В книге в доступной и достаточно популярной форме изложены основные понятия кибернетики, описаны ее методы и средства (вычислительные машины), используемые в химии и химической технологии. Рассмотрены принципы кибернетического подхода к созданию новых процессов химической технологии. Большое внимание уделено использованию принципов кибернетики при анализе химико-технологических процессов (математические модели процессов и реакторов с учетом кинетики и переноса тепла, расчеты реакторов и их тепловая устойчивость). Изложены вопросы масштабирования химических реакторов, т. е. вопросы перехода от лабораторных аппаратов к промышленным. Приведены примеры оптимального проектирования химических реакторов.
Книга предназначена в качестве учебного пособия для студентов вузов. Она может быть полезна также широкому кругу научных и инженерно-технических работников предприятий, исследовательских и проектных организаций химической и смежных с ней отраслей промышленности.
В книге содержатся 53 таблицы, 188 рисунков и 133 библиографических ссылки.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие...................... 8
Глава I. Основные понятия кибернетики ............ И
1. Системы и процессы.................. 11
2. Моделирование ................... 13
Физическое моделирование.............. '4
Математическое моделирование............ 15
3. Основные положения теории информации......... 20
4. Основные положения теории регулирования и управления ... 29
5. Основные типы регуляторов и их выбор......... 34
6. Информационные характеристики промышленных автоматических контрольно-измерительных приборов . ........ 37
7. Виды и системы регулирования и управления........ 42
8. Вычислительные машины —технические средства кибернетики . . 48
Аналоговые вычислительные машины (АВМ)....... 48
Цифровые вычислительные машины (ЦВМ)....... 54
9. Автоматическое управление процессами химической технологии . . 6)
10. Использование принципов логики в управлении процессами химической технологии.................. 65
11. Управление большими системами............. 82
Литература.....................
93
Глава II. Использование методов кибернетики в анализе процессов химической технологии........ ......94
1. Установление структуры математических моделей процессов ... 94
2. Типовые математические модели структуры потоков в аппаратах 99
Модель идеального вытеснения............Ю1
Модель идеального смешения.............101
Диффузионная модель................102
Ячеечная модель..................1(*«
Комбинированные модели..............П'7
3. Основные этапы математического моделирования процессов . . .111
4. Оптимизация процессов с использованием математических моделей Ш
Аналитические методы оптимизации..........117
Математическое программирование...........121
Градиентные методы оптимизации ........... 126
Принцип максимума................136
Автоматические методы поиска оптимума........143
Литература................;......146
Глава III. Математические модели химических реакторов без учета переноса тепла.......... .......148
1. Основные понятия химической кинетики.......... 148
2. Математические модели реакторов идеального вытеснения . . . 157
Трубчатый проточный реактор ............. 157
Реактор периодического действия ... ...... 158
3 Модель идеального смешения (проточные реакторы с мешалкой) 160
4. Диффузионная модель (трубчатые проточные реакторы) .... 160
5. Математическая модель каскада реакторов идеального смешения 162
Алгебраический метод расчета каскада реакторов ..... 162
Итерационный метод расчета каскада реакторов ...... 164
Графический метод расчета каскада реакторов . ..... 166
6. Расчет реакторов по кривым отклика без учета макросостояпия системы. Коэффициент эффективности реактора....... 167
7. Комбинированные модели реакторов........... 171
8. Эффективность моделей различных реакторов........ 181
9. Соотношения между выходом целевого продукта, селективностью
и степенью превращения для различных моделей реакторов . . 187 10. Модели вытеснение — смешение и смешение — вытеснение. Эффект
проскальзывания................... 189
П. Расчет реакторов по кривым отклика с учетом макросостояния системы.......................196
Литература.......................204
Глава IV. Математические модели химических реакторов с учетом переноса тепла................... 205
1. Общие уравнения математических моделей реакторов.....205
2. Сравнение математических моделей реакторов........212
3. Комбинированные модели реакторов............ 218
Реакторы идеального вытеснения с байпасированием потоков 221
4. Устойчивость режимов работы реакторов........... 224
Политропические реакторы..............224
Автотермические реакторы.............. 237
5. Составление математических моделей реакторов при помощи аналоговых вычислительных машин............ . 240
Литература.......................248
Глава V. Получение информации о химическом процессе на лабораторных установках.................. 249
1. Интегральный метод анализа опытных данных ....... 253
2. Дифференциальный метод анализа опытных данных.....257
3. Дифференциально-интегральный метод определения порядка реакции. Метод временных отношений............260
4. Метод оценки кинетики и селективности сложных реакций (метод гипербол) и выбор модели реактора ...... ..... 264
5. Определение температурной зависимости константы скорости реакции .......... ...........270
6. Оптимальное время отбора проб при изучении кинетики химических реакций .............. ...... 270
7. Использование аналоговых вычислительных машин для изучения кинетики реакций ................... 272
8. Определение лимитирующей стадии процесса в гетерогенных системах......................277
9. Определение кинетики гетерогенных каталитических реакций . . 283
Подбор уравнения кинетики .......... ... 284
Окончательная проверка найденного кинетического уравнения 292 Некоторые методические указания........... 293
10. Итеративный метод исследования механизма и кинетики сложных химических реакций .................. 295
Литература.......................303
Г л а в а VI. Получение информации о химическом процессе на пилотной
(опытной) установке ... . .....304
1. Оптимальное планирование эксперимента ..... . . 305
2. Математическая интерпретация оптимального факторного планирования.................. ... 309
Метод крутого восхождения (метод Бокса — Вильсона) . . . 309
Симплексный метод планирования эксперимента ...... 314
Эволюционное планирование эксперимента........318
Литература.......................320
Глава VII. Масштабирование химических реакторов и некоторые вопросы их оптимального проектирования и управления ими . . . 321
1. Общие положения ..................321
2. Перенос опытных данных, полученных в реакторе периодического действия, на каскад реакторов....... ......334
3. Выбор оптимального цикла работы реактора периодического действия для медленно протекающих процессов .........337
4. Использование опытных данных для анализа условий работы и оптимального проектирования химических реакторов ...... 339
5. Схемы управления реакторами..............358
6. Составление математической модели управления химическим производством .....................367
Литература.......................372
Предметный указатель.................373
