1 wstep

MODELOWANIE PROCESÓW
TECHNOLOGICZNYCH

Robert Aranowski
tel.: 347 23 34
e-mail: aran@chem.pg.gda.pl
http://www.technologia.gda.pl/dydaktyka/
htt // t h l i d l/d d kt k /

Katedra Technologii Chemicznej
Wydział Chemiczny
Politechnika Gdańska

Program zajęć

Wstęp, Pojęcia modelu empirycznego, analogowego, fizycznego,
matematycznego; Przedstawienie rzeczywistych problemów
projektowania, modelowania, optymalizacji i powiększania skali
procesów.
Szacowanie błędów pomiarowych i obliczanie błędów wielkości
złożonych, Całkowite plany czynnikowe i plany ułamkowe w
modelowaniu empirycznym i fizycznym. Wykorzystanie metod
statystycznych do sterowania procesami przemysłowymi.
hd i i ł i
Opis matematyczny chemicznych procesów technologicznych, typy
modeli matematycznych, równania b a so e apa ató modelowych,
ode ate atyc yc , ó a a bilansowe aparatów ode o yc ,
równania bilansów masowych i energetycznych.


Program zajęć – cd
cd.

Symulacja procesów. Modele symulacyjne: modele czarnej skrzynki,
modele deterministyczne, oprogramowanie do symulacji i
projektowania procesów. Zasady symulacji procesów: obiekty o
parametrach skupionych i rozłożonych w stanie ustalonym i
nieustalonym.
nieustalonym
Aproksymacja i predykcja właściwości substancji: gęstości lepkości,
parametrów krytycznych, objętości właściwej, objętości właściwej
gazów, lotności gazów i cieczy, równowagi fazowe (równanie
ó l ś i ó i ó if (ó i
Margulesa’a van Laara i Wilsona). Równowaga chemiczna, obliczanie
stężeń w stanie równowagi. Bazy danych fizykochemicznych,
własności czystych substancji, własności mieszanin, równowag
fazowych.


Program zajęć – cd
cd.

Wykorzystanie zasad analizy wymiarowej i teorii podobieństwa do
powiększania skali procesów technologicznych: podstawy analizy wymiarowej,
teoria podobieństwa hydrodynamicznego, cieplnego i wymiany masy.
p y y g , p g y y y
Praktyczne zastosowanie opisu matematycznego procesów wymiany masy na
przykładzie hydrokrakingu katalitycznego frakcji olejowych.
Wykorzystanie Flowsheetingu (diagramów strumieniowych) do modelowania
y y g ( g y )
procesów chemicznych za pomocą programu ChemCAD. Podstawy działania
programu ChemCAD. Tworzenie projektów technologicznych procesów
chemicznych. Modele matematyczne właściwości fizyko-chemicznych
stosowane w ChemCAD Symulacja przepływów masowych pełna symulacja i
ChemCAD. masowych,
optymalizacja procesów w stanie ustalonym. Symulowanie procesów
chemicznych za pomocą programu ChemCAD. Tworzenie raportów
symulacyjnych i interpretacja wyników.
Kolokwium zaliczające


Literatura

1. Tarnowski Wojciech, Symulacja komputerowa procesów ciągłych, Koszalin,
Wyższa Szkoła Inżynierska w Koszalinie 1996.
1996
2. Mąkowski Mirosław, Zastosowanie i wykorzystanie symulacji komputerowej
w procesie oczyszczania ścieków osadem czynnym, Zielona Góra, Wyższa
Szkoła ż i k
S k ł Inżynierska, 1992.
992
3. Perkowski Piotr, Technika symulacji cyfrowej, Warszawa, Wydaw. Nauk.-
Tech, 1980.
4. Leigh J. R., Modelling and simulation, London, Peter Peregrinus, 1983.
5. Zeigler Bernard P., Teoria modelowania i symulacji, Warszawa, Państ.
Wydaw. Naukowe 1984
Wydaw Naukowe, 1984.


Literatura – cd
cd.

6. Pakowski Zdzisław, Symulacja procesów inżynierii chemicznej: teoria i zadania
rozwiązane programem Mathcad, Łódz, Wydaw. Politech. Łódzkiej, 2001.
7. Gierulski Wacław, Modelowanie i symulacja komputerowa :laboratorium :
praca zbiorowa, Kielce, Politechnika. Świętokrzyska, 1996.
8. Fishman George S., Symulacja komputerowa :pojęcia i metody, Warszawa,
g , y j p p ję y, ,
Państ. Wydaw. Ekonomiczne, 1981.
9. Heermann Dieter W., Podstawy symulacji komputerowych w fizyce, Warszawa,
Wydaw. Nauk. Tech, 1997.
Nauk.-Tech,
10. Jach Karol, Komputerowe modelowanie dynamicznych oddziaływań ciał
metodą punktów swobodnych, praca zbiorowa, Warszawa, Wydaw. Naukowe
PWN, 2001
PWN 2001.
11. Winkowski Józef, Programowanie symulacji procesów, Warszawa, Wydaw.
Nauk.-Tech., 1974.


Definicje

Modelowanie ?


Definicje – cd
cd.

Modelowanie – 1) doświadczalna lub matematyczna metoda badania
złożonych układów, zjawisk i procesów (np. technologiczne,
y j p ( p g
fizyczne, ekonomiczne) na podstawie konstruowania modeli.
2) jest to zadanie polegające na opisie działania danego

aparatu lub systemu (instalacji) za pomocą odpowiedniego
p y ( j) p ą p g
modelu matematycznego; pozwala to na zbadanie, jak
zachowywać się będzie dany obiekt w trakcie pracy,
rozruchu i zatrzymania bądź awarii.

1) – Encyklopedia PWN 2001
1) – Pakowski Zdzisław, Symulacja procesów inżynierii chemicznej: teoria i
zadania rozwiązane programem Mathcad, Łódz, Wydaw. Politech.
Łódzkiej, 2001


Definicje – cd
cd.

Modelowanie – przybliżone odtwarzanie najważniejszych właściwości
oryginału. Podstawowym celem modelowania
yg y
w nauce jest uproszczenie złożonej rzeczywistości,
pozwalające na poddanie jej procesowi badawczemu


Definicje – cd
cd.

Projektowanie
j ?


Definicje – cd
cd.

Projektowanie - jest to dobór i obliczenie wymiarów instalacji i urządzeń
wchodzących w jej skład i spełniających założenia
ą j j ją
projektowe; jest to najbardziej złożone i trudne z
wymienionych zadań. Dobór instalacji oraz urządzeń odbywa
się nie tylko na podstawie obliczeń inżynierskich, ale także na
podstawie optymalizacji, rachunku kosztów, katalogów i ofert
firm, przepisów prawnych oraz doświadczenia projektanta
Jeżeli w skład projektowania wchodzi również dobór aparatów
i sposobów ich połączeń w system (instalację), to takie
podejście nazywamy synteza procesu.
W przypadku pojedynczego aparatu projektowaniem
p yp p j y g p p j
najczęściej nazywamy dobór wymiarów tego aparatu tak aby
spełniał on założenia projektowe.


Definicje – cd
cd.

Optymalizacja
p y j ?


Definicje – cd
cd.

Optymalizacja -polega na znajdowaniu takich rozmiarów lub
parametrów pracy danego aparatu lub systemu, aby
spełniony był cel optymalizacji, np. najniższe koszty,
najlepsza jakość produktu itp.
j p j p p


Definicje – cd
cd.

Sterowanie ?


Definicje – cd
cd.

Sterowanie - i związane z nim pozyskiwanie danych polegają na
ą p y y p g ją
zbieraniu danych o pracy danego aparatu w czasie
rzeczywistym i odpowiednie zarządzanie jego pracą


Korzyści jakie przynosi modelowania

zmniejsza się lub powiększa obiekt badań do dowolnej wielkości, np. model
Układu Słonecznego;
g
analizuje się procesy trudne do uchwycenia ze względu na zbyt szybkie lub
zbyt wolne tempo ich przebiegu, np. model ruchu cząsteczek wody
w wodospadzie;
bada się jeden wybrany aspekt zagadnienia, pomijając inne, np. model
transportu pasażerskiego w pociągach ekspresowych w okresie wakacyjnym;
modelowanie pełni szczególną rolę w naukach przyrodniczych, traktujących
d l i ł i ól l k h d i h t kt j h
środowisko przyrodnicze jako złożony system, poddający się badaniom dzięki
modelowaniu występujących w nim relacji i procesów;
obniżenie kosztów projektowania i optymalizacji procesu.
ó
lepsze poznanie procesu
zmniejszenie czasu projektowania

Rodzaje modeli symulacyjnych

Istnieje szereg kryteriów klasyfikacji modeli procesów:

Model fizyczny
Model matematyczny


Rodzaje modeli symulacyjnych – cd
cd.

Modele fizyczne - to taki układ fizyczny, w którym daną
wielkość fizyczną zastępuje inna łatwo
inna,
mierzalna wielkość fizyczna
Przykłady
Do modelowania pola temperatury w ścianie pieca o
skomplikowanym przekroju używa się papieru grafitowanego o
tym samym kształcie - krawędź papieru podłączona do elektrody
o danym napięciu odpowiada wtedy stałej temperaturze ścianki,
natężenie prądu odpowiada strumieniowi ciepła, a izotermy w
ściance odpowiadają liniom stałego napięcia.


cd.

Przykłady
Modele fizyczne są do dziś stosowane w aerodynamice np do
aerodynamice, np.
modelowania opływu samolotów, a nawet samochodów w tunelach
aerodynamicznych, statków, budowli wodnych itp. Stosuje się wtedy
model zmniejszony fizycznie Warto jednak zauważyć że zmniejszeniu
fizycznie. zauważyć,
rozmiarów towarzyszy zmniejszenie liczby Reynoldsa, dlatego też w
dokładniejszych badaniach stosuje się podwyższone ciśnienie, aby
zwiększyć gęstość gazu.
i k ć t ść
Problem analogii modelu fizycznego i powiększanie skali są
nierozerwalnie związane.
Modele fizyczne stosowane były szeroko w czasach
przedkomputerowych, obecnie są wypierane przez modele
matematyczne.
t t

cd.

Modele matematyczne - to te, w których zachodzące
zjawiska opisujemy równaniami
matematycznymi, a przebieg procesu
o y uj y, o ą ują
otrzymujemy, rozwiązując te równania.
ó a a

Struktura modelu matematycznego odzwierciedla typ
procesu i mając do dyspozycji równania modelu, można
przypisać do nich typ procesu i odwrotnie.


Obecne zaawansowanie modelowania

CAPE - (ang. Computer Aided Process Engineering)

W inżynierii procesowej powstał termin obejmujący wszystkie
zastosowania komputerów w tej dziedzinie techniki. Podstawowe
zagadnienia, którymi zajmuje się CAPE, to projektowanie, symulacja,
optymalizacja,
l sterowanie, a nawet dydaktyka
d d k k wspomagana
komputerem.


1 wstep

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (19)

Similar to 1 wstep

Similar to 1 wstep (6)

1 wstep