Введение
1 Литературный обзор 9
1.1 Микроструктурные реакторы 9
1.1.1 Микроструктурные реакторы - общая характеристика 9
1.1.2 Микроструктурный реактор - терминология 10
1.1.3 Структурная иерархия микрореакторов 11
1.1.4 Функциональная классификация микрореакторов 13
1.1.5 Различие между аналитическими и реакторными системами 14
1.1.6 Основные достоинства микрореакторов 15
1.1.7 Возможности эксплуатации микрореакторов 20
1.1.8 Основные типы микрореакторов 23
1.1.9 Примеры промышленного применения микроструктурных реакторов 25
1.2 Применение методов математического моделирования и численных методов для решения обратных задач 33
1.2.1 Особенности решения обратных задач 34
1.2.2 Задача нахождения кинетических параметров сложного процесса 35
1.3 Методология интервального анализа и ее применение в математическом моделировании 43
1.3.1 Особенности интервального анализа 43
1.3.2 Интервальный анализ в химической кинетике 47
1.4 Применение методов оптимизации для решения задач по построению кинетических моделей 51
1.5 Методы глобальной оптимизации 54
1.5.1 Особенности стохастического метода глобальной оптимизации... 58
1.5.2 Стохастический интервальный метод глобальной оптимизации... 60
1.6 Обзор существующих комплексов программ 61
1.6.1 Комплексы программ для решения задач кинетики 61
1.6.2 Комплексы программ для оптимизации 64
1.7 Заключение и постановка задачи 65
2 Объекты и методы исследования 69
2.1 Процесс алкилирования фенилацетонитрила 69
2.2 Объект исследования 71
2.2.1 Описание лабораторной установки с микроструктурным реактором 71
2.2.2 Принцип сборки лабораторной установки с микрореактором 74
2.2.3 Описание микроструктурного реактора 75
2.2.4 Описание микросмесителя 76
2.3 Предмет исследования 77
2.3.1 Методы решения прямой и обратной задач химической кинетики. 78
2.3.2 Интервальное оценивание параметров математического описания (МО) химико-технологических процессов и систем на основе вычислительного эксперимента 80
2.3.2.1 Сущность предлагаемых методов интервального оценивания параметров МО и их компьютерная реализация 81
2.3.2.2 Модификация методов интервального оценивания параметров МО с применением случайных чисел 87
2.4 Выводы к главе 2 90
3 Разработка и применение комплекса программ kinetic 91
3.1 Требования, предъявляемые к комплексу программ 91
3.2 Структура и назначение комплекса программ Kinetic 91
3.3 Применение комплекса программ для моделирования кинетики химических процессов 92
3.3.1 Алгоритм метода Рунге-Кутта-Мерсона для решения системы дифференциальных уравнений 95
3.3.2 Алгоритм метода Нелдера-Мида для идентификации констант скоростей процесса 96
3.3.3 Алгоритм метода «симулированного отжига» 100
3.4 Методы объектно-ориентированного программирования 101
3.5 Разработка человеко-машинного интерфейса 102
3.6 Системные требования программного продукта 103
3.7 Выводы к главе 3 104
4 Результаты исследований 105
4.1 Моделирование процесса жидкофазного алкилирования фенилацетонитрила в микроструктурном реакторе 105
4.1.1 Выбор типа модели 106
4.1.2 Математическое описание процесса 109
4.1.3 Результаты моделирования кинетики процесса в комплексе программ Kinetic 112
4.2 Вычислительный эксперимент тестирования интервальных методов при решении обратной задачи в Mathcad 119
4.2.1 Анализ достаточности экспериментальных данных и влияния погрешности эксперимента 119
4.2.2 Решение обратной задачи для процесса алкилирования фенилацетонитрила 127
4.2.3 Интервальное оценивание констант скоростей 133
4.2.4 Интервальное оценивание кинетических параметров 135
4.3 Результаты поиска оптимального режима ведения процесса алкилирования 143
4.4 Выводы к главе 4 150
Выводы 151
Литература
