Принципы математического моделирования химико-технологических систем (Введение в системотехнику химических производств). М., «Химия», 1974. (Серия «Химическая кибернетика»).
344 стр.; 19 табл.; 210 рис.; список лит. 44 ссылки.
В книге рассмотрены основные принципы моделирования, анализа и синтеза сложных химико-технологических систем (ХТС). Приведены методы расчета материально-энергетических балансов и степеней свободы ХТС; описаны математические модели технологических операторов (элементов систем), изложены основы матричного, детерминант-ного и топологического методов анализа ХТС. На основе использования топологических моделей (теории графов) ХТС рассмотрены методы разработки оптимальной стратегии (алгоритмов) исследования и декомпозиционные принципы оптимизации ХТС. Даны методы построения специальных программ математического моделирования ХТС на ЦВМ.
Книга является пособием по курсу «Системотехника» («Основы технологического проектирования химических производств») для высших учебных заведений. Она представит большой интерес также для научных и инженерно-технических работников химической и смежных с ней отраслей промышленности.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ........................ 7
Введение .......................... 9
Глава I. Основные понятия и общая характеристика химико-технологических систем................... I]
1. Понятие химико-технологической системы (ХТС)........ ц
2. Химическое предприятие как сложная кибернетическая система 13
3. Классификация моделей ХТС................ 18
4. Характеристика технологических операторов. Понятие технологической топологии ХТС................... 20
5. Постановка задач анализа и синтеза ХТС........... 33
Глава II. Расчет материально-энергетических балансов и определение
степеней свободы химико-техно логических систем .... 37
1. Общий вид системы уравнений балансов............ 38
2. Совместность и определенность систем уравнений балансов ХТС 43
3. Системы уравнений материальных балансов ХТС с типовыми технологическими связями.................. 50
4. Понятие степени свободы ХТС................ 58
5. Регламентированные и оптимизирующие проектные переменные ХТС ............................ 63
6. Определение числа степеней свободы ХТС........... 67
7. Стратегия решения систем уравнений математических моделей ХТС ............................ 72
8. Общая методика составления и решения систем уравнений балансов ХТС .......................... 79
Глава III.Математические модели технологических операторов. Матричный и детерминантный методы анализа химико -
технологических систем ............... 82
1. Формы представления символических математических моделей технологических операторов ХТС............... 83
2. Методы определения матриц преобразования технологических операторов ХТС ...................... 89
Аналитический метод ................... 89
Статистический метод ................... 98
3. Матричный метод анализа ХТС................ ЮЗ
4. Детерминантный метод анализа ХТС............. 109
Глава IV. Топологический метод анализа и топологические модели
химико-технологических систем ............ 114
1. Основные понятия и определения теории графов........ 115
2. Представление графов с помощью матриц........... 122
3. Характеристика и принципы построения топологических моделей
(графов) ХТС........................ 128
Потоковые графы ХТС................... 128
Структурные графы ХТС.................. 136
Информационно-потоковые мультиграфы ХТС........ 143
Информационные графы ХТС................ 150
Сигнальные графы' ХТС.................. 154
Глава V. Разработка оптимальной стратегии исследования химико-технологических систем на основе топологических моделей 212
1. Расчет материальных и тепловых балансов ХТС на основе материальных и тепловых потоковых графов............. 213
2. Выбор измеряемых параметров технологических потоков при расчете балансов ХТС с использованием материальных потоковых графов .......................... 232
3. Определение матриц преобразования технологических операторов ХТС с применением структурных и сигнальных графов..... 242
4. Выбор свободных переменных ХТС с применением информационно-потоковых мультиграфов .................. 249
5. Выбор свободных и выходных переменных систем уравнений математических! моделей ХТС с применением информационных графов ............................ 258
6. Разработка стратегии анализа ХТС на основе параметрических потоковых графов ..................... 277
Глава VI. Принципы оптимизации химике-технологических систем
на основе применения топологических моделей..... 295
1. Общая постановка и основные этапы задачи оптимизации ХТС . 295
2. Организация вычислительных процедур при оптимизации ХТС 301
3. Декомпозиция задачи оптимизации ХТС на основе классического вариационного приближения ................ 306
4. Многоуровневый метод оптимизации ХТС........... 313
Глава VII. Специальные программы математического моделирования
химико-технологических систем ........... 324
1. Принципы построения специальных программ моделирования ХТС 324
2. Организация программы моделирования ХТС «PACER» .... 330
3. Использование в специальных программах термоэкономического критерия для оценки эффективности моделируемой ХТС .... 336
Литература ........................ 339
Предметный указатель................. 341
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время в системе химико-технологического образования студентам читается курс «Математическое моделирование химико-технологических процессов», представляющий собой количественный анализ с помощью математических моделей типовых процессов химической технологии (гидродинамических, тепловых, диффузионных и химических). Курс лекций, в котором рассматриваются принципы соединения отдельных типовых процессов, т. е. принципы построения технологических схем и агрегатов любых производств химических и нефтехимических предприятий, впервые начал читаться немногим более 10 лет назад при подготовке инженеров по кибернетике химико-технологических процессов в МХТИ им. Д. И. Менделеева.
В результате научно-методических разработок, чтения лекций, проведения практических занятий на базе методов кибернетики, системотехники, топологии и оптимизации с применением цифровых вычислительных машин (ЦВМ) удалось определить систему знаний, которыми необходимо вооружить будущих химиков-технологов и без которых невозможны построение новых оптимальных технологических схем и интенсификация действующих производств.
Указанная система знаний составила самостоятельный курс «Принципы математического моделирования химико-технологических систем» («Введение в системотехнику химических производств»), читаемый в МХТИ им. Д. И. Менделеева.
В предлагаемой книге впервые сделана попытка систематизировать методы моделирования, анализа и оптимизации химических производств на основе использования топологических моделей и ЦВМ. Однако следует отметить, что в данной книге почти не рассмотрены некоторые методы математического моделирования сложных систем (эволюционные, семантические, эвристические и др.), поскольку они не нашли пока применения в химической технологии.
Для лучшего усвоения материала книга иллюстрирована большим числом практических примеров анализа и оптимизации химических производств и технологических цехов. Для полного понимания содержания настоящей книги от читателя требуется знание материала, изложенного в книгах В. В. Кафарова «Методы кибернетики в химии и химической технологии» (Изд. 2-е. М., «Химия»,
Цена: 150руб.
