Презентация Моделирование химико-технологической системы. Эмпирические, физические, математические методы моделирования онлайн

Содержание слайда: Южно-Казахстанская медицинская академия

Содержание слайда: План 1 Введение 2 Основная часть 2.1 Понятие химико-технологической системы 2.2 Классификация моделей ХТС 3 Заключение 4 Литература

Содержание слайда: Моделирование - один из главных методов, позволяющих ускорить технический прогресс, сократить сроки освоения новых процессов. Современное химическое производство представляет собой сложную химико-технологическую систему (ХТС), состоящую из большого количества аппаратов и технологических связей между ними. Разработка и эксплуатация производства – ХТС – требует знания как общего подхода к проблеме, так и большого количества вопросов, непосредственно связанных с ХТС. Моделирование - один из главных методов, позволяющих ускорить технический прогресс, сократить сроки освоения новых процессов. Современное химическое производство представляет собой сложную химико-технологическую систему (ХТС), состоящую из большого количества аппаратов и технологических связей между ними. Разработка и эксплуатация производства – ХТС – требует знания как общего подхода к проблеме, так и большого количества вопросов, непосредственно связанных с ХТС.

Содержание слайда: Химико-технологическая система (ХТС) – это совокупность взаимосвязанных технологическими потоками и действующих как единое целое аппаратов, в которых осуществляется определенная последовательность технологических операций (подготовка сырья, собственно химическое превращение и выделение целевых продуктов). Химико-технологическая система (ХТС) – это совокупность взаимосвязанных технологическими потоками и действующих как единое целое аппаратов, в которых осуществляется определенная последовательность технологических операций (подготовка сырья, собственно химическое превращение и выделение целевых продуктов).

Содержание слайда: Элемент ХТС – это аппарат, в котором протекает типовой химико- технологический процесс. При исследовании ХТС внутренние свойства и структура элемента не являются предметом изучения, а анализируются толь- ко такие существенные свойства элемента, которые определяют его взаимодействие с другими элементами ХТС или влияют на свойства системы в целом. Элемент ХТС – это аппарат, в котором протекает типовой химико- технологический процесс. При исследовании ХТС внутренние свойства и структура элемента не являются предметом изучения, а анализируются толь- ко такие существенные свойства элемента, которые определяют его взаимодействие с другими элементами ХТС или влияют на свойства системы в целом.

Содержание слайда: Процесс функционирования ХТС рассматривают как последовательную смену состояний системы в некотором интервале времени. Состояние ХТС определяется набором выходных переменных системы. Входными переменными ХТС являются физические параметры входных потоков сырья и исходных продуктов, а также параметры различных физико-химических воздействий окружающей среды на процесс функционирования ХТС (температура, давление, влажность и т.п.). Процесс функционирования ХТС рассматривают как последовательную смену состояний системы в некотором интервале времени. Состояние ХТС определяется набором выходных переменных системы. Входными переменными ХТС являются физические параметры входных потоков сырья и исходных продуктов, а также параметры различных физико-химических воздействий окружающей среды на процесс функционирования ХТС (температура, давление, влажность и т.п.).

Содержание слайда: Выходными переменными ХТС служат физические параметры материальных и энергетических потоков химических продуктов на выходе ХТС. Эти параметры подразделяют на параметры состояния (массовый расход, концентрации химических компонентов, давление, температура, энтальпия и т.д.) и параметры свойств потоков (теплоемкость, вязкость, плотность и т.д.). Состояние системы зависит от параметров ХТС, параметров технологического режима элементов и от воздействия на ХТС входных материальных и энергетических потоков сырья или исходных продуктов. Выходными переменными ХТС служат физические параметры материальных и энергетических потоков химических продуктов на выходе ХТС. Эти параметры подразделяют на параметры состояния (массовый расход, концентрации химических компонентов, давление, температура, энтальпия и т.д.) и параметры свойств потоков (теплоемкость, вязкость, плотность и т.д.). Состояние системы зависит от параметров ХТС, параметров технологического режима элементов и от воздействия на ХТС входных материальных и энергетических потоков сырья или исходных продуктов.

Содержание слайда: Параметры ХТС и параметры технологических режимов элементов обуславливают характер процесса функционирования системы, т.е. некоторый закон изменения состояний системы. Параметры ХТС и параметры технологических режимов элементов обуславливают характер процесса функционирования системы, т.е. некоторый закон изменения состояний системы.

Содержание слайда: Параметры ХТС подразделяют на конструкционные и технологические. Конструкционными параметрами ХТС являются геометрические характеристики аппаратурного оформления элементов системы (объём химического реактора, основной размер сечения аппарата, диаметр и высота слоя насадки в массообменных аппаратах и т.д.). К технологическим параметрам ХТС относятся коэффициенты степеней превращения и степеней разделения химических компонентов, коэффициенты тепло- и массопередачи, константы скоростей химических реакций и т.д. Параметры ХТС подразделяют на конструкционные и технологические. Конструкционными параметрами ХТС являются геометрические характеристики аппаратурного оформления элементов системы (объём химического реактора, основной размер сечения аппарата, диаметр и высота слоя насадки в массообменных аппаратах и т.д.). К технологическим параметрам ХТС относятся коэффициенты степеней превращения и степеней разделения химических компонентов, коэффициенты тепло- и массопередачи, константы скоростей химических реакций и т.д.

Содержание слайда: Параметрами технологического режима элементов ХТС называют совокупность основных факторов (параметров) внутри элемента (температура, давление , применение и активность катализатора, условия гидродинамического перемещения потоков компонентов), которые влияют на скорость технологического процесса, выход и качество химических продуктов. Качество функционирования ХТС определяют при помощи показателей эффективности, под которыми понимают числовые характеристики системы, оценивающие степень приспособления системы к выполнению поставленных перед нею задач. Параметрами технологического режима элементов ХТС называют совокупность основных факторов (параметров) внутри элемента (температура, давление , применение и активность катализатора, условия гидродинамического перемещения потоков компонентов), которые влияют на скорость технологического процесса, выход и качество химических продуктов. Качество функционирования ХТС определяют при помощи показателей эффективности, под которыми понимают числовые характеристики системы, оценивающие степень приспособления системы к выполнению поставленных перед нею задач.

Содержание слайда: Любая совокупность элементов данной ХТС может рассматриваться как ее подсистема, которая, как правило, является некоторой самостоятельно функционирующей частью системы. Правильное выделение подсистем в сложной ХТС способствует облегчению решения задач исследования системы в целом. Любая совокупность элементов данной ХТС может рассматриваться как ее подсистема, которая, как правило, является некоторой самостоятельно функционирующей частью системы. Правильное выделение подсистем в сложной ХТС способствует облегчению решения задач исследования системы в целом.

Содержание слайда: ХТС, которые соответствуют химическим производствам и технологическим цехам химических предприятий, свойственны все характерные при- знаки больших или сложных систем. В сложных ХТС важную роль играют вопросы автоматического управления процессом функционирования системы. Управлением называют процесс сбора, передачи и переработки информации, реализуемый специальными средствами – системами автоматического управления (САУ) или управляющими устройствами. ХТС, которые соответствуют химическим производствам и технологическим цехам химических предприятий, свойственны все характерные при- знаки больших или сложных систем. В сложных ХТС важную роль играют вопросы автоматического управления процессом функционирования системы. Управлением называют процесс сбора, передачи и переработки информации, реализуемый специальными средствами – системами автоматического управления (САУ) или управляющими устройствами.

Содержание слайда: В общем случае управление процессом функционирования сложных ХТС осуществляют на двух уровнях – технологическом и организационном. Каждое химическое производство или технологический цех, а также химическое предприятие в целом представляют собой совокупность двух подсистем – ХТС и САУ, которые действуют совместно как одна сложная кибернетическая система, обеспечивающая в результате своего функционирования получение требуемых продуктов и полупродуктов. В общем случае управление процессом функционирования сложных ХТС осуществляют на двух уровнях – технологическом и организационном. Каждое химическое производство или технологический цех, а также химическое предприятие в целом представляют собой совокупность двух подсистем – ХТС и САУ, которые действуют совместно как одна сложная кибернетическая система, обеспечивающая в результате своего функционирования получение требуемых продуктов и полупродуктов.

Содержание слайда: Успешное решение задач исследования ХТС на стадии их проектирования и эксплуатации предполагает наличие математической модели ХТС. Характер технологических задач, решаемых на каждой иерархической ступе- ни химического предприятия, определяет вид математической модели, используемой для исследования функционирования этих степеней. Успешное решение задач исследования ХТС на стадии их проектирования и эксплуатации предполагает наличие математической модели ХТС. Характер технологических задач, решаемых на каждой иерархической ступе- ни химического предприятия, определяет вид математической модели, используемой для исследования функционирования этих степеней.

Содержание слайда: Модель сложной ХТС всегда должна быть некоторым компромиссом между достаточной простотой представления процессов функционирования моделируемой системы и сложными эффектами, существенными для функционирования реальной системы. Модель, включающая представление всех характеристик и особенностей, теоретически присущих данной реальной системе, называется изоморфной моделью. Модель сложной ХТС всегда должна быть некоторым компромиссом между достаточной простотой представления процессов функционирования моделируемой системы и сложными эффектами, существенными для функционирования реальной системы. Модель, включающая представление всех характеристик и особенностей, теоретически присущих данной реальной системе, называется изоморфной моделью.

Содержание слайда: Сложные системы изучаются с помощью неизоморфных или гомоморфных моделей, которые несколько упрощенно отражают наиболее существенные характеристики процесса функционирования системы. Одним из основных вопросов является выбор уровня приближения к действительности, при котором еще можно достигнуть достоверных результатов. При изучении ХТС применяют гомоморфные модели двух классов: обобщенные и математические. Сложные системы изучаются с помощью неизоморфных или гомоморфных моделей, которые несколько упрощенно отражают наиболее существенные характеристики процесса функционирования системы. Одним из основных вопросов является выбор уровня приближения к действительности, при котором еще можно достигнуть достоверных результатов. При изучении ХТС применяют гомоморфные модели двух классов: обобщенные и математические.

Содержание слайда: Обобщенные модели – это качественные модели, используемые для получения общего представления о процессе функционирования об элементах и о химическом составе исходного сырья, промежуточных и конечных продуктов ХТС. Обобщенные модели могут быть двух типов: иконографические и операционно-описательные модели. Обобщенные модели – это качественные модели, используемые для получения общего представления о процессе функционирования об элементах и о химическом составе исходного сырья, промежуточных и конечных продуктов ХТС. Обобщенные модели могут быть двух типов: иконографические и операционно-описательные модели.

Содержание слайда: Иконографические обобщенные модели дают общее представление об исследуемой ХТС в виде некоторого графического изображения или чертежа. Операционно-описательные модели дают общее упрощенное представление о процессе функционирования ХТС в форме последовательного словесного описания различных химико-технологических процессов, происходящих в элементах системы. Примером операционно-описательных моделей могут служить технологические регламенты и различная проектно- эксплуатационная документация. Иконографические обобщенные модели дают общее представление об исследуемой ХТС в виде некоторого графического изображения или чертежа. Операционно-описательные модели дают общее упрощенное представление о процессе функционирования ХТС в форме последовательного словесного описания различных химико-технологических процессов, происходящих в элементах системы. Примером операционно-описательных моделей могут служить технологические регламенты и различная проектно- эксплуатационная документация.

Содержание слайда: Математическая модель ХТС является абстрактным и формальным представлением системы, изучение которого возможно математическими методами. Математические модели (ММ) ХТС подразделяют на символические и иконографические. Математическая модель ХТС является абстрактным и формальным представлением системы, изучение которого возможно математическими методами. Математические модели (ММ) ХТС подразделяют на символические и иконографические.

Содержание слайда: Символические математические модели реальной ХТС представляют собой совокупность математических соотношений в виде формул, уравнений, операторов, логических условий или неравенств, которые определяют характеристики состояния ХТС в зависимости от конструкционных и технологических параметров ХТС. Символические математические модели реальной ХТС представляют собой совокупность математических соотношений в виде формул, уравнений, операторов, логических условий или неравенств, которые определяют характеристики состояния ХТС в зависимости от конструкционных и технологических параметров ХТС.

Содержание слайда: Иконографические математические модели ХТС – это графическое отображение таких качественных свойств ХТС, по которым можно определить количественные характеристики системы, или графическое отображение функциональных соотношений между параметрами и переменными ХТС, являющихся по своей сущности чисто математическими. Указанные модели подразделяются на две большие группы: топологические и сетевые модели. Иконографические математические модели ХТС – это графическое отображение таких качественных свойств ХТС, по которым можно определить количественные характеристики системы, или графическое отображение функциональных соотношений между параметрами и переменными ХТС, являющихся по своей сущности чисто математическими. Указанные модели подразделяются на две большие группы: топологические и сетевые модели.

Содержание слайда: Физическое моделирование Физи́ческое модели́рование — метод экспериментального изучения различных физических объектов или явлений, основанный на использовании модели, имеющей ту же физическую природу, что и изучаемый объект.

Содержание слайда: Метод заключается в создании лабораторной физической модели явления в уменьшенных масштабах и проведении экспериментовна этой модели. Выводы и данные, полученные в этих экспериментах, распространяются затем на явление в реальных масштабах. Метод заключается в создании лабораторной физической модели явления в уменьшенных масштабах и проведении экспериментовна этой модели. Выводы и данные, полученные в этих экспериментах, распространяются затем на явление в реальных масштабах.

Содержание слайда: Метод применяется при следующих условиях: Исчерпывающе точного математического описания явления на данном уровне развития науки не существует, или такое описание слишком громоздко и требует для расчётов большого объёма исходных данных, получение которых затруднительно. Воспроизведение исследуемого физического явления в целях эксперимента в реальных масштабах невозможно, нежелательно или слишком затратно (например, цунами).

Содержание слайда: Метод может дать надёжные результаты, лишь в случае соблюдения геометрического и физического подобия реального явления и модели. Метод может дать надёжные результаты, лишь в случае соблюдения геометрического и физического подобия реального явления и модели. В широком смысле, любой лабораторный физический эксперимент является моделированием, поскольку в эксперименте наблюдается конкретный случай явления в частных условиях, а требуется получить общие закономерности для всего класса подобных явлений в широком диапазоне условий. Искусство экспериментатора заключается в достижении физического подобия между явлением, наблюдаемым в лабораторных условиях и всем классом изучаемых явлений.

Содержание слайда: Заключение При рассмотрении любой ХТС всегда обнаруживается функциональная взаимосвязь аппаратов. Так, например, в ХТС, включающей реактор и аппарат разделения, реактор, который обеспечивает высокую степень превращения исходных продуктов, облегчает работу аппарата разделения. Однако работа реактора с низкой степенью превращения в ХТС может быть компенсирована за счет интенсификации процесса выделения целевого продукта. Следовательно, существует компромиссный вариант в выборе оборудования и режимов работы аппаратов ХТС. Ключом к решению перечисленных задач является применение научно обоснованной теории анализа и синтеза химико-технологических систем. Основной научный метод исследования ХТС – математическое моделирование, аппарат - теория систем и ее прикладная часть – системный анализ (совокупность методов и средств изучения сложных систем).

Содержание слайда: Литература Гусев Ю. И., Карасев И. Н., Кольман-Иванов Э. Э. Конструирование и расчет машин химических производств. - М., Машиностроение, 1985. - С. 12 – 14 С. М. Тарг, С. Л. Вишневецкий, В. А. Арутюнов. Моделирование физическое // Большая советская энциклопедия. Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике, М., 1972. Кирпичев М. В., Михеев М. А. Моделирование тепловых устройств, М. — Л., 1936. Ахназарова, С. Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: учеб. пособие для хим.-технол. спец. вузов/ С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1985. – 327с. Сайкс, П. Механизмы реакции в органической химии/ Пер. с англ. под ред. проф. Варшавского Я. М. – изд. 3-е. – М.: Химия, 1977. – 320с. Крешков, А.П. Основы аналитической химии. Физико-химические (инструментальные) методы анализа/ А.П. Крешков. – К.3. – М.: Химия, 1970. – 472с.