Российской Федерации Федеральное агентство по образованию




Скачать 243.41 Kb.
НазваниеРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию
Дата конвертации03.03.2013
Размер243.41 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

176

-

-

Аудиторные занятия

119

-

-

Лекции

51

-

-

Лабораторные занятия




-

-

Практические занятия

68

-

-

Самостоятельная работа

57

-

-

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: к. т. н., проф. Бусыгин Н. Ю. ______________

(должность, ФИО, подпись)


Рабочая программа принята на заседании кафедры «10» февраля 2009 г.


Зав. кафедрой ИХПЭ д. т. н., проф. Панов В. П. _____________

(наименование кафедры, ФИО заведующего, подпись)


СОГЛАСОВАНИЕ:


Факультет прикладной химии и промышленной экологии

(наименование факультета или института, осуществляющего подготовку выпускников

по соответствующему направлению или специальности)


Декан факультета д. х. н., проф. Н. П. Новоселов ______________

(ФИО декана или директора, подпись)


Учебно-методический отдел ________________

подпись)


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, 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 задач исследования объектов, где невозможно проводить активные 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 компьютерах.

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.

Практические занятия 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 практических 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, занимающегося моделированием этих систем, требуется четкое представление о сущности физико-химических явлений, протекающих в объекте исследования, а также умение математически описывать процессы и применять методы компьютерного моделирования.


2. Содержание дисциплины


2.1. Выписка из государственных образовательных стандартов

Дисциплина «Моделирование и оптимизация инженерной защиты окружающей среды» относится к дисциплинам специализации и государственным стандартом не предусмотрена.


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 утилизации и обезвреживания отходов. Модели и их классификация. Современные компьютеры – техническая база для решения задач моделирования и исследования химико-технологических и биохимических процессов. Экономическая и социальная значимость сохранения биосферы и роль методов математического моделирования и оптимизации в решении экологических проблем.

4

Тема 1. Химико-технологические системы (ХТС) очистки и обезвреживания отходов как объекты математического моделирования

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

Химико-технологические системы. Свойства ХТС. Иерархия ХТС. Примеры ХТС. Классификация ХТС. Обоснование необходимости расчета ХТС в целом при проектировании и исследовании производственных систем. Понятие об анализе и синтезе ХТС.

Обзор методов расчета разомкнутых и замкнутых систем. Интегральные и декомпозиционные методы. Применимость методов, их достоинства и недостатки.

Структурный анализ сложных замкнутых ХТС и итерационные методы расчета. 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 потоков, алгоритмы его определения. Глобальные и локальные итерационные блоки. Алгоритм выбора окончательной последовательности расчета ХТС. Реализация итерационного метода.

Автоматизированные системы расчета ХТС с помощью моделирующих программ.

Библиотеки программных модулей расчета типовых аппаратов систем очистки и обезвреживания отходов для использования их как для расчета отдельных элементов, так и ХТС в целом.

50

Тема 2. Феноменологические математические модели элементов ХТС очистки и обезвреживания отходов

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 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 и сбросов. Моделирование процесса разбавления сбросов в водотоках в аварийных ситуациях.

Математическое моделирование химических и биохимических процессов обезвреживания стоков.

Математическое описание основных физических и физико-химических процессов и установок для защиты воздушного бассейна от загрязнения промышленными выбросами. Моделирование процесса рассеивания газовых выбросов в атмосфере.

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

73

Тема 3. Эмпирико-статистические математические модели и их место в исследовании технологических процессов

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

Математические основы планирования эксперимента и обработки результатов наблюдений.

26

Тема 4. Оптимизация химико-технологических и биохимических систем водоподготовки и очистки промышленных сбросов

Особенности постановки оптимизационных задач для систем очистки промышленных выбросов и сбросов. Конструктивно-технологические и экономические критерии оптимизации.

Краткий обзор методов оптимизации функции одной и нескольких переменных (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.

24

Заключение

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

2

Всего:

179




  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

7

2

-

-

-

-

1

7

10

-

-

-

-

2

7, 8

22

-

-

-

-

3

8

8

-

-

-

-

4

8

8

-

-

-

-

Заключение

8

1

-

-

-

-

Всего:




51
















    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.

Введение

Математические пакеты и среды разработки программ для ПЗ

7

2













1

Расчет потоков в разомкнутых ХТС

7

2













1

Интегральные методы расчета замкнутых ХТС

7

4













1

Декомпозиционные методы расчета сложных ХТС

7

4













1

Моделирующая программа для сложных ХТС

7

2













2

Моделирование гидравлических систем

7

4













2

Моделирование кинетики химических и биохимических процессов

7,8

4













2

Типовые модели структуры потоков в технологических аппаратах.

8

2













2

Определение параметров гидродинамических моделей

8

4













2

Влияние принятой гидродинамической модели на структуру математического описания аппарата

8

2













2

Построение и реализация математической модели аппарата

8

2













2

Модели химических реакторов

8

4













2

Моделирование процессов теплопередачи

8

8













2

Расчет рассеивания газовых выбросов

8

4













2

Расчет разбавления сбросов в водотоках

8

4













3

Эмпирические математические модели: получение статистическими методами

8

4













3

Планирование эксперимента и обработка результатов

8

4













4

Применение методов многопараметрической оптимизации для выбора наилучших режимов работы аппаратов и технологических схем

8

8













Всего:







68
















    1. Лабораторные занятия

Учебным планом не предусмотрены.


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. Предполагается оформление пояснительной записки посредством текстового процессора MS 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

7, 8

2

-

-

-

-

1-4

Защита отчетов по индивидуальным заданиям

7, 8

12

-

-

-

-

1-3

Курсовая работа

8

1

-

-

-

-


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

7, 8

10

-

-

-

-

Подготовка к практическим и лабораторным занятиям

7, 8

13

-

-

-

-

Подготовка к зачетам и экзаменам

7, 8

4

-

-

-

-

Выполнение курсовых проектов (работ)

7, 8

30

-

-

-

-

Всего:




57













Доля самостоятельной работы студента в % от общего объема работы





32














7. Учебно-методические материалы по дисциплине


7.1. Перечень основной и дополнительной литературы


а) основная литература

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

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

3. Панов, В.П. Теоретические основы защиты окружающей среды / В.П. Панов, Ю.А. Нифонтов, А.В. Панин. М. Академия, 2008 г. – 320 с.

4. Бусыгин, Н. Ю. Системный анализ технологических процессов. Автоматизи-рованный расчет сложных химико-технологических систем / Н. Ю. Бусыгин, И. В. Багров. – СПб.: СПГУТД, 2002.– 142 с.

5. Багров, И. В. Модели технологических процессов и их реализация на ПЭВМ. – СПб.: СПГУТД, 2002.– 239 с.

6. Кафаров, В. В. Принципы создания безотходных химических производств. – М.: Химия, 1982.– 487 с.


б) дополнительная литература

7. Бусыгин, Н.Ю. Автоматизированные системы химических расчетов: решение задач в среде Mathcad [Электронный ресурс]: учебное пособие (58 Мб).– СПб.: СПГУТД, 2009.– 1 электрон. опт. диск (CD ROM).

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

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

10. Журнал «Экология и промышленность России»,

11. Журнал «Экологическая химия»,

12. Журнал «Экология и жизнь»,

13. Отраслевые журналы «Известия вузов», «Экология производств», «Журнал прикладной химии».


7.2. Перечень демонстрационных материалов и технических средств обеспечения освоения дисциплины

1. Компьютерный класс.

2. Мультимедийное оборудование: проектор, экран, ноутбук и др..

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

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

5. Интернет-ресурсы: образовательные порталы, поисковые системы и пр.


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 Панов В. П.


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