Моделирование химико-технологических процессов: Методические указания по выполнению курсовой работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра процессов, машин и аппаратов химических производств

МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальностей 250100 “Химическая технология органических веществ” и 250400 “Химическая технология топлива и углеродных материалов” дневной формы обучения Составитель А.П. Козлов Утверждены на заседании кафедры Протокол № 10 от 28.06.2004 г. Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 170500 Протокол № 10 от 28.06.2004 г. Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2004

2

СОДЕРЖАНИЕ

1 Общие положения

3

2 Объем и содержание курсовой работы

4

2.1 Введение.

4

2.2 Описание объекта моделирования.

4

2.3 Математическая модель объекта.

5

2.4 Решение модели.

5

2.5 Заключение.

6

2.6 Список использованной литературы.

6

3 Оформление пояснительной записки

7

3.1 Общие требования.

7

3.2 Иллюстрации.

7

3.3 Таблицы.

3

3.4 Формулы и уравнения.

8

3.5 Приложения

9

4 Список рекомендуемой литературы

10

Приложение А Пример оформления титульного листа пояснительной записки

11

3

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Курсовая работа является заключительным этапом обучения студентов по дисциплине "Моделирование химико-технологических процессов". Выполнение курсовой работы имеет своей целью обучить студентов основам математического моделирования процессов химических производств. При выполнении курсовой работы студент решает следующие задачи: - разрабатывает математическое описание химико-технологического процесса, протекающего в аппарате или системе аппаратов; - разрабатывает алгоритмы расчета и оптимизации рассматриваемого объекта; - получает результаты моделирования на ЭВМ и выполняет их анализ. В процессе выполнения курсовой работы студент должен овладеть методами математического моделирования процессов, протекающих в аппаратах химических производств. Исходные данные для выполнения курсовой работы оформляются в задании. Заданием для курсовой работы является разработка математической модели и проведение на ее основе оптимизации процесса, протекающего в аппарате или системе аппаратов химической технологии. Для выполнения курсовой работы студенту назначается руководитель, который: – разрабатывает темы курсовых работ; – проводит предусмотренные расписанием занятия и консультации; – принимает защиту курсовой работы. Выполнение курсовой работы и оформление пояснительной записки осуществляется студентом во внеаудиторное время, предусмотренное учебными планами для самостоятельной работы. По окончании оформления пояснительной записки она представляется руководителю для проверки. После проверки пояснительной записки назначается дата защиты курсовой работы или, при наличии замечаний и необходимости доработки, она возвращается студенту. Защита курсовой работы осуществляется руководителем работы и состоит из доклада студента о проделанной работе и ответов на вопросы руководителя.

4

2 ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ Результаты выполнения курсовой работы оформляются в пояснительной записке. Пояснительная записка оформляется в следующей последовательности: - титульный лист; - содержание с указанием номеров страниц разделов и подразделов; - задание на выполнение курсовой работы; - введение; - описание объекта моделирования; - математическая модель объекта; - решение модели; - заключение; - список использованной литературы. Ориентировочный объем пояснительной записки курсовой работы составляет 20-30 страниц. 2.1 Введение. Кратко излагаются современное состояние и актуальность проведения моделирования химико-технологических процессов и систем. Указывается перечень задач, которые позволяет решать моделирование. Здесь же формулируются основные задачи курсовой работы и определяются пути их решения. 2.2 Описание объекта моделирования. Приводится схема конструкции объекта моделирования и описывается принцип его работы. В этом подразделе необходимо указать области, в которых возможно использование рассматриваемого объекта, а также провести сравнение его с аппаратами, в которых протекают подобные процессы, но которые являются отличными от него (например, по принципу действия, по условиям использования и т.д.).

5

2.3 Математическая модель объекта. Начинается с составления математического описания исследуемого объекта, которое составляется на основе системного анализа рассматриваемого объекта. С этой целью проводится декомпозиция сложного объекта на составляющие его элементарные процессы и последующее математическое описание

каждого

элементарного

процесса.

Уравнения

описания

всех

процессов, протекающих в системе, объединяются на основе принципа соответствия и образуют систему уравнений математического описания системы. В общем виде математическое описание системы состоит из: - уравнений баланса массы и энергии, записанных с учетом гидродинамической обстановке в системе; - уравнений элементарных процессов для локальных элементов потока, к которым относят уравнения описания процессов массо- и теплообмена, а также химических реакций; - теоретических, полуэмпирических или эмпирических соотношений между параметрами процесса; - ограничений на параметры процесса, которые могут быть обусловлены технологическими, техническими или экономическими причинами. После этого записывается математическая модель – это система уравнений математического описания, включая дополнительные условия, устанавливающие

границы

ее

применимости,

и

известные

данные,

необходимые для ее решения (начальные и граничные условия, значения различных коэффициентов, констант и т.п.). 2.4 Решение модели. Приводится описание метода, который использовался для решения системы

математического

описания

объекта

моделирования.

Затем

осуществляется преобразование исходной системы уравнений математической модели к виду, удобному для решения на ЭВМ.

6

В случае использования алгоритмического языка для решения системы уравнений математической модели объекта моделирования необходимо разработать алгоритм решения и представить его в виде блок-схемы. В этом случае обязательным также является приведение текста машинной программы на выбранном языке программирования и таблицы идентификаторов, которые помещают в приложениях пояснительной записки. При использовании для решения системы уравнений математической модели стандартных программных продуктов в пояснительную записку включаются рабочие листы документа, где выполнено решение. После того, как составленная модель адаптирована для решения на ЭВМ и отлажена, переходят к этапу оптимизации изучаемого объекта. Решение данной задачи сводится к поиску эффективного режима проведения процесса и начинается с выбора критерия оптимальности – параметра, по которому возможна количественная оценка оптимизируемого качества объекта. Задача оптимизации может быть решена путем выполнения серии расчетов при различных начальных условиях, либо в результате разработки дополнительного алгоритма, который на основе заданного критерия оптимальности позволяет получить решение задачи оптимизации в автоматическом режиме. Все результаты по моделированию и оптимизации рассматриваемого объекта оформляются в виде таблиц, диаграмм, графиков и дополняются необходимыми пояснениями, подробно описывающими условия, в которых получены эти результаты. 2.5 Заключение. Кратко излагаются основные результаты курсовой работы и делаются выводы об оптимальных условиях и режимах работы исследованного объекта. 2.6 Список использованной литературы. Приводится полное библиографическое описание каждого источника, который использовался при оформлении пояснительной записки. Сведения об источниках следует располагать в порядке появления ссылок на источники в тексте пояснительной записки, нумеровать арабскими цифрами и печатать с абзацного отступа.

7

3 ОФОРМЛЕНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ 3.1 Общие требования. Пояснительная записка оформляется на листах бумаги формата А4 (210×297 мм) и может быть представлена как в виде рукописного текста, пригодного для прочтения, так и виде машинописного текста. Страницы пояснительной записки нумеруются арабскими цифрами, начиная с титульного листа, при этом номер на титульном листе не ставится. Текст пояснительной записки делится на разделы и подразделы. Заголовки разделов записываются с выравниванием по середине страницы, заголовки подразделов – с абзаца. Разделы должны иметь порядковую нумерацию, подразделы – двойную нумерацию, начинающуюся с номера раздела и заканчивающуюся номером подраздела, разделенных точкой. Каждый раздел пояснительной записки начинается с новой страницы. Каждая страница пояснительной записки должна иметь поля: левое – 30 мм, остальные по 20 мм. В Приложении А приведен пример оформления титульного листа пояснительной записки. 3.2 Иллюстрации. Иллюстрации (чертежи, графики, схемы, компьютерные распечатки, диаграммы) следует располагать в отчете непосредственно после текста, в котором они упоминаются впервые, или на следующей странице. Иллюстрации обозначаются словом "Рисунок" и нумеруются арабскими цифрами. Номер рисунка с поясняющими надписями помещается ниже рисунка. На все иллюстрации должны быть даны ссылки в пояснительной записке. 3.3 Таблицы. Таблицы применяют для лучшей наглядности и удобства сравнения показателей. Название таблицы следует помещать над таблицей слева, без абзацного отступа в одну строку с ее номером через тире. Таблицы следует нумеровать арабскими цифрами.

8

Таблицу следует располагать в пояснительной записке непосредственно после текста, в котором она упоминается впервые, или на следующей странице. На все таблицы должны быть ссылки в пояснительной записке. Заголовки граф и строк таблицы следует писать с прописной буквы в единственном числе, а подзаголовки граф - со строчной буквы, если они составляют одно предложение с заголовком, или с прописной буквы, если они имеют самостоятельное значение. В конце заголовков и подзаголовков таблиц точки не ставят. Допускается применять размер шрифта в таблице меньший, чем в тексте. Если цифровые или иные данные в какой-либо строке таблицы не приводят, то в ней ставят прочерк. Таблицы слева, справа и снизу, как правило, ограничивают линиями. Заголовки и подзаголовки таблицы должна быть отделены линией от остальной части таблицы. Горизонтальные и вертикальные линии, разграничивающие строки таблицы, допускается не проводить, если их отсутствие не затрудняет пользование таблицей. 3.4 Формулы и уравнения. Уравнения и формулы следует выделять из текста в отдельную строку. Выше и ниже каждой формулы или уравнения должно быть оставлено не менее одной свободной строки. Если уравнение не умещается в одну строку, то оно должно быть перенесено после знака равенства (=) или после знаков плюс (+), минус (-), умножения (х), деления (:), или других математических знаков, причем знак в начале следующей строки повторяют. Пояснение значений символов и числовых коэффициентов следует приводить непосредственно под формулой в той же последовательности, в которой они даны в формуле. Формулы в пояснительной записке следует нумеровать арабскими цифрами в круглых скобках в крайнем правом положении на строке. Ссылки в тексте на порядковые номера формул дают в скобках.

9

Допускается выполнение формул и уравнений рукописным способом черными чернилами. 3.5 Приложения Приложение оформляют как продолжение данного документа на последующих его листах. В тексте документа на все приложения должны быть даны ссылки. Приложения располагают в порядке ссылок на них в тексте документа. Каждое приложение следует начинать с новой страницы с указанием наверху посередине страницы слова «Приложение» и его обозначения. Приложения обозначают заглавными буквами русского алфавита, начиная с А, за исключением букв Ё, 3, Й, 0, Ч, Ь, Ы, Ъ. После слова «Приложение» следует буква, обозначающая его последовательность. Приложение должно иметь заголовок, который записывают симметрично относительно текста с прописной буквы отдельной строкой. Приложения должны иметь общую с остальной частью документа сквозную нумерацию страниц.

10

4 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Закгейм

А.Ю.

Введение

в

моделирование

химико-технологических

процессов. М.: Химия, 1982. 288 с. 2. Кафаров

В.В.

Математическое

моделирование

основных

аппаратов

химических производств: Учебное пособие для вузов. / В.В.Кафаров, М.Б. Глебов. М.: Высшая школа, 1991. 400 с. 3. Барабанов Н.Н. Математическое моделирование процессов химической технологии. Учебное пособие. / Н.Н. Барабанов, Ю.В. Шариков. Владимир, 1987. 96 с. 4. Корсаков-Богатиков

С.М.

Химические

реакторы

как

объекты

математического моделирования. М.: Химия, 1967. 224 с. 5. Царева З.М. Основы теории химических реакторов (компьютерный курс). / З.М. Царева, Л.Л. Товажинский, Е.И. Орлова. Харьков: ХГПУ, 1997. 624 с. 6. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. М.: Химия, 1985. 448 с. 7. Бояринов А.И. Методы оптимизации в химической технологии. / А.И. Бояринов, В.В. Кафаров. М.: Химия, 1975. 378 с. 8. Смирнов Н.Н. Химические реакторы в примерах и задачах. / Н.Н. Смирнов, А.И. Волжинский. Л.: Химия, 1986. 224 с. 9. Островский Г.М. Моделирование сложных химико-технологических схем. / Г.М. Островский, Ю.М. Волин. М.: Химия, 1975. 311 с. 10. Островский Г.М. Оптимизация химико-технологических процессов. Теория и практика. / Г.М. Островский, Г.А. Бережанский. М.: Химия, 1984. 246 с. 11. Химико-технологические системы. Синтез, оптимизация и управление. Под ред. И.П. Мухленова. Л.: Химия, 1986. 424 с. 12. Кафаров В.В. Оптимизация теплообменных процессов и систем. / В.В. Кафаров, В.П. Мешалкин, Л.В. Гурьева. М.: Энергоатомиздат, 1988. 192 с.

11

Приложение А (обязательное) Пример оформления титульного листа пояснительной записки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра процессов машин и аппаратов химических производств

НАИМЕНОВАНИЕ курсовая работа по дисциплине "Моделирование химико-технологических процессов"

Студент гр. ХМ-911 Иванов И.И. Преподаватель Петров П.П.

Кемерово 2004