедра:
Технологии неорганических веществ
Курс:
пятый
Семестры:
десятый
Трудоёмкость:
199 часов
Аудиторные занятия:
102 часов
В том числе:
лекции
51 часов
лабораторные занятия
51 часов
Самостоятельная работа:
Виды контроля:
97 часов
Экзамен - девятый семестр
2004 г.
2
Программа разработана в соответствии с государственными требованиями к минимуму
содержания
и
уровню
подготовки
дипломированных
специалистов
по
специальности
250200 - Химическая технология неорганических веществ. Дисциплина является дисциплиной
специализации цикла "Специальные дисциплины" учебного плана второго поколения.
Программу составил:
канд.техн.наук, доцент
Саулин Д.В.
Рабочая программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры Технологии неорганических
веществ “
”
2004 г.
Заведующий кафедрой Технологии
неорганических веществ,
доктор технических наук, профессор
Островский С.В.
3
1. Цели и задачи дисциплины, её место в учебном процессе
1.1. Цель преподавания дисциплины
Целью преподавания дисциплины является изучение студентами основных принципов и
методов синтеза, анализа, моделирования и оптимизации технологических схем, т.е. замкнутых и
разомкнутых химико-технологических систем (ХТС) с учетом взаимодействия между аппаратами
при
существующих
технологических
и
аппаратурных
ограничениях,
требованиях
по
производительности и качеству продукции и т.п.
1.2. Задачи изучения дисциплины
Предметом изучения данной дисциплины являются следующие объекты:
 принципы и методы синтеза, анализа, моделирования и оптимизации технологических
схем, т.е. ХТС произвольной сложности;
 специализированное программное обеспечение для расчета и оптимизации ХТС: Design-II
for Windows.
В результате изучения дисциплины студент должен:
* научиться рассматривать любое производство как ХТС, состоящую из элементарных
процессов, объединенных в единую систему;
* знать и уметь применять основные принципы синтеза ХТС;
* уметь отображать ХТС произвольной сложности в виде графа, используя элементарные
технологические операторы и анализировать структуру ХТС;
* знать основные принципы математического моделирования ХТС на ЭВМ и уметь
применять специализированное программное обеспечение (DESIGN-II для Windows) для
расчета и оптимизации ХТС;
 уметь решать задачи и составлять отчеты по синтезу, анализу, расчету и оптимизации
ХТС с использованием средств Windows и специализированного программного
обеспечения.
2. Содержание дисциплины
2.1
Наименование тем, их содержание, объём в часах лекционных занятий (общий
объем 51 час)
2.1.1. Введение. (2 часа).
Цели и задачи изучения дисциплины. Необходимость дисциплины для инженеров-технологов. Варианты
применения знаний, полученных при изучении настоящего курса, в реальном производстве.
2.1.2. Понятие и связь ХТП и ХТС. Операторы ХТС (основные и вспомогательные).
Структура ХТС (связь между операторами, ее виды). Свойства ХТС. Задачи решаемые при
проектировании ХТС (синтез, анализ структуры, расчет и оптимизация). (5 часов).
4
Рассматриваются различные уровни представления технологических объектов, основные операторы ХТС,
различные виды технологических связей между операторами ХТС, основные свойства ХТС. Рассматривается
последовательность задач, решаемых при проектировании или модернизации технологической схемы: синтез
ХТС, анализ структуры ХТС, расчет ХТС, оптимизация структуры ХТС и режимов функционирования
элементов ХТС. Излагаются основные подходы при решении таких задач.
2.1.3. Основные принципы синтеза ХТС (декомпозиционный, эвристический, интегральногипотетический, эволюционный). (4 часа).
Рассматриваются основные способы синтеза ХТС из элементов. Суть принципов синтеза, их достоинства и
недостатки. Возможность компьютерной реализации задачи синтеза ХТС.
2.1.4. Замкнутые и разомкнутые системы. Основные этапы и задачи анализа ХТС.
Представление ХТС в виде таблиц, графов и матриц. Понятия: контур, комплекс, матрица
смежности, параметричность. Определение последовательности расчета ХТС. (5 часов).
Излагаются основы алгоритмов анализа структуры замкнутых ХТС с целью определения оптимального
множества разрываемых потоков при переводе замкнутой ХТС к разомкнутому виду, а также оптимальной
последовательности расчета ХТС.
2.1.5. Детерминированные и статистические модели ХТС. Методы расчета ХТС, их
достоинства и недостатки. Матричный и итерационные методы расчета ХТС, методы сходимости
решения. (5 часов).
Рассматриваются особенности математических моделей ХТС и методов их расчета, и их взаимосвязь с
применяемыми методами синтеза ХТС. Излагаются достоинства, недостатки и ограничения моделей и методов.
2.1.6. Критерий оптимальности, основные требования и ограничения. Порядок решения
задачи оптимизации ХТС.
Оптимизация структуры и режимов функционирования элементов
ХТС. Аналитические и численные методы нахождения оптимума. (4 часа).
Рассматриваются основные принципы выбора критерия оптимальности для ХТС, его свойства, а также
основные принципы поиска оптимума.
2.1.7. Основные типы программного обеспечения для решения химико-технологических
задач. Его состав, основные принципы применения, основные требования, преимущества,
ограничения, основные правила выбора специализированного программного обеспечения для
решения конкретных задач. (4 часа).
Рассматриваются основные виды программного обеспечения для расчета ХТС из имеющегося на рынке,
основные принципы его построения и функционирования. Возможность применения программного
обеспечения для решения задач моделирования, расчета и оптимизации ХТС разных типов, а также основные
принципы его выбора, стоимость лицензий, ограничения в применении.
2.1.8. Специализированное программное обеспечение: DESIGN-II для Windows. Основные
принципы его функционирования и использования, ограничения, основные технологические
операторы, характеристики потоков, режимы работы и настройки программного обеспечения,
взаимодействие с другим программным обеспечением в среде Windows. (4 часа).
Введение в DESIGN-II для Windows. Основные принципы функционирования программного пакета, правила
работы, ограничения, допущения, основные технологические операторы, характеристики потоков, режимы
работы и настройки программного обеспечения, возможности его взаимодействия с другим программным
обеспечением в среде Windows.
2.1.9. Технологические операторы, не связанные с химическими превращениями и
парожидкостным равновесием. (4 часа).
5
Рассматриваются привила создания ХТС, включающей технологические операторы, не связанные не с
химическими превращениями не с парожидкостным равновесием: смеситель, делитель, теплообменники, насос,
компрессор, турбина, задвижка, трубопровод.
2.1.10. Технологические операторы, обеспечивающие расчет химических превращений в
системе (5 часов).
Рассматриваются привила создания ХТС, включающей технологические операторы, обеспечивающие расчет
химических превращений (реакторов): стехиометрический реактор, равновесный термодинамический реактор,
использование модуля пользователя, кинетический реактор.
2.1.11. Технологические операторы, обеспечивающие расчет парожидкостного равновесия в
системе. (5 часов).
Рассматриваются привила создания ХТС, включающей технологические операторы, обеспечивающие расчет
паро-жидкостного равновесия (массообменные процессы): сепаратор, абсорбер/десорбер, ректификация.
2.1.12. Расширение баз данных и возможностей системы. Оптимизация ХТС. (4 часа).
Рассматриваются правила расширения возможностей программного обеспечения с целью его использования
при решении технологических задач с недостатком исходных данных.
2.2. Перечень лабораторных работ (51 час)
2.2.1. Работа под Windows-95 с Word, Excel. (6 часов).
Взаимный перенос данных между продуктами в среде Windows-95. Основные правила создания и оформления
технических отчетов с рисунками, таблицами, графиками и т.п.
2.2.2. Работа по анализу структуры ХТС. (5 часа).
Анализ структуры ХТС с целью определения оптимального множества разрываемых потоков при переводе
замкнутой ХТС к разомкнутому виду, а также оптимальной последовательности расчета ХТС.
2.2.3. Основные правила работы с DESIGN-II for Windows. (8 часов).
Основные правила использования программного пакета, ограничения, основные технологические операторы,
характеристики потоков, режимы работы и настройки режимов работы программного обеспечения. Создание
простейшей ХТС. Взаимодействие с другим программным обеспечением в среде Windows
2.2.4. Создание ХТС с технологическими операторами, не связанными с химическими
превращениями и парожидкостным равновесием: смеситель, делитель, теплообменники, насос,
компрессор, турбина, задвижка, трубопровод. (8 часов).
2.2.5. Создание ХТС с технологическими операторами, рассчитывающими химические
превращения в системе: стехиометрический реактор, равновесный термодинамический реактор,
использование модуля пользователя, кинетический реактор. (8 часов).
2.2.6. Создание ХТС с технологическими операторами, рассчитывающими парожидкостное
равновесие в системе: сепаратор, абсорбер/десорбер, ректификация. (8 часов).
2.2.7. Создание ХТС с расширением базы данных по компонентам. (8 часов).
2.3. Самостоятельная работа студентов (97 часов)
Получение дополнительных навыков работы с Design-II for Windows в процессе подготовки к
практическим и лабораторным работам.
6
3.Учебно-методические материалы
Литература основная:
1. Кузичкин Н.В., Саутин С.Н., Пунин А.Е. и др. Методы и средства автоматизированного
расчета химико-технологических систем. - Л.: Химия, 1987. - 152 с.
Литература дополнительная:
1. Химико-технологические системы.
Синтез, оптимизация, управление/ Под. ред.
И.П.Мухленова. - Л.: Химия, 1986. - 424 с.
2. Бояринов А.И., Кафаров В.В.
Методы оптимизации в химической технологии. - М.:
Химия, 1973. - 1973. - 564 с.
3. Кафаров В.В., Перов В.Л., Мешалкин В.П. Принципы математического моделирования
химико-технологических систем. - М.: Химия, 1974. - 344 с.
4. Design-II для Window. Основные правила пользования программным обеспечением (на
примере создания ХТС). Часть 1: Метод.указания /Сост.: Д.В.Саулин; Перм.гос.техн.ун-т.
Пермь, 1998. 16с.
Дополнительные информационные источники:
1. Текущая информация на интернет-сайте фирмы WinSim Inc.: http://www.winsim.com
2. Саулин Д.В. Моделирование ХТС. Конспект лекций. Архив (саморазархивирующийся
файл) на интернет-сайте: http://ced01.pstu.ac.ru/ru/dept/tnv/pers/sdv/CONSPXTS.exe