КОМПЛЕКСНИЙ ПІДХІД ДО ВИКЛАДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ “МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ В ХІМІЧНІЙ ТЕХНОЛОГІЇ”

Онищук О.О.

доцент  кафедри аналітичної хімії та екотехнологій

Східноєвропейський національний університет ім. Лесі Українки

м. Луцьк, Україна

При вивченні дисципліни “Математичне моделювання та застосування ЕОМ в хімічній технології” важливим є подання студентам теоретичних основ та головних принципів в області математичного моделювання хіміко-технологічних процесів.

При вивченні лекційного та практичного курсу “Математичне моделювання та застосування ЕОМ в хімічній технології” потрібно побудувати власні  математичні моделі на основі фізичних та експериментально-статистичних моделей хіміко-технологічних процесів та характеристика їх на практиці.  В якості комп'ютерної моделі застосовуємо програмну реалізацію математичної моделі, яка доповнена різними службовими програмами. Комп'ютерна модель, в нашому випадку має програмну і апаратну складові. Програмна складова так само є абстрактною знаковою моделлю. Це лише інша форма абстрактної моделі, яка, проте, може інтерпретуватися не лише математиками і програмістами, але і технічним пристроєм— процесором комп’ютера.

Вивчення даної дисципліни грунтується на методі дослідження процесів або явищ шляхом створення їхніх математичних моделей і характеристика цих моделей. В основу методу покладено ідентичність форми рівнянь і однозначність співвідношень між змінними в рівняннях оригіналу і моделі, тобто, їхню аналогію. Математичні моделі досліджуються, як правило, із допомогою аналогових обчислювальних машин, цифрових обчислювальних машин, комп'ютерів.

Застосування методу математичного моделювання в хімічній технології дасть змогу роботи розрахунки процесів і апаратів за допомогою ЕОМ, а також створювати їх моделі, використовуючи сучасні комп’ютерні програми Mathcad, Maple, STATISTICA та ЕХCЕL. Математичне моделювання дозволяє замінити реальний об'єкт та хіміко-технологічний процес його моделлю і потім його детально вивчати.

Метою викладання даної дисципліни є вдосконалення методики розрахунків хімічних процесів та реакторів, аналіз методології побудови регресійних моделей на ЕОМ та основ теоретичного моделювання.

В результаті вивчення дисципліни студент повинен розвивати інтегральну, фахову та загальну компетентність: знання ієрархії та класифікації хіміко-технологічної системи як об’єкту моделювання; основи математичного моделювання процесів та апаратів хімічної технології; теоретичний метод побудови моделей; методологію обудови регресійних моделей на ЕОМ, вміння робити розрахунки матеріальних та теплових балансів хімічних виробництв в Mathcad; коректно формулювати задачі моделювання та оптимізувати хіміко-технологічних процесів; будувати регресійні моделі за допомогою ЕОМ та знаходити похибку апроксимації; будувати моделі хіміко-технологічних процесів на основі теоретичного методу; математично описувати хімічні процеси на основі відомих рівнянь та будувати залежності параметрів хіміко-технологічної системи за допомогою ЕОМ, вміти будувати залежності вибраних параметрів в ЕХCЕL, Mathcad, Maple та створювати рівняння, що описують залежності між вибраними параметрами у хіміко-технологічній системі, надавати математичне описання типових процесів у хімічній технології та робити розрахунки в Mathcad, а також аналіз даних в STATISTICA.

Для вивчення лабораторних і практичних занять рекомендовані обрані теми, де необхідно використовувати пакети прикладних програм Microsoft Office Excel, Mathcad, Maple, STATISTICA:

• побудова діаграм та побудова регресійної моделі ізобари;
• реакції утворення ціанаміду кальцію при атмосферному тиску;
• математичне описання кінетики хімічної реакції процесу  видалення  фосфатів  сульфатом  феруму; 
• математичне описання  залежності щільності розчинів азотної кислоти від концентрації за допомогою гістограми в Microsoft Office Excel та STATISTICA;
• математичне описання процесу адсорбції та визначення питомої поверхні адсорбенту (на прикладі адсорбції фосфатів зі стічної води торфу);
• отримання математичної  моделі  і критеріального рівняння процесу тепловіддачі;
• розрахунок матеріального балансу колони синтезу карбаміду за допомогою Mathcad;
• математичне описання  процесу гомогенного та гетерогенного окиснення оксиду азоту (ІІ) до оксиду азоту (IV);
• отримання моделей на основі обробки статистичних даних (лінійна регресія);
• побудова математичних моделей процесів з використанням методу найменших квадратів (нелінійна регресія);
• моделювання гідродинаміки потоку у насадковій колоні за допомогою коміркової моделі;
• дослідження теплообмінних апаратів на основі математичних моделей;
• комп’ютерне визначення   констант швидкості    зворотної хімічної реакції;
• комп’ютерне дослідження реактора ідеального змішування періодичної дії;
• розробка обчислювальних      модулів          реакторів для автоматизованого розрахунку та проектування СХТС;
• оптимізація роботи реактора.

Висновок. Отже, важливим при вивченні даної дисципліни є виховання вміло використовувати інноваціні технології поряд з пакетами сучасних прикладних програм з набутими інтелектуальними та фаховими знаннями. В першу чергу, вдосконалення теоритичної бази знань математики та моделювання викликає необхідність використання програм Microsoft Office Excel, Mathcad, Maple, STATISTICA. Таким чином,  при вивченні даного курсу є важливим навчитися математично описувати хімічні процеси на основі відомих залежностей, практично використовувати дані математичні рівняння та давати аналіз хіміко-технологічній системі як об’єкту моделювання, без яких сучасне виробництво неможливе.

Список використаних джерел:

1. Самолов Н.А. Моделирование в химической технологии и расчет реакторов: Учеб.пособие: Уфа ООО «Монография», 2005. – 224 с.

2. Комп’ютерні системи проектування. Теорія і практика./ Ред.: М.В. Лобур. –Л.: Політехніка, 2004. -183 с.
3. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. -М.: Высшая школа, 1991. -400 с.