Математичне моделювання об'єктів хімічних технологій

Мета вивчення дисципліни: сталий розвиток загальних та спеціальних компетентностей слухачів курсу, надати фундаментальні та прикладні знання в галузі фундаментального математичного моделювання з використанням комп’ютерних та мережевих технологій у хімічній галузі які вкрай необхідні майбутньому фахівцю у повсякденній професійній діяльності, засвоєння теорії та практики застосування широкого кола методів цифровізації з використанням досвіду американської арагонської національної лабораторії (Argonne National Laboratory, www.anl.gov), та створити умови для практичного занурення слухачів курсу у інформаційні та мережеві технології, які використовуються для навчального і науково-впроваджувального процесів у інституті Хімічних технологій та фармації Національного університету “Одеська політехніка”.
Практичне значення та використання отриманих знань: опанування досвіду впевненого орієнтування у фундаментальній теоретичній базі з основ сучасного математичного моделювання об'єктів хімічної технології та практичного використання цифрових стратегій до виконання цифрового прототипування математичних моделей об’єктів хімічних технологій. Здобуття, на множинних практичних прикладів лабораторного циклу, професійних навичок проведення повного циклу моделювання: об'єкт-модель-база знань-об'єкт-уточнена модель. Отримання стійких навичок з економічної, інформаційної, аналітичної та презентаційної практики моделювання у хімічній технології як пріоритетної складової конкурентної переваги майбутнього фахівця-технолога. Опанування навичками самостійної роботи з цифровими матеріалами у системі дистанційної підтримки навчального процесу та вільного створення віртуального робочого простору для захищеної командної безпаперової роботи над проектом за допомогою засвоєних на курсі сучасних хмарних сервісів з використанням корпоративних можливостей домену stud.op.edu.ua, студентських ліцензій на цифрові продукти та внутрішніх цифрових ресурсів iXTF Labs;
Тематика та види навчальних занять

Лекційні заняття
Лекція 1. “Вступ до курсу та його цифрових інструментів. Введення в теорію моделювання: базова термінологія, класифікація моделей та видів сучасного моделювання, стратегії та алгоритми моделювання.
Лекція 2. “Фізичне моделювання, теорія фізичної подоби, особливості реалізації у напрямку хімічних технологій”.
Лекція 3. “Математичне моделювання. Базова термінологія та етапи системного аналізу з використанням ОЕМ. Переваги математичного моделювання у хімічних технологіях.”.
Лекція 4. “Методи побудови математичної моделі, дослідження математичної моделі. Обчислювальний експеримент”.
Лекція 5. “Побудова математичних моделей хімічних реакторів: загальні стратегії та принципи. Етапи створення математичної моделі реактора. Модель реактора ідеального змішування (PIЗ) для опису стаціонарного режиму i для випадку протікання кількох реакцій”.
Лекція 6. “Дослідження моделі PIЗ. Класифікація параметрів моделі PIЗ. Безрозмірні комплекси, фізичне значення та практичний сенс використання у дослідженні математичних моделей.”.
Лекція 7. “Рівняння математичного опису реактора ідеального витіснення (PIB). Математична модель PIB. Дослідження PIB. Порівняльна характеристика моделей PIЗ i PIB”.
Лекція 8. “Рівняння математичного опису каскаду реакторів - осередкова модель. Побудова та аналіз моделі. Особливості використання. Методи визначення необхідної кількості реакторів у каскаді”.
Лекція 9. “Рівняння математичного опису ондо- та двопараметричної дифузійних моделей. Характеристики використання на прикладі застосунка COMPLEX”.
Лекція 10. “Рівні будування математичної моделі реактору. Побудова двофазної математичної моделі процесу у шарі каталізатора. Особливості протікання каталітичного процесу”.
Лекція 11. “Опис математичної моделі процесу в реакторі с киплячим шаром каталізатора, особливості моделювання протікання каталітичного процесу”.
Лекція 12. “Математичні моделі та аналіз процесів ректифікації. Побудова математичної моделі ректифікаційної колони. Алгоритми рішення отриманої моделі”.
Лекція 13. “Побудова моделі й аналіз процесів екстракції. Приклади проведення досліджень”.
Лекція 14. “Стійкість реакторних схем: основні визначення, методи дослідження. Стійкість стаціонарних режимів роботи PIC. QT-діаграми, алгоритм побудови та основні параметри”.
Лекція 15. “Огляд реалізації сучасних платформ кібер-хімічних досліджень та перспективи розвитку цифрового прототипування у хімічних технологіях”.

Лабораторні заняття
Кожна лабораторна в курсі виконується чотири академічних години і містить фазу ознайомлення з теоретичними відомостями, фазу підготування даних до моделювання або математичного експерименту, фазу обробки отриманих результатів, фазу створення та захисту протоколу.
Лабораторне заняття №1-2. “Вступ до ведення лабораторного курсу. Вступний інструктаж. Моделювання процесу газоочищення однокомпонентної шкідливої суміші у реакторі з адіабатичним шаром каталізатора з використанням моделі ідеального витіснення за допомогою прикладного застосунку GAZO”.
Мета заняття: надати практичні навички використання прикладного програмного забезпечення лабораторії iXTF Labs до прикладних задач з моделювання та обробки даних.
Лабораторне заняття №3-4. “Моделювання реактора каталітичного очищення багатокомпонентної суміші промислових газових викидів за допомогою прикладного застосунку GAZO”.
Мета заняття: опанувати на практичному досвіді стратегії підготовки даних та обрання оптимальних рішень при проведені математичних експериментів з моделлю.
Лабораторне заняття №5-6. “Розрахунок параметрів роботи адіабатичного шару каталізатора по спрощеної моделі”.
Мета заняття: Отримати стратегію опрацювання технічного завдання до моделювання складної багатостадійної задачі з моделювання технологічного обладнання.
Лабораторне заняття №7-8. “Моделювання каталітичного реактора процесу окиснення метанолу у формальдегід в реакторі з адіабатичними шарами каталізатора за допомогою прикладного застосунку COMPLEX”.
Мета заняття: Отримання практичних навичок проведення повного циклу вирішення задачі моделювання хіміко-технологічного обладнання за допомогою прикладного застосунку.
Лабораторне заняття №9-10. “Моделювання трубчастого каталітичного реактора для процесу окиснення метанолу у формальдегід за допомогою прикладного застосунку COMPLEX”.
Мета заняття: Опрацювання стратегії досягнення результату моделювання складного каталітичного процесу у умовах екзотермічного протікання реакції високої інтенсивності.
Лабораторне заняття №11-12. “Моделювання комбінованого каталітичного реактора за допомогою прикладного застосунку COMPLEX”.
Мета заняття: Надати практичних навичок синтезу математичних моделей складного хіміко-технологічного обладнання як взаємозалежних більш простих моделей його складових.
Лабораторне заняття №13-14. “Розрахунок кожухотрубчастих теплообмінників за допомогою прикладних програмних комплексів iXTF Labs”.
Мета заняття: Практичне застосування прикладного програмного забезпечення лабораторії iXTF Labs до моделювання характеристик технологічного обладнання та визначення оптимальних режимів його функціювання.

Консультації

Консультації за питаннями курсу та активностях здобувачів на курсі здійснюються впродовж семестру згідно встановленого розкладу, та додатково у рамках встановленої на курсі методології командного спілкування та проектної комунікації у цифровому інструментарії по запитах команди та індивідуальним запитам здобувачів. Інструментарієм підтримки консультацій є практично всі цифрові інструменти за курсом, онлайн консультації за запитом, форуми та Q&A сесії, а також очне спілкування на кафедрі та у лабораторії iXTF Labs.

Індивідуальна робота
Не передбачено.

Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Поточний контроль полягає у виконанні:
1) лабораторних робіт, бездоганне виконання яких сумарно оцінюється у 42 бала. Кожна з лабораторних робіт поділяється на 3 етапи, кожний з яких оцінюється окремо:
– опрацювання завдання до роботи, підготовка теоретичної та програмної частин, створення протоколу та відповідь на контрольні запитання – 2 балів;
– виконання експериментально-дослідної та розрахунково-інфографічної частин лабораторних робіт – 2 балів;
– активна презентація роботи та захист протоколів – 2 балів.
2) двох модульних контрольних робіт. Кожна модульна контрольна робота складається з теоретичної (5 запитань) і практичної частин (1 задача) та виконуються у письмовій формі. Відповідь на кожне теоретичне питання оцінюється максимум 4 балами. Правильне розв’язання задачі оцінюється в 9 балів. Бездоганне виконання двох модульних контрольних робіт становить 58 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Максимальна оцінка, яку може отримати здобувач – 100 балів. Мінімальна оцінка, яка дозволяє здобувачу отримати доступ до екзамену становить
60 балів.