автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация переработки информации при анализе физико-химических систем (на примере анализа процесса активации целлюлозы для ацетилирования)

Введение

Глава I. Постановка задачи исследования.

§ 1.1. Автоматизированная система подготовки модуля физико-химической системы как подсистема системы автоматизированного проектирования химико-технологической системы.

§ 1.2. Современное состояние топологического принципа моделирования физико-химических систем . 1и

§ 1.3. Проблемы математического моделирования процесса активации целлюлозы для ацетилированияс

I. • •

Глава 2. Алгоритмы автоматизированной переработки информации при моделировании химико-технологических „„ процессов с использованием диаграмм связей. ^

§ 2.1. Структура системы переработки информации.

§ 2.2. Алгоритм автоматизированного распределения причинно-следственных отношений на диаграмме связи

§ 2.3. Алгоритм автоматизированного вывода системных уравнений

§ 2.4. Организация процесса решения системных уравнений в численном ввде.

§ 2.5. Использование системы бо/уэ для идентификации моделей и поиска оптимального режима функционирования физико-химической системы.

§ 2.6. Применение метода диаграмм связей для управления;'физико-химической системы

Глава 3. Программная реализация алгоритмов преобразования диаграммы связи физико-химической системы в вычислительную схему.

§ 3.1. Состав системы.

§ 3.2. Краткое описание подпрограмм системы

§ 3.3. Состав входной и выходной информации системы.

§ 3.4. Цример задания входной информации системы.

Глава 4. Математическое моделирование процесса активации ТП! целлюлозы для ацетилирования. 1и!э

§ 4.1. Построение топологической модели процесса тпс-активации целлюлозы для ацетилирования. 1и£>

§ 4.2. Построение топологической модели кинетической тпя части процесса активации. 1и°

§ 4.3. Экспериментальные исследования процесса набухания целлюлозы. ИЗ

§ 4.4. Оптимизация процесса активации целлюлозы в уксусной кислоте

Выводы.

Директивами ХХУ1 съезда КПСС предусмотрено опережающее развитие химических производств как за счет увеличения единичной мощности агрегатов и установок, так и путем создания новых высокоинтенсивных технологических производств и реконструкции действующих предприятий. Роль научно обоснованного подхода к указанной проблеме заключается в обеспечении быстрейшего выполнения всего комплекса работ - от научных исследований и технических решений до внедрения результатов их в производство.

В связи с этим актуальным является проектирование новых технологических и химико-технологических комплексов на основе разрабатываемых для этих целей систем автоматизированного проектирования. Автоматизированное проектирование требует оперативного построения математических моделей химико-технологических систем и, в частности, их подсистем - физико-химических систем. Автоматизированную систему подготовки программного модуля физико-химической системы наиболее целесообразно строить на базе топологического принципа моделирования физико-химических систем. Построение математической модели с использованием такого принципа начинается с осмысливания исследователем физико-химической сущности процесса, далее эта информация преобразуется, не теряя своей содержательности, в форму диаграммы связ?, которая и является математической моделью в оригинальной форме. Однако процесс преобразования диаграммы связи (математической модели) из скрытой формы в явную, с получением решения, до настоящего времени не был автоматизирован, что является тормозом на пути распространения этого метода. В связи с этим в работе ставятся и решаются следующие задачи:

I. Разработать алгоритмы и процедуры автоматизированного преобразования диаграммы связи в решение математической модели, ею задаваемой.

2. Показать эффективность предложенного метода моделирования на примере процесса активации целлюлозы в уксусной кислоте для ацетилирования.

1. Кафаров В..3., Дорохов Ы.Н. Системный анализ процессов химической технологии. Основы стратегии. - М . : Наука, 197б--499с.

2. Ауспендер Д. Моделирование систем с распределенными параметрами с помощью симметричных звеньев задержки. - Теоретические основы инженерных расчетов. - 1968, В 2, с . 59.

3. Karnopp D.C. Some bond graph identities involving junction structures. - Trans. ASME, J. Dyn. Syst., Meas., Control, 1975, V. 97, N 4, pp. 439-440.

4. Oster G.F,, Auslander D.M. ajopological representations of thermodynamic systems. - I. Basic concepts. - J, Franklin Inst., 1971, V. 292, N 1, pp. 1-17.

5. Oster G.P., Auslander D.M. Topological representations of thermodynamic systems - II. Some elemental subunits for irreversible thermodynamics. - J. Franklin Inst., 1971» V, 292, N 2, pp. 77-92.

6. Oster G., Perelson A. Chemical reaction networks. - IEEE Trans. Circuits Systems, 1974, vol. САБ-21, pp. 709-721.

7. Oster G., Perelson A., Katchalsky A. Network thermodynamics dynamic modelling of biophysical systeois. - Q. Rev. Biophys., 1973, V. 6, pp. 1-134.

8. Oster G., Perelson A., Katchalsky A. Network thermodynamics. - Nature, 1971, v. 234, pp. 393-399.

9. Perelson A.S., Oster G.F. Chemical reaction dynamics - II. Reaction networks. - Arch. Ration., Mech. Analysis, 1975, V. 57, N 1, pp. 31-98.

10. Allen R.R., Dubowsky S. Mechanisms as components of dynamic systems : a bond graph approach. - Trans. ASME, J.Engng. Industry, 1977, V. 99, N 1, pp. 104-111.

11. Auslander D.M., Tsai N.T., Faraaian F. Bond grs^h models for torsional energy transmission. - Trans. ASME, J. Dyn. Syst., Meas., Control, 1975, v. 97, N 2, pp. 53-59.

12. Karnopp D.C. Computer representation of continues vibratory systems using normal modes and bond graph techniques. -Simulation, 1968, v. 10, N 3, PP. 129-135»

13. Karnopp D.C. Bond graph methods for vibration and sound. - Shock Vibration Digest, 1974, v. 6, N 5, Pp. 1-5.

14. Tsai N.T. Analysis of nonlinear transient motion of cables using bond graph method. - Trans. ASME, J. Engng. Industry, 1972, V. 94, N 3, pp. 500-506.

15. Tsai N.T., Wang S.M. Delay - bond graph models for geared torsional systems. - Trans, ASME, J. Appl. Mech., 1974, v, 96, N 4, pp. 366-370.

16. Karnopp D. C. State variables and pseudo bond graphs for compressible thermofluid systems. - (Trans. АШЕ, J. Dyn. Syst,, Meas., Control, 1979» v. 101, N 3, pp. 201-204.

17. Karnopp D» On the order of a physical system. - Trans.ASME, J. Dyn. Syst., Meas., Control, 1979» v. 101, N 3, PP. 185-186.

18. Auslander D.M., Oster G.P., Perelson A., Cliford G. On systems with coupled chemical reaction and diffusion. - Trans. ASME, J. Dyn. Syst., Meas., Control, 1972, v. 94, IT 3, pp. 198-205.

19. Paynter H.M, The dynamics and control of Eulerian turbo machines. - Trans, ASME, J. Dyn. Syst,, Meas., Control, 1972,v,94, IT 3» pp. 198-205.

20. Rosenberg B.C. Multiport models in mechanics, - Trans, ASME, J, Dyn, ^ 7-st., Meas,, Control, 1972, v. 94, N 3, pp.206-212. . - 135 -

22. Кленкова Н.И. Структура и реакционная способность целлюлозы. - Л.; Наука, Ленингр. огд-ние, 1976. - 367 с.

23. Аким Э.Л.5 Бурова Т.е. , Моисеев Б.Н. Обработка и переработка целлюлозы, бумаги и картона. - Л.; Ленинградский технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности, 1976. - 120 с.

24. Бойко Т.А. Влияние надмолекулярной структуры целлюлозы на скорость ее гетерогенного ацетилирования . - Тезисы докладов I Всесоюзной конференции по химии и физике целлюлозы, Рига, 1975, г . 1, с. 76-78.

25. Панков п., Файнберг Э.З. Взаимодействие целлюлозы и целлюлозных материалов с водой. - М.; Химия, 1976, - 231 с.

26. Аким Э.Л. Исследование процесса синтеза волокнообразующих ацетатов целлюлозы.:-Дис докт. техн. наук. - Л., I97I, 491 с.

27. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на Фортране. - 2-е изд., стер. - М.; Мир, 1977. - 584 с.

28. Васильев Ф.П. Лекции по мегодам решения экстремальных задач. - М.; Изд-во МГУ, 1977. - 584 с . И б . Полак Э. Численные методы оптимизации. Единый подход. - М.; Мир, 1974. - 376 с.

29. Егоров А.Ф. Разработка алгоритмического обеспечения для решения задач адаптивного управления химико-технологическими процессами в интенсивных режимах.: Дис канд. техн. наук. - М., 1980. -203 с.

30. Математическое обеспечение ЕС ЭВМ. Сборник научных программ на Фортране (ССП). Пер. с англ. под ред. Т.И.Пыльцевой, Н.Д.Соколовой. - Минск, 1973, вып. I. - 266 с.

31. Математическое обеспечение ЕС ЭВМ. Сборник научных программ на Фортране (ССП)/ Пер. с англ. под ред. Н.С.Шврид, Л.М. Петрович. - Минск, 1973, вып. 2. - 272 с.

32. Гуров К.П. Феноменологическая термодинамика необратимых процессов. - М.: Наука, 1976. - 128 с. - 137 -

33. Кпенкова Н.И. Пути активации целлюлозы и повышения ее реакционной способности в процессах глубокой химической модификации.; Дис докт. техн. наук. - Л., 1966. - 402 с,

34. Алфрей Т., Гарни Е.Ф. Динамика вязкоупругого поведения. - В кн.: Реология. Теория и приложения. / пер. с англ. под ред. Ф.Эйри. - М.: ИЛ, 1962, с. 459-507.

35. Тагер А.А. Физико-химия полимеров: Учеб. пособие. - 3 - е изд., перераб. - М.: Химия, 1978. - 544 с.

36. Основы физики и химии полимеров/ Под ред. В.Н.Кулезнева. - М.: Высшая школа, 1977. - 248 с.