Задание 1 «Моделирование кинетики сложных химических реакций»

Задания к контрольной работе

по дисциплине “Математическое моделирование химико–технологических процессов”
для студентов-заочников

Решить приведенные далее четыре задания.

Контрольная работа оформляется на листах формата А4, запись ведется на одной стороне листа. Текст пишется или от руки (разборчиво) или печатается на принтере.

Первый лист в контрольной работе – титульный (образец титульного листа приведен в приложении), на последующих листах необходимо писать слово “Задание”, его номер, текст задания и далее – решение. В конце контрольной работы привести список использованной литературы.

Нужный вариант задания следует выбирать по следующему правилу:

номер варианта равен числу, составленному из последних двух цифр номера зачетной книжки минус общее количество вариантов столько раз, пока разность не станет меньше этого количества, то есть:

№ варианта = {[MN – k´( общее количество вариантов)] < (общее количество вариантов)}

В этой формуле: MN - последние две цифры номера зачетной книжки; k = 1, 2, 3, …

Например: последние две цифры в зачетной книжке 78, общее количество вариантов–30.

№ варианта = {[78 – 2´(30)]}=18. Здесь k выбрано равным 2, так как это значение обеспечивает неравенство, указанное в формуле определения номера варианта.

Список рекомендуемой литературы

1) Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. - М.: Высшая школа.- 1991 г., 400 с.

2) Кафаров, В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии: 4–е изд., перераб., доп. – М.: Химия, 1985 (учебн. для вузов), 448 с.

3) Кафаров, В.В. Принципы математического моделирования химико-технологических систем / В.В. Кафаров, В.Л. Перов, В.П. Мешалкин. – М. : Химия, 1974. – 344 с.

4) 2. Бояринов, А.И. Методы оптимизации в химической технологии / А.И. Бояринов, В.В. Кафаров. – М. : Химия, 1973. –564 с.

5) Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов: Учебное пособие для вузов/ Т.Н. Гартман, Д.В. Клушин.-М.: ИКЦ «Академкнига», 2006.-416с.

6) Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. – М: Химия, 1982. – 288 с.

7) Островский Г.М., Волин Ю.М. Методы оптимизации сложных химико-технологических систем. М.:Химия,1970.328 с.

8) Кафаров В.В„ Мешалкин В.П. Анализ и синтез химико- технологических систем. М.:Химия,1991.432 с.

9) Цибизов Г.В, Емельянов В.И., Лёвшин В.Г. Математическое моделирование химико–технологических процессов на ЭВМ. Курс лекций. Новомосковск. МХТИ. 1978г. 103с.

10) Цибизов Г.В, Емельянов В.И., Лёвшин В.Г. Математическое моделирование химико–технологических процессов на ЭВМ. Новомосковск. МХТИ. 1980г. 53с.

11) Тивиков А.С., Мочалин В. П., Цибизов Г.В. Численные методы решения дифференциальных уравнений химической технологии в MathCAD.: Методические указания /  РХТУ им. Д.И. Менделеева. Новомосковский институт; Новомосковск, 2008, 36с.

Задание 1 «Моделирование кинетики сложных химических реакций»

Заданы сложные химические реакции, в которых участвуют несколько веществ. При этом проходят как прямые, так и обратные химические реакции. Заданы константы этих химических реакций. Предполагая, что химическая система, в которой проходят сложные химические реакции, изотермически замкнута в ограниченном объёме необходимо:

1) составить уравнения для скоростей химических реакций;

2) составить дифференциальные уравнения для концентраций всех веществ химической системы;

3) используя один из численных методов решения систем дифференциальных уравнений построить переходные процессы изменения концентраций во времени для всех реагентов.

Химические реакции, константы химических реакций и значения концентраций всех реагентов в начальный момент времени представлены в таблице:

№ Вар	Хим. реакции	Константы хим. реакций, [1/секунду]	Начальные значения концентраций [-]		№ Вар	Хим. реакции	Константы хим. реакций, [1/секунду]	Начальные значения концентраций [-]
1		k1=1 k2=2 k3=1.5 k4=1.8	CA=0.1 CB=0.2 CC=0.3 CD=0.4		9		k1=10 k2=12 k3=11 k4=9	CA=0.2 CB=0.3 CC=0.2 CD=0.3
2		k1=1 k2=1 k3=0.8 k4=1.1	CA=0.25 CB=0.25 CC=0.25 CD=0.25		10		k1=1 k2=1.2 k3=1.1 k4=1.9	CA=0.1 CB=0.1 CC=0.1 CD=0.7
3		k1=7 k2=5 k3=2 k4=4	CA=0.2 CB=0.1 CC=0.5 CD=0.2		11		k1=5 k2=6 k3=7 k4=4	CA=0.2 CB=0.1 CC=0.55 CD=0.15
4		k1=1.3 k2=1.5 k3=1.6 k4=1.4	CA=0.25 CB=0.25 CC=0.3 CD=0.2		12		k1=3 k2=4 k3=5 k4=4	CA=0.7 CB=0.3 CC=0 CD=0
5		k1=3 k2=5 k3=6 k4=4	CA=0.5 CB=0.2 CC=0.15 CD=0.15		13		k1=1 k2=2 k3=4 k4=1	CA=0.2 CB=0.2 CC=0.6 CD=0
6		k1=2 k2=4 k3=6 k4=1	CA=0.1 CB=0.2 CC=0.3 CD=0.4		14		k1=1.2 k2=1.3 k3=1.4 k4=1.5	CA=0.25 CB=0.25 CC=0.25 CD=0.25
7		k1=1.2 k2=1.4 k3=1.6 k4=1.1	CA=0.333 CB=0.333 CC=0.334 CD=0		15		k1=6 k2=5 k3=4 k4=3	CA=0.2 CB=0.1 CC=0.6 CD=0.1
8		k1=1.8 k2=3 k3=2 k4=1.7	CA=0 CB=0.5 CC=0 CD=0.5		16		k1=1 k2=1 k3=1 k4=3	CA=0 CB=0.1 CC=0 CD=0.9
17		k1=1.1 k2=1.9 k3=1.6 k4=1.5	CA=0 CB=0 CC=1 CD=0		25		k1=1.2 k2=1.4 k3=1.6 k4=1.1	CA=0.333 CB=0.333 CC=0.334 CD=0
18		k1=2.1 k2=1.9 k3=0.6 k4=1.5	CA=0.3 CB=0.3 CC=0.3 CD=0.1		26		k1=1.8 k2=3 k3=2 k4=1.7	CA=0 CB=0.5 CC=0 CD=0.5
19		k1=1 k2=2 k3=1.5 k4=1.8	CA=0.1 CB=0.2 CC=0.3 CD=0.4		27		k1=10 k2=12 k3=11 k4=9	CA=0.2 CB=0.3 CC=0.2 CD=0.3
20		k1=1 k2=1 k3=0.8 k4=1.1	CA=0.25 CB=0.25 CC=0.25 CD=0.25		28		k1=1 k2=1.2 k3=1.1 k4=1.9	CA=0.1 CB=0.1 CC=0.1 CD=0.7
21		k1=7 k2=5 k3=6 k4=4	CA=0.2 CB=0.1 CC=0.5 CD=0.2		29		k1=5 k2=6 k3=7 k4=4	CA=0.2 CB=0.1 CC=0.55 CD=0.15
22		k1=1.3 k2=1.5 k3=1.6 k4=1.4	CA=0.25 CB=0.25 CC=0.3 CD=0.2		30		k1=3 k2=4 k3=5 k4=4	CA=0.7 CB=0.3 CC=0 CD=0
23		k1=3 k2=5 k3=6 k4=4	CA=0.5 CB=0.2 CC=0.15 CD=0.15
24		k1=2 k2=4 k3=6 k4=1	CA=0.1 CB=0.2 CC=0.3 CD=0.4