Моделювання хіміко-технологічних процесів
Спеціальність: Хімічні технології та інженерія
Код дисципліни: 6.161.00.O.032
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Технологія органічних продуктів
Лектор: доц. Чайківський Т.В.
Семестр: 7 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування та розвиток у студентів компетентностей:
загальні компетентності:
1. Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми хімічних технологій та інженерії під час професійної діяльності або у процесі навчання, що передбачає застосування певних теорій і методів хімії, хімічних технологій та інженерії
і характеризуються комплексністю та невизначеністю умов.
2. Здатність використовувати знання у практичних ситуаціях.
3. Здатність навчатися, сприймати набуті знання в предмет¬ній області та інтегрувати їх із уже наявними.
4. Здатність планувати та керувати часом.
5. Здатність до системного мислення, продукування нових ідей, креативності.
6. Здатність здійснювати пошук та аналізувати інформацію, навички використання інформаційних і комунікаційних технологій.
7. Уміння працювати самостійно і в команді, здатність ефективно спілкуватися на професійному та соціальному рівнях.
8. Здатність до аналізу та синтезу, вміння виявляти, формулювати, ставити та вирішувати наукові (науково-прикладні) завдання.
9. Мати навички розроблення та управління проектами для забезпечення високого рівня ефективності реалізації різних видів проектів в предметній області.
10. Визначеність та наполегливість при виконанні отриманих завдань та відповідальність за якість виконуваної роботи.
фахові компетентності:
1. Можливість продемонструвати знання та розуміння основних фактів, концепцій, принципів і теорій, що відносяться до хімії.
1. Сучасні уявлення про принципи структурної організації та типових функцій і механізмів роботи технологічних об'єктів хімічних виробництв.
2. Здатність застосовувати сучасні експериментальні методи роботи з технологічними об'єктами хімії в промислових і лабораторних умовах, навички роботи із сучасною вимірювальною апаратурою.
3. Здатність обирати і використовувати відповідне обладнання, інструменти та методи для реалізації та контролю хімічних виробництв.
4. Здатність інтепретувати дані, отримані в результаті лабораторних спостережень і вимірювань, з точки зору їх значимості та співвіднести їх з відповідною теорією.
5. Здатність обчислювати та обробляти дані, використовувати інформаційні технології для вирішення експериментальних і практичних завдань у професійній діяльності.
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
- студент здатний пояснити та використовувати основні терміни, визначення та поняття, які стосуються моделювання хіміко-технологічних процесів;
- студент здатний оцінити об’єкт для моделювання, вибрати спосіб моделювання процесів виробництва хімічних продуктів;
- студент здатний пояснити вплaив різних типів чинників на функціонування технологічного процесу.
- студент може вибрати спосіб оптимізації технологічного процесу.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Вища математика
Інформатика та інформаційні технології
Процеси і апарати хімічної технології
Короткий зміст навчальної програми: Дисципліна «Моделювання хіміко-технологічних процесів» формує у студентів сучасні уявлення про моделювання, яке широко застосовуються в сучасній науці, в першу чергу в її прикладних областях. Використання моделювання дозволяє прискорити технічний прогрес, суттєво скоротити терміни освоєння нових виробництв. Особливо бурхливо розвивається математичне моделювання. Широке розповсюдження ідеї і методів математичного моделювання привело до появи складних інженерних задач, при розв’язанні яких не обійтись без використання комп’ютерної техніки і методів обчислювальної математики. В сучасних умовах від інженерного персоналу вимагається не тільки знання технології, але й володіння сучасними методами управління виробництвом, яке здійснюється за допомогою ЕОМ. Знання основних принципів побудови математичної моделі підприємства, розуміння суті моделювання та його завдань дасть змогу спеціалісту досконаліше керувати виробництвом.
У результаті вивчення цієї дисципліни студент набуває відповідних знань, умінь, навичок та компетентностей, необхідних для організації діяльності підприємств хімічній промисловості та вирішення практичних завдань.
Опис: Предмет і задачі дисципліни.
Тема 1. Основні поняття методу моделювання
§ 1. Моделювання і моделі.
§ 2. Моделі матеріальні та мисленні.
§ 3. Математичні модеaлі.
§ 4. Основні вимоги до процесу моделювання.
Тема 2. Способи моделювання
§ 1. Теорія подібності.
§ 2. Аналогія.
§ 3. Аналого-обчислювальні машини.
§ 4. Математичне моделювання.
Тема 3. Хіміко-технологічний процес як система
§ 1. Два підходи до опису системи.
§ 2. Структура математичного опису при структурному підході.
§ 3. Емпіричні моделі.
Тема 4. Деякі особливості моделей і задач математичного моделювання
§ 1. Про точність моделі.
§ 2. Параметри моделі.
§ 3. Моделі суцільних середовищ та псевдогомогенні моделі.
§ 4. Лімітуюча ста¬дія.
§ 5. Об’єкти із зосередженими та розподіленими па¬ра¬метрами.
§ 6. Кінцеві та диференційні рівняння.
Тема 5. Елементи теорії експерименту
§ 1. Випадкова величина.
§ 2. Основні властивості функції f(u).
§ 3. Нормальні випадкові величини.
§ 4. Числові характеристики випадкової величини.
§ 5. Основні властивості математичного сподівання та дисперсії.
§ 6. Залежні та незалежні випадкові ве¬личини.
§ 7. Кореляція.
Тема 6. Статистичні оцінки і перевірка гіпотез
§ 1. Генеральна сукупність і вибірка.
§ 2. Перевірка статистичних гіпотез: помилки І та ІІ роду, критерії.
Тема 7. Метод найменших квадратів
§ 1. Перевірка гіпотези відносно рівнянь регресії.
§ 2. Нелінійне оцінювання.
Тема 8. Планування експерименту
§ 1. Пасивний і активний експеримент.
§ 2. Плани першого порядку.
§ 3. Плани 2-го порядку.
§ 4. Перевірка гіпотез в плануванні експерименту.
§ 5. Інтерпретація рівнянь регресії.
§ 6. Інші постановки задач планування експерименту.
Тема 9. Аналіз та опис процесів в потоці
§ 1. Потоки в апаратах безперервної дії.
§ 2. Складність структури потоку.
§ 3. Моделі ідеальних потоків.
§ 4. Про реалістичність ідеальних потоків.
§ 5. Складні реакції в ідеальних апаратах.
Тема 10. Оптимізація технологічних процесів
§ 1. Формування задачі оптимізації: критерії оптимізації, обмеження, оптимізуючі фактори.
§ 2. Методи оптимізації: перебір, сканування, дихотомія, “золотого січення”, покоординатний спуск, крутого сходження, метод градієнта, випадковий пошук.
Методи та критерії оцінювання: Основними методами діагностики знань є: поточний (ПК) і семестровий контроль (СК), який здійснюється з навчального матеріалу, обсяг якого визначений робочою програмою дисципліни за семестр.
Поточний контроль здійснюється під час лекцій і лабораторних занять з метою перевірки рівня засвоєння теоретичних і практичних знань та умінь студента. ПК проводиться у формі: письмово-усного експрес-контролю та захисту лабораторних робіт.
Семестровий контроль проводиться у формі Екзамену (Ек). Екзамен – це форма СК результатів навчання студента з навчальної дисципліни за семестр
Критерії оцінювання результатів навчання: • Поточний контроль (40%) — звіти з лабораторних робіт (20%), РГР (20%)
• Підсумковий контроль (60%) — екзамен
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Чайківський Т.В. Навчально-методичний комплекс з навчальної дисципліни Моделювання хіміко-технологічних процесів http://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=1623
2. Чайківський Т.В. Теорія похибок. Методичні вказівки. Львів: НУ “Львівська політехніка” –2002, -15с.
3. Чайківський Т.В. Дисперсійний аналіз. Методичні вказівки. Львів: НУ “Львівська політехніка” –2003, -25с.
4. Чайківський Т.В. Системи лінійних алгебраїчних нерівностей. Методичні вказівки. Львів: НУ “Львівська політехніка” –2002, -15с.
5. Чайківський Т.В. Задача лінійного програмування. Методичні вказівки. Львів: НУ “Львівська політехніка” –2002, -15с.
6. Чайківський Т.В. Симплекс-метод. Методичні вказівки. Львів: НУ “Львівська політехніка” –2002, -15с.
7. Рудавський Ю.К., Мокрий Є.М., Піх З.Г. та ін. Математичні методи в хімії та хімічній технології. Львів: В-во Світ. 1993. -206с.
8. Саулин Д.В. Математическое моделирование химико-технологических систем
9. Пинчук С.И. Организация эксперимента при моделировании и оптимизации технических систем. Учебное пособие. – Днепропетровск: ООО Независимая издательская организация "Дива", 2008. – с. 248
10. Кафаров В. В., Глебов М. Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств: Учеб. пособие для вузов.
11. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс
12. Бейко И.В., Бублик Б.Н., Зинько П.Н. Методы и алгоритмы решения задач оптимизации,
13. Васильев Ф.П. Методы оптимизации. Факториал пресс, 2002.
14. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов.
15. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии.
16. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. .
17. Бондарь А.Г. Математическое моделирование в химической технологии. Киев: Вища школа. -1973. -279с.
18. Федоткин И.М., Боровский В.В. Математическое моделирование технологических процессов методом аналогизации. Винница, -2002. -377с.
19.https://e5.onthehub.com/WebStore/ProductsByMajorVersionList.aspx?ws=45af95eb-c1b3-e411-9408-b8ca3a5db7a1&vsro=8
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).
Моделювання хіміко-технологічних процесів
Спеціальність: Хімічні технології та інженерія
Код дисципліни: 6.161.00.O.033
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Хімічна інженерія
Лектор: д.т.н., проф. Атаманюк В.М.
Семестр: 7 семестр
Форма навчання: денна
Результати навчання: В процесі вивчення дисципліни студенти повинні знати і вміти використовувати:
• методи розробки математичних моделей типових процесів хімічної технології з врахуванням динамічних властивостей;
• математичні методи розробки і дослідження процесів та апаратів хімічної технології;
• методи розробки програмних продуктів для інженерного оформлення технологічних процесів;
• методи побудови математичних моделей, заснованих на фізико-хімічних закономірностях хіміко-технологічних процесів;
• методи побудови та дослідження кінетики гомогенних і гетерогенних хімічних реакцій;
• методи моделювання хімічних реакторів різних типів;
• сучасні офісні системи та графічні оболонки.
Мати досвід:
• вирішення конкретних завдань з моделювання хіміко-технологічних процесів;
• практичних розрахунків при дослідженні реальних процесів і апаратів, хімічних реакторів;
• практичного використання сучасних програмних засобів, офісних і програмних оболонок.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Інформатика
Вища математика
Фізика
Загальна хімічна технологія
Процеси та апарати хімічної технології
Короткий зміст навчальної програми: Суть методу математичного моделювання. Основні поняття та визначення у математичному моделюванні. Системи, процеси.
Моделювання структури потоку. Модель ідеального перемішування.
Модель ідеального витіснення. Коміркова модель структури потоку.
Дифузійна модель структури потоку.
Комбіновані моделі структури потоку.
Перевірка адекватності моделей структури потоку.
Моделювання процесів теплопередачі і теплоперенесення. Процес теплопередачі теплоти через стінку.
Математична модель теплообмінника типу “перемішування-перемішування”.
Математична модель теплообмінника типу “перемішування-витіснення” та теплообмінника типу “витіснення-витіснення”.
Моделювання процесів теплоперенесення у твердих тілах.
Моделювання процесів масоперенесення і масопередачі.
Моделювання процесів хімічних перетворень. Кінетика хімічних реакцій.
Використання математичних моделей для оптимізації хіміко-технологічних процесів.
Методи та критерії оцінювання: • письмові звіти з лабораторних робіт, усне опитування, контрольна робота (30%)
• підсумковий контроль (70 %, контрольний захід, екзамен): письмово-усна форма (70%)
Рекомендована література: Навчально–методична література.
1. Література до теоретичного курсу:
1. Атаманюк В.М. Математичне моделювання і застосування комп’ютерної техніки у хімічній технології. Конспект лекцій. 98с.
2. Мазяк З.Ю. Застосування комп’ютерної техніки у хімічній технології. В-во Львівська політехніка. ч. 1 і ч. 2. Львів: 2004.
3. Акназаров С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация експеримента в химии и химической технологии. –М. Висшая школа. 1988.
4. Бондарь А.Г. Математическое моделирование в химической технологии. Вища школа. Киев. 1973. 279 с.
5. Брановицька С.В. Обчислювальна математика у хімії і хімічній технології. –К: Вища школа. 1986.
6. Боярынов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. Химия. Моска. 1969. 564 с.
7. Джонсон К. Численные методы у химии и химической технологии. –М.: Мир.1983.
8. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. Химия. Москва. 1971. 496 с.
Література до практичних занять:
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. –Л.: Химия. 1987, 576 с.
2. Смирнов Н.Н., Волжский А.И. Химические реакторы в примерах и задачах. –Л.: Химия. 1986. 222 с.