Российской Федерации Федеральное агентство по образованию




Скачать 233.25 Kb.
НазваниеРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию
Дата конвертации03.03.2013
Размер233.25 Kb.
ТипСамостоятельная работа


Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна»



УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

Н. М. Ашнин

_________________ 2009 г.



Рабочая программа


по дисциплине “Моделирование и оптимизация инженерной

защиты окружающей среды”

для специальности 280202.65Инженерная защита окружающей среды”


Кафедра инженерной химии и промышленной экологии

План учебного процесса


Составляющие

учебного

процесса

Очное обучение

Очно-заочное (вечернее) обучение

Заочное обучение

Объем работы студента, час.

Всего

132

-

-

Аудиторные занятия

68

-

-

Лекции

34

-

-

Лабораторные занятия

17

-

-

Практические занятия

17

-

-

Самостоятельная работа

64

-

-

Форма итогового контроля по семестрам (указывать номер семестра)

Экзамен




-

-

Зачет

8

-

-

Курсовая работа

8

-

-















Санкт-Петербург

2009

Рабочая программа составлена в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по специальности 280202.65 и на основании рабочего учебного плана № 1/04 (2008 г.)


Составитель: проф. И. В. Багров


Рабочая программа принята на заседании кафедры «10» февраля 2009 года


Зав. кафедрой инженерной химии и промышленной экологии д. т. н. проф. В. П. Панов


СОГЛАСОВАНИЕ:


Факультет прикладной химии и экологии


Декан факультета д. х. н. профессор Н. П. Новоселов


Учебно-методический отдел


1. Введение к рабочей программе


    1. Актуальность, роль и место преподаваемой дисциплины в структуре учебного плана


Курс "Моделирование и оптимизация инженерной защиты окружающей среды" знакомит студентов с общими вопросами теории математического моделирования химико-технологических и биохимических процессов очистки сточных вод и газовых выбросов, утилизации твердых отходов, с постановкой и реализацией оптимизационных задач.

Важной составной частью курса является изучение методов анализа, синтеза и расчета химико-технологических систем (ХТС) очистки сточных вод и газовых выбросов промышленных предприятий, а также знакомство с информационным, программным и техническим обеспечением автоматизированных систем расчета сложных химико-технологических систем (ХТС) на основе детерминированных или эмпирико-статистических моделей элементов.


    1. Цель преподаваемой дисциплины
Цель курса – ознакомить студентов с вопросами компьютерного моделирования и оптимизации технологических процессов в системах защиты окружающей среды, с решением зaдaч исследовaния объектов, где невозможно проводить aктивные эксперименты.




    1. Задачи преподаваемой дисциплины

Задачами курса являются:

изучение основных понятий математического моделирования процессов и аппаратов систем очистки и обезвреживания отходов производства и ХТС в целом;

рассмотрение методов построения моделей и их качественного исследования;

изучение методов оптимизации параметров технологических процессов на основе построенных математических моделей;

закрепление у студентов практических навыков по использованию численных методов оптимизации и решения систем уравнений математического описания на ПЭВМ.

В лекционной части курса рассматриваются подходы к построению детерминированных и эмпирико-статистических математических моделей элементов химико-технологических систем, основные свойства сложных замкнутых ХТС, определяющие необходимость расчета ХТС в целом при проектировании и анализе сложных производственных систем, а также методы расчета ХТС по математическим моделям аппаратов и узлов. Структурный анализ химико-технологических систем изучается как основа итерационных методов расчета и как компонент автоматизированных систем технологических расчетов (АСТР). Дается характеристика некоторых АСТР, анализируется структура их информационного и программного обеспечения. Рассматривается целесообразность использования различных банков данных в автоматизированных системах расчета ХТС, приводятся примеры их построения и применения.

Лабораторные работы имеют целью закрепление знаний, полученных в лекционной части курса и в ходе самостоятельной работы, путем решения конкретных задач моделирования аппаратов схем очистки производственных выбросов, анализа ХТС, использования автоматизированных средств их расчета, знакомства с информационным обеспечением и пакетами прикладных программ.

Курсовая работа подытоживает изучение методов математического моделирования отдельных аппаратов и сложных ХТС, проводимое на лекциях и лабораторных занятиях, закладывает основы для успешного усвоения методов автоматизированного проектирования в курсе "Проектирование производственных систем защиты окружающей среды". Практический опыт использования ПЭВМ при выполнении лабораторных и курсовых работ данного курса, поможет студентам активнее применять компьютеры в дипломном и курсовом проектировании.


    1. Требования к знаниям и умениям, приобретаемым в процессе изучения курса

Базовые знания для освоения курса "Моделирование и оптимизация инженерной защиты окружающей среды " студенты получают в изучаемых ранее дисциплинах "Математика", "Химия", "Информатика", "Процессы и аппараты защиты окружающей среды " и др.

В результате изучения материалов курса студент

должен знать:

основные понятия математического моделирования систем газоочистки, водоотведения и утилизации отходов производства;

методы построения математических моделей ХТС и их качественного исследования;

методы оптимизации параметров технологических процессов на основе построенных математических моделей.

должен уметь:

составлять математическое описание элементов ХТС, проводить анализ полученного описания, выбирать метод его решения, разрабатывать алгоритм и его компьютерную реализацию.

Студент должен получить навыки

применения теоретических положений курса к решению практических задач по моделированию и оптимизации систем защиты окружающей среды.

От специалиста, зaнимaющегося моделированием этих систем, требуется четкое предстaвление о cущности физико-химических явлений, протекaющих в объекте исследования, а также умение мaтемaтически описывaть процессы и применять методы компьютерного моделировaния.


2. Содержание дисциплины

2.1. Выписка из государственных образовательных стандартов (не предусмотрено)

2.2. Наименование тем, их содержание и объем

Наименование

И содержание тем

Объем выделяемого времени, час.

Введение

Математическое моделирование как основной метод решения задач оптимизации и проектирования процессов очистки промышленных выбросов, утилизации и обезвреживания отходов. Современные ЭВМ – техническая основа моделирования химико-технологических и биохимических процессов. Экономическая и социальная значимость сохранения биосферы и роль методов математического моделирования и оптимизации в инженерном экологическом менеджменте.


6

Тема 1. Информационные системы на базе ЭВМ для исследования и проектирования систем обезвреживания и утилизации отходов

Общие принципы построения баз и банков данных. Базы данных по нормативно-технической документации и физико-химическим параметрам рабочих сред как основа информационного обеспечения автоматизированного проектирования и исследования ХТС инженерной защиты окружающей среды.

Особенности построения баз данных, ориентированных на формирование выходной информации для программ расчета оборудования.

Физико-химические параметры технологических потоков – информационная основа для технологического расчета. Многокомпонентность и многовариантность технологических потоков в системах очистки сточных вод и газовых выбросов, утилизации твердых отходов, сложность оценки свойств растворов и газовых смесей и необходимость создания банков

20

Тема 2. Анализ ХТС очистки промышленных выбросов и утилизации отходов.

Производственные схемы очистки промышленных сточных вод, твердых отходов и газовых выбросов – сложные химико-технологические системы. Особенность ХТС – непостоянство расходов потоков .

Химико-технологические системы. Свойства ХТС. Иерархия ХТС. Примеры ХТС (системы водоподготовки, очистки газовых выб­росов различными методами). Классификация ХТС.

Безытерационный метод расчета ХТС.

Постановка задач расчета разомкнутых ХТС.

Общие подходы к расчету на ЭВМ замкнутых ХТС.

Минимизация невязок, обусловленных обратными связями. Сведения из теории графов, используемые при расчете ХТС. Путь на графе. Элементарный контур графа. Комплекс на графе. Положительно и отрицательно инцидентные вершины на графе.

Задачи структурного анализа ХТС. Способы представления структуры ХТС. Алгоритмы определения последовательности расчета ХТС на основе матричного способа представления структуры. Алгоритм выделения комплексов на графах ХТС с помощью представления структуры в виде списков смежности А- и В-таблиц связей. Предварительная последовательность расчета ХТС. Оптимально-разрывающее множество дуг, алгоритмы его определения. Глобальные и локальные итерационные блоки. Алгоритм выбора окончательной последовательности расчета ХТС.

Автоматизированный расчет ХТС очистки газовых выбросов с использованием моделирующей программы. Подход к решению задачи, структура программного обеспечения.

Примеры расчета и исследования ХТС очистки промышленных выбросов с использованием моделирующей программы. Выбор структуры ХТС и подбор параметров оборудования.


30

Тема 3. Математическое моделирование процессов очистки промышленных выбросов и стоков

Особенности объектов химической и биохимической технологии очистки и обезвреживания выбросов промышленных предприятий, многофакторность технологических процессов, динамический характер изменения входных параметров процессов. Применение статических и динамических математических моделей объектов.

Общие вопросы математического моделирования процессов и аппаратов систем инженерной защиты окружающей среды. Классификация моделей. Зависимость формы математического описания от принятой гидродинамической модели структуры потоков. Типовые процессы химической технологии и их описание с учетом структуры потоков в аппаратах.

Математическое описание основных процессов очистки газовых выбросов промышленных предприятий. Моделирование рассеивания в воздухе газовых выбросов. Типовые модели физико-химических методов очистки газовых выбросов (адсорбционные, абсорбционные методы и др.) и особенности решения систем уравнений на ПЭВМ.

Математическое описание основных физических и физико-химических процессов и установок для защиты водных объектов от загрязнения промышленными выбросами. Необходимость учета нестационарных по составу и расходу входных потоков в технологических системах водоподготовки.

Математическое моделирование биохимических процессов обезвреживания отходов.

Особенности построения алгоритмов решения систем уравнений математического описания процессов и аппаратов и соответствующих программных модулей для расчета ХТС.

Использование эмпирико-статистических моделей в составе математических описании аппаратов и узлов ХТС. Оценка параметров эмпирических моделей статистическими методами.


42

Тема 4. Оптимизация химико-технологических и биохимических систем очистки промышленных выбросов и стоков

Общая постановка задачи оптимизации. Конструктивно-технологические и экономические критерии оптимизации. Однопараметрическая и многопараметрическая оптимизация. Особенности постановки оптимизационных задач для систем очистки промышленных выбросов.

Применение методы оптимизации функции одной и нескольких переменных без ограничений (методы, не использующие вычисление производных, градиентные методы, квазиньютоновские методы и др.). Методы оптимизации функции многих переменных с ограничениями линейными и нелинейными (метод штрафных и барьерных функций, метод множителей Лагранжа).

Подход к постановке и реализации задач динамической оптимизации технологических систем очистки промышленных сточных вод в условиях непостоянства расходов входных потоков. Экспериментально-статистический метод оптимизации.


30

Заключение.Основные направления исследований в области моделирования, оптимизации и управления процессами очистки промышленных выбросов и утилизации отходов.


4

Всего:

132




  1. Тематический план




    1. Лекции

Номера изучаемых тем

Очное

Обучение

Очно-заочное (вечернее) обучение

Заочное

обучение

Номер семестра

Объем,

час.

Номер семестра

Объем,

час.

Номер семестра

Объем,

час.

Введение

8

2

-

-

-

-

1

8

4

-

-

-

-

2

8

4

-

-

-

-

3

8

20

-

-

-

-

4

8

3

-

-

-

-

Заключение

8

1

-

-

-

-

Всего:




34
















    1. Практические (семинарские) занятия

Номера изучаемых тем

Наименование практических

Занятий

Очное

обучение

Очно-заочное (вечернее) обучение

Заочное

обучение

Номер

семестра

Объем,

час.

Номер

семестра

Объем,

час.

Номер

семестра

Объем,

час.

2

Матричный метод расчета ХТС

8

4













2

Структурный анализ ХТС

8

5













2

Расчет ХТС с помощью моделирующей программы

8

4













3

Моделирование и расчет элементов ХТС

8

4













Всего:







17
















    1. Лабораторные занятия

Номера изучаемых тем

Наименование лабораторных

Занятий

Очное

обучение

Очно-заочное (вечернее) обучение

Заочное

обучение

Номер

семестра

Объем,

час.

Номер

семестра

Объем,

час.

Номер

семестра

Объем,

час.

3

Моделирование гидравлических систем.

8

4













3

Типовые модели структуры потоков в технологических аппаратах. Определение параметров моделей

8

4













3.4

Математическое моделирование и расчет систем очистки газовых выбросов физико-химическими методами

8

4













3,4

Математическое моделирование и расчет систем очистки стоков физико-химическими методами

8

5













Всего:







17














4. Курсовое проектирование

Курсовая работа выполняется студентами по индивидуальному заданию. Главной целью курсовой работы является привитие студентам навыков самостоятельной постановки и реализации задачи математического моделирования как отдельного аппарата, так и химико-технологической системы в целом.

Содержание типовой работы – расчет замкнутой ХТС различными методами и составление математического описания аппарата и модуля расчета его по полученной модели. Выбор способа реализации модуля (язык программирования, автоматизированная среда моделирования и расчета) – по желанию студента.

Примерный объем в страницах – 20 стр., включая тексты разработанных программ и распечатки результатов расчета по контрольным примерам. Предполагается оформление пояснительной записки посредством текстовых процессоров типа Word, выбор программных средств для реализации моделей производится студентом, рекомендуемые пакеты – Turbo Pascal, Delphi, MathCAD.

5. Дополнительные Формы контроля и закрепления знаний и навыков студентов

Номера тем, по которым проводится контроль

Форма

контроля

знаний

Очное

обучение

Очно-заочное (вечернее) обучение

Заочное

обучение

Номер

семестра

Колич.

Номер

семестра

Колич.

Номер

семестра

Колич.

1-4

Зачет

8

1

-

-

-

-

1-4

Коллоквиум

8

2

-

-

-

-

1-4

Защита лабораторных работ

8

4

-

-

-

-

1-3

Курсовая работа

8

1

-

-

-

-

1-4

Зачет

8




-

-

-

-

6. Самостоятельная работа студента


Виды

самостоятельной

работы студента

Очное

Обучение

Очно-заочное (вечернее) обучение

Заочное

обучение

Номер семестра

Объем, час.

Номер семестра

Объем, час.

Номер семестра

Объем, час.

Усвоение теоретического материала по дисциплине

8

10

-

-

-

-

Подготовка к практическим и лабораторным занятиям

8

10

-

-

-

-

Выполнение домашних заданий

8

4

-

-

-

-

Подготовка к зачетам и экзаменам

8

4

-

-

-

-

Выполнение курсовых проектов (работ)

8

30

-

-

-

-

Выполнение учебно- или научно- исследовательских работ




4













Всего:




62













Доля самостоятельной работы студента в % от общего объема работы





47














7. Учебно-методические материалы по дисциплине


7.1. Перечень основной и дополнительной литературы


а) основная литература

1. Гартман Т. Н. Клушин Д. В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. – М.:ИКЦ, Академкнига, 2006.-416 С.

2. Кичигин В. И. Моделирование процессов очистки воды. – М.:АСВ, 2003.-230 С.

3. Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических производств. – М.: Химия, 1982.

4. Гордин И.В., Манусова Н.Б., Смирнов Д.Н. Оптимизация химико-технологических систем очистки промышленных сточных вод.– Л.: Химия, 1977.

5. Островский Г.М., Бережинский Т.А. Оптимизация химико-технологических процессов. Теория и практика.– М.: Химия, 1984.

6. Гордин И.В. Технологические системы водообработки. Динамическая оптимизация.– Л.: Химия, 1987.

7. Кузичкин Н.В., Саутин С.Н., Пунин Л.Е. и др. Методы и средства автоматизированного расчета химико-технологических систем. Л., "Химия", 1987.– 150 с.


б) дополнительная литература

8. Терещенко Л.Я., Багров И.В., Бусыгин Н.Ю. Применение ЭВМ в технологии химических волокон и отделочном производстве. С.-Петербург: Изд-во СПбГУ, 1993. – 259 с.

9. Бусыгин Н.Ю., Багров И.В. Системный анализ химико-технологических процессов.– СПб: СПГУТД, 2002.– 144 с.

10. Багров И.В. Модели технологических процессов и их реализация на ПЭВМ: Учебное пособие.– СПб: СПГУТД, 2002. –240 с.


7.2. Перечень демонстрационных материалов и технических средств обеспечения освоения дисциплины

1. Компьютерный класс

2. Проектор.

3. Комплекс программных продуктов, использующий стандартные общедоступные программные средства: MathCad, Excel.

4. Интернет-ресурсы: www.rambler.ru, www.yandex.ru, www.google.ru, www.yahoo.ru .

5. Электронные учебные материалы, выставленные на сервере http://eco.sutd.ru/


8. Протокол согласования рабочей программы


Наименование дисциплин, изучение которых базируется на знаниях студентов по данной дисциплине

Наименование кафедр, обеспечивающих учебный процесс по указанным в ст. 1 дисциплинам

Предложения и замечания по содержанию рабочей программы


Зав. кафедрой,

указанной в ст. 2

(ФИО, подпись, дата)

1

2

3

4

Выпускная квалификационная работа

Кафедра ИХ и ПЭ




Зав. Кафедрой, д.т. н. профессор

В.П.Панов


о внесении дополнений и изменений

в Рабочую программу*


по ___________________________________________________________________________

(наименование дисциплины)


для направления (специальности) ________________________________________________

(код и наименование направления или специальности)


кафедра________________________________________________

(наименование кафедры)

В рабочую программу,

составленную на основании рабочего учебного плана № ______________ (20___ г.)

вносятся следующие дополнения (изменения):

  • в раздел 1: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

  • в раздел 2: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


и т.д.


Дополнения (изменения) приняты на заседании кафедры «_____» _____________ 20___ г.


Зав. кафедрой _________________________________________________________________

(наименование кафедры, ФИО заведующего, подпись)


СОГЛАСОВАНИЕ:


_____________________________________________________________________________

(наименование факультета или института, осуществляющего подготовку выпускников

по соответствующему направлению или специальности)


Декан факультета (директор института)___________________________________________

(ФИО декана или директора, подпись)


Учебно-методический отдел _____________________________________________________

(должность сотрудника отдела, ФИО, подпись)


* - изменения и дополнения по объемам работы и формам итогового контроля принимаются ежегодно с 1 по 31 января (на следующий учебный год); изменения и дополнения по содержательной части программы принимаются ежегодно с 1 по 31 мая (на следующий учебный год).


Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconФедеральная целевая программа "Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники" на 2008 2015 годы паспор тфедеральной целевой программы
Федеральное агентство по промышленности, Федеральное агентство по атомной энергии, Федеральное космическое агентство, Федеральное...

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской федерации федеральное агентство по образованию

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Центр социологических исследований
Ключарев Григорий Артурович, Пахомова Елена Ивановна, Трофимова Ирина Николаевна. Молодежь группы риска: от наказания к профилактике....

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconМинистерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconМинистерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconМинистерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconМинистерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию iconМинистерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница