Применение эвм в химической технологии реферат
Обновлено: 05.07.2024
Название курса – “Математическое моделирование и применение ЭВМ, или ПК, в химической технологии”.
Объектами изучения данного курса являются процессы и аппараты химической технологии.
Процессы химической технологии представляют собой физико-химические системы, которые характеризуются сложным взаимодействием фаз и компонентов. В ходе протекания технологических процессов в каждой точке фаз и на границе их раздела происходит перенос импульса, энергии или массы. Процессы химической технологии протекают в аппаратах, имеющих конкретные геометрические характеристики, которые в свою очередь, оказывают значимое влияние на течение процесса.
Для изучения различных физико-химических процессов, проверки научных гипотез и получения экспериментального материала издавна использовалось моделирование реальных объектов.
Моделированием называют исследование объекта путем создания и изучения его модели.
Моделирование является методом изучения объектов, при котором вместо объекта–оригинала исследование проводят на модели, а результаты исследования распространяют на объект–оригинал.
Различают два основных типа моделей – физические модели и математические модели. Соответственно, различают два метода моделирования: физическое и математическое.
Физическая модель чаще всего представляет собой копию объекта–оригинала, сохраняющую физическую природу протекающих в исследуемом объекте процессов и выполненную в увеличенном или уменьшенном масштабе.
При применении метода физического моделирования должны выполняться два основных требования:
1. Эксперимент, проводимый на модели должен быть проще, экономичнее или безопаснее, эксперимента, проводимого на объекте–оригинале.
2. Должны быть известны закономерности, связывающие модель и объект–оригинал.
Для объектов химической технологии такими закономерностями являются определённые соотношения, называемые критериями подобия: критерии Рейнольдса, Прандтля, Архимеда и т.д.
Согласно теории подобия необходимое физическое подобие модели и объекта обеспечивается при равенстве всех однотипных определяющих критериев подобия.
Если количество рассматриваемых при изучении объекта явлений велико, то соответственно увеличивается необходимое количество определяющих критериев подобия. В таком случае бывает практически невозможно обеспечить равенство значений всех определяющих критериев модели и объекта исследования, т.е. практически невозможно достичь физического подобия.
Отсюда следует, что возможности физического моделирования, основанного на теории подобия, существенно ограничены сложностью изучаемого объекта.
Для объектов, в которых физическое моделирование ограничено трудностями исследования, опасностью экспериментов, техническими сложностями или дороговизной создания физических моделей, используют математическое моделирование.
Математическая модель описывает процессы, происходящие в реальном объекте в символьном виде, т.е. в виде математических выражений.
Изучение объекта методом математического моделирования заключается в решении системы уравнений математического описания объекта.
Существуют различные виды математических моделей, которые можно условно классифицировать по следующим признакам:
Значимость аналитической химии для цивилизованного индустриального общества не вызывает сомнений. От уровня развития химического анализа, оснащенности лабораторий приборами и методами анализа в значительной степени зависит прогресс многих наук и технологий, безопасность и здоровье людей. Химический анализ служит средством контроля производства и качества продукции во многих отраслях народного хозяйства - начиная от металлургии и заканчивая производством парфюмерно-косметической продукции. Разведка полезных ископаемых и мониторинг окружающей среды также базируются на результатах химического анализа.
Оглавление
Введение.
Автоматизация в аналитической химии.
Приборы используемы в лабораториях.
Рентгено - флуоресцентный спектрометр с волновой дисперсией.
Анализатор вольтамперометрический "Экотест-ВА".
Анализатор вольтамперометрический АКВ-07МК.
Портативный кондуктометр SG7 с датчиком УЭП InLab737 IP67.
Автоматический потенциометрический титратор AutoTrate 02.
Заключение.
Список литературы.
Файлы: 1 файл
Третьяковой Екатрениы ИЭФ36.doc
Министерство образования Российской Федерации
Уральский Государственный Лесотехнический Университет
Кафедра общей и аналитической химии
На тему: Применение ЭВМ в аналитической химии.
Содержание.
Автоматизация в аналитической химии.
Приборы используемы в лабораториях.
Рентгено - флуоресцентный спектрометр с волновой дисперсией.
Анализатор вольтамперометрический "Экотест-ВА".
Анализатор вольтамперометрический АКВ-07МК.
Портативный кондуктометр SG7 с датчиком УЭП InLab737 IP67.
Автоматический потенциометрический титратор AutoTrate 02.
Введение.
Значимость аналитической химии для цивилизованного индустриального общества не вызывает сомнений. От уровня развития химического анализа, оснащенности лабораторий приборами и методами анализа в значительной степени зависит прогресс многих наук и технологий, безопасность и здоровье людей. Химический анализ служит средством контроля производства и качества продукции во многих отраслях народного хозяйства - начиная от металлургии и заканчивая производством парфюмерно-косметической продукции. Разведка полезных ископаемых и мониторинг окружающей среды также базируются на результатах химического анализа.
Основная часть химических анализов выполняется в стационарных лабораториях. Приборный парк стационарных лабораторий можно считать обеспеченным разнообразным оборудованием, реализующим большое количество методов.
Внедрение в практику аналитических лабораторий инструментальных методов анализа привело к более широкому использованию ЭВМ, которые применяются в качестве основной части приборов и измерительных устройств, а также для решения многих теоретических и практических задач.
Цель работы: рассмотреть значение применения ЭВМ для химического анализа, и ознакомиться с некоторыми современными приборами.
Автоматизация в аналитической химии.
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, наука об определении химического состава веществ и, в некоторой степени, химического строения соединений. Аналитическая химия развивает общие теоретические основы химического анализа, разрабатывает методы определения компонентов изучаемого образца, решает задачи анализа конкретных объектов.
Основная цель аналитической химии - обеспечить в зависимости от поставленной задачи точность, высокую чувствительность, экспрессность и (или) избирательность анализа. Разрабатываются методы, позволяющие анализировать микрообъекты, проводить локальный анализ, анализ без разрушения образца на расстоянии от него (дистанционный анализ), непрерывный анализ, а также устанавливать, в виде какого химического соединения и в составе какой фазы существует в образце определяемый компонент. Важные тенденции развития аналитической химии - автоматизация анализов, особенно при контроле технологических процессов, в частности широкое использование ЭВМ.
Автоматизация – создание кибернетических машин, выполняющих по определённой программе ряд операций (поступление пробы – анализ – результаты анализа)
Внедрение в практику аналитических лабораторий инструментальных методов анализа привело к более широкому использованию ЭВМ, которые применяются в качестве основной части приборов и измерительных устройств, а также для решения многих теоретических и практических задач.
Экспрессность анализа и улучшение контроля производственных процессов полностью зависят от автоматизации и механизации работ в заводских лабораториях. Следует автоматизировать как сам анализ, так и подготовку к нему (так называемые подсобные лабораторные работы – отбор проб, растворение, кипячение и т.д.).
Приборы используемы в лабораториях.
Рентгено - флуоресцентный спектрометр с волновой дисперсией.
Рентгено-флуоресцентный спектрометр с волновой дисперсией фирмы "BRUKER AXS" (Германия)
Позволяет проводить количественный химический анализ большинства элементов Периодической системы, начиная с кислорода. Имеется возможность проведения полуколичественного анализа без использования стандартных образцов. Проба может быть как в твердом, так и жидком состоянии. Диапазоны массовых концентраций, определяемых на данном оборудовании - от сотых долей до 10 - 30 % в зависимости от анализируемого элемента. Погрешность определения обратно пропорциональна концентрации и составляет от 2 % отн. для массовых содержаний 10-20 % до 30-40 % отн. для массовых содержаний 0,01-0,05%.
Применяются как в научно-исследовательских лабораториях, так и в различных отраслях промышленности (металлургия, электроника, химия, фармацевтика, энергетика, геология и т.д.), а также в экологии и криминалистике. Диапазон определяемых элементов от бериллия до урана.
Анализатор вольтамперометрический "Экотест-ВА".
Это современный, портативный многофункциональный центр для проведения количественного и качественного анализа, а также - различных электрохимических исследований.
Он предназначен для измерения микроколичеств тяжелых металлов, токсичных органических и неорганических веществ на уровне значений ПДК и ниже в питьевых, природных, сточных, морских водах, пищевых продуктах и продовольственном сырье, кормах, напитках, почвах, в воздухе рабочей зоны, лекарственных препаратах и в других объектах анализа методами полярографии и вольтамперометрии.
Является экономичной альтернативой таким методам анализа как AAS и ICP.
Определяемые компоненты: тяжелые металлы: (Cu2+, Pb2+, Cd2+, Zn2+, Ni2+, Co2+, Bi3+, Mn2+, Hg2+, Cr3+, Cr6+, Mo6+), а также йод, селен, мышьяк, метанол, диэтиленгликоль, ацетальдегид, формальдегид и другие электроактивные органические и неорганические вещества[8].
полностью заменяет 3-х-электродную ячейку
создает стабильные условия для измерений
диапазон измерения Cd2+ и Pb2+ от 0,1 мкг/дм3
погрешность измерения не превышает 10%
подходит для анализа морской воды.
Принцип работы прибора: Для измерения используется 3-х электродная система, состоящая из рабочего электрода, электрода сравнения (Ag/ AgCl / KCl 3M) и вспомогательного электрода.
На поверхности рабочего электрода происходит процесс окисления или восстановления. Набор данных интерпретируется вольтамперными кривыми, называемые вольтаммограммами, эти кривые дают как количественную, так и качественную информацию об измеряемом растворе. Эта методика используется, главным образом, для определения растворенных веществ, которые могут быть относительно легко окислены или восстановлены.
Анализатор вольтамперометрический АКВ-07МК.
Анализатор вольтамперометрический с твердотельным электродом АКВ-07МК - современный микропроцессорный прибор, предназначен для качественного и количественного анализа различных объектов на содержание ионов тяжелых металлов и токсичных элементов: Cd, Pb, Zn, Cu, Bi, Ti, Ag, Co, Ni, Sn, Se, Fe, Hg, As, Sb и др.
Объекты исследования: вода, воздух, почва, биологические объекты, продукция и сырьё различных отраслей промышленности (пищевая продукция, напитки, посуда, игрушки, стекло, керамика, парфюмерно-косметическая продукция, комбикорма, фарм- и ветпрепараты, лекарственное сырьё, высокочистые вещества, минеральное сырьё, продукция чёрной и цветной металлургии).
Анализатор вольтамперометрический АКВ-07МК по своим техническим и метрологическим характеристикам не уступает зарубежным аналогам. Методическое, программное и техническое обеспечение адаптировано к решению различных задач контроля качества.
Применение в конструкции вращающихся твердотельных электродов, исключающих использование ртути и газов и предварительную подготовку;
Возможность определения нескольких элементов одновременно в одной пробе;
Подключение анализатора АКВ к компьютеру обеспечивает автоматизацию процедуры измерений (от задания условий измерения в соответствии с выбранной методикой до полной обработки результатов.
В память компьютера введены стандартные методики выполнения измерений.
Портативный кондуктометр SG7 с датчиком УЭП InLab737 IP67.
Кондуктометр Seven GoPRO SG7 — профессиональный кондуктометр для анализов технологических сред, растворов, очищенных вод в лаборатории
и на производстве. Кондуктометр позволяет проводить измерения по стандартам GLP и USP.
Принцип работы: прибор основан на измерении удельного сопротивления или удельной проводимости, которые используются для контроля качества воды, конденсата или пара. Главным назначением кондуктометров является анализ свойств и качества воды, ее пригодность для хозяйственного употребления. С помощью электропроводности возможно косвенно оценить электрохимический состав воды и сопоставить его с параметрами среды, благоприятной для развития живых организмов.
Автоматический потенциометрический титратор AutoTrate 02.
AutoTrate-02 — это удобный малогабаритный титратор, который предназначен для автоматического потенциометрического титрования. Данные титраторы применяются для дискретного и непрерывного дозирования заданных объемов жидкости при проведении титрования для выполнении лабораторных исследований, в том числе производственных, экологических, санитарно-гигиенических, медицинских и бактериологических.
Устройства применяются в лабораториях различных отраслей промышленности (например, пищевой и химической), сельского хозяйства и охраны окружающей среды,
производственных отделах аптек, центрах и отделах контроля качества лекарственных средств и других лабораториях биомедицинского профиля.
Принцип работы титратора AutoTrate 02 заключается в автоматическом периодическом перезаполнении стеклянного шприца требуемым объемом титрующей жидкости (титранта).
При заполнении устройства титрант из емкости попадает в цилиндр шприца через пластиковую трубку и входной клапан. Затем, при смене направления перемещения поршня шприца на противоположное, жидкость перемещается из цилиндра через выходной клапан и сливной носик в приемную емкость. Привод поршня шприца титраторов осуществляется шаговым двигателем, управляемым электронным блоком со встроенным программным обеспечением. При этом на ЖК-дисплее устройства, в зависимости от его модификации, может быть отображено: значение объема дозируемой жидкости, текущее значение pH, текущее значение потенциала, показаны кривые титрования и т. п.
Прибор имеет интуитивно понятный интерфейс на русском и английском языках.
Поддерживает протокол отчета в соответствие со стандартом GLP.
В прибор внесены готовые методы титрования, кроме того, есть широкие возможность создания пользовательских методов.
ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ. Доцент каф. ХТТ и ХК Мойзес О.Е. Кибернетика. Стратегия. Средство. Метод. Предмет. математическое. системный анализ. системы. ЭВМ. моделирование.
ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Presentation Transcript
ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ Доцент каф. ХТТ и ХК Мойзес О.Е.
Кибернетика Стратегия Средство Метод Предмет математическое системный анализ системы ЭВМ моделирование
Моделирование- это исследование процессов на моделях с целью предсказания результатов их протекания в аппаратах заданной конструкции любых размеров. Математическое моделирование- это метод исследования процессов на математических моделях, с целью выдачи рекомендаций об эффективном функционировании данного процесса. Модель- это некоторый объект, который отличается от оригинала, т.е. от реального объекта всеми признаками, кроме тех, которые необходимо определить. Физические модели Математические модели
Моделирование процессов состоит из нескольких этапов: • Идентификация объекта, т.е. разработка математического описания. • Разработка алгоритма моделирования и выбор решения для данного математического описания. • Разработка программы расчёта и выполнение расчётов на ЭВМ. • проверка адекватности (соответствия) математической модели на основании экспериментальных данных и адаптация модели к реальным условиям. • Интерпретация результатов расчётов и выдача рекомендаций по практической реализации исследуемого процесса. • В целом процесс моделирования сводится к переработке входной информации в • выходную и установлению вида математической зависимости между входными и • выходными параметрами.
Математические модели Статистические Динамические Принципы разработки математических модели Системный подход перемещение веществ (гидродинамика потоков) перенос тепла и вещества (массо- и теплопередача) химические превращения. Эмпирический подход Построение мат. моделей на Основе эмпирических данных
Основные области применения метода математического моделирования: Исследование технологических режимов ХТП Разработка и совершенствование новых технологий Оптимизация и управление ХТП Автоматизированное проектирование ХТП Разработка информационно- моделирующих систем в химической технологии
Исследование теплообменного аппарата идеального вытеснения (аппарат с постоянной температурой греющего пара)
Моделирование массообменных процессов Закон Фика для молекулярного массопереноса: Уравнение Фика для конвективного переноса: Уравнение массопередачи:
Банк изображений аппаратов Банк физико-химических параметров Автоматизированное формирование технологической схемы Операционная среда Банк управляющих параметров Банк моделей аппаратов Одноступенчатая и многоступенчатая сепарация Каплеобразование Отстаивание Рисунок1. – Структура моделирующей системы технологии промысловой подготовки нефти.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ • гомогенная реакция гетерогенная реакция; закон действующих масс
k1 А B k2 Кинетическое уравнение
Правило стехиометрии • Скорости, выраженные по каждому компоненту данной реакции, будут одинаковыми, если их отнести к стехиометрическому коэффициенту по данному компоненту.
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ГЕТЕРОГЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ • закон действующих поверхностей • Особенности закона действующих поверхностей: • Закон действующих масс применим в случае идеальной реагирующей поверхности, для которой справедливы законы адсорбции Ленгмюра: • поверхность катализатора однородна • на поверхности катализатора имеется одинаковое и постоянное число активных центров, и они энергетически равноценны • в процессе адсорбции устанавливается адсорбционное равновесие
Методы построения выражений скоростей гетерогенных реакций • Метод адсорбционной-изотермы Ленгмюра • Метод стационарных концентраций • Метод,основанный на элементах теории графов
K1 H2O+Z H2+ZO K1 СО+ZО СО2+Z K-1 • Метод Лэнгмюра ___________________________________________ CO+H2O=CO2+H2 1.Выбираем лимитирующую стадию 2.Записываем скорости элементарных стадий на основании механизма. Запишем скорости прямой и обратной реакций.
ZO+Z=1 Z • 3. Уравнение нормировки: 4. Используя уравнение равновесия (2) и уравнение нормировки выражаем поверхностную концентрацию через объемные концентрации наблюдаемых веществ.
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Дисциплина:Применение ЭВМ в технологии
лекарственных препаратов
Контрольная работа № 1
Кутепова Оксана Александровна
Содержание.
1. Основы квантовой механики атома. Соотношение де Бройля. Уравнение Шредингера. 3
2. Ионная (гетерополярная) связь. Расчет энергии ионной связи. 6
3. Теория ковалентной (гомеополярной) связи. Метод валентных связей. 8
4. Теория ковалентной связи. Метод молекулярных орбиталей (МО). 12
5. Упрощенный метод МО Хюккеля. 15
6. Особенности квантово-химических методов. 16
7. Некоторые полуэмпирические методы. 17
8. Приближения молекулярной механики, лежащие в основе квантово-химических методов. 19
-
Основы квантовой механики атома. Соотношение де Бройля. Уравнение Шредингера.
Химические процессы сводятся к превращению молекул, т.е. к возникновению и разрушению связей между атомами. Поэтому важнейшей проблемой химии всегда была и остается проблема химического взаимодействия, тесно связанная со строением и свойствами вещества. Современная научная трактовка вопросов химического строения и природы химической связи дается квантовой механикой – теорией движения и взаимодействия микрочастиц (электронов, ядер и т.д.).
Одним из общих свойств материи является ее двойственность. Частицы материи обладают одновременно и корпускулярными и волновыми свойствами. Соотношение "волна – частица" таково, что с уменьшением массы частицы ее волновые свойства все более усиливаются, а корпускулярные – ослабевают. Когда же частица становится соизмеримой с атомом, наблюдаются типичные волновые явления. Одновременно оказывается невозможным описание движения и взаимодействия микрочастиц-волн законами движения тел с большой массой. Первый шаг в направлении создания волновой, или квантовой механики, законы которой объединяют и волновые, и корпускулярные свойства частиц, сделал де Бройлем (1924). Де Бройль высказал гипотезу, что с каждой материальной частицей связан некоторый периодический процесс. Если частица движется, то этот процесс представляется в виде распространяющейся волны, которую называют волной де Дройля, или фазовой волной. Скорость частицы V связана с длиной волны λ соотношением де Бройля:
где m – масса частицы (например, электрона);
h – постоянная Планка.
Уравнение (1) относится к свободному движению частиц. Если же частица движется в силовом поле, то связанные с ней волны описываются так называемой волновой функцией. Общий вид этой функции определил Шредингер (1926). Найдем волновую функцию следующим путем. Уравнение, характеризующее напряженность поля Еа плоской монохроматической волны света, можно записать в виде:
где Еа0 – амплитуда волны;
ν – частота колебаний;
х – координата в направлении распространения волны.
Так как вторые производные от уравнения плоской волны (2), взятые по времени t и координате х, равны соответственно:
Читайте также: