1. Цели освоения дисциплины.

Целями освоения дисциплины «Системный анализ» являются:

- формирование общекультурных компетенций выпускников (самоорганизации и самоуправления, системно-деятельностного характера);

- реализация компетентностного подхода при формировании общекультурных компетенций выпускников;

- формирование общепрофессиональных и профессиональных компетенций выпускников.

Задачами дисциплины «Системный анализ» являются:

- формирование у студентов системного подхода к решению задач проектирования и анализа эффективности ресурсосберегающих комплексов;

- развитие творческого мышления студентов, повышение их интеллектуального уровня.

- подготовка студентов в области системного анализа и рационального использования материальных и энергетических ресурсов химической технологии и нефтехимии.

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина «Системный анализ» относится к математическому и естественнонаучному циклу дисциплин. Изучение дисциплины «Системный анализ» основано на знании студентами материалов дисциплин «Математика», «Техническая термодинамика и теплотехника», «Информатика», «Прикладные компьютерные программы», «Механика жидкости и газа».

Задачи учебной дисциплины состоят в изучении теоретического материала по исследованию химико-технологических комплексов как единого целого, с учетом взаимосвязи между элементами систем и в приобретении умения и практических навыков разработки ресурсосберегающих технологий.

Знания, полученные студентами по дисциплине «Системный анализ» пригодятся в освоении следующих дисциплин «Общая химическая технология», «Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии», «Процессы и аппараты химической технологии», «Моделирование энерго- и ресурсосберегающих процессов в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», «Основы инженерного творчества».

В указанных дисциплинах общие положения теории систем применяются для решения задач проектирования и анализа процессов, оборудования химической технологии и организационно-технических ресурсосберегающих комплексов.

Полученные знания необходимы студентам при подготовке, выполнении и защите выпускной квалификационной работы и при решении научно-исследовательских, проектно-конструкторских, производственно-технологических, организационно-управленческих задач в будущей профессиональной деятельности.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Системный анализ».

Освоение дисциплины направлено на формирование:

– общекультурных компетенций: ОК-1, ОК-10;

– общепрофессиональных компетенций: ПК-1, ПК-2, ПК-4, ПК-8, ПК-9, ПК-15, ПКПК-22.

В результате освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует следующие общекультурные и общепрофессиональные компетенции:

Коды Название компетенции Приобретаемые навыки, знания, умения ОК-1 обобщать, анализиро- Знать: методы сбора и систематизирования разнообразвать, воспринимать ин- ной информации из многочисленных источников.

формацию, ставить цели Уметь: Понимать смысл, интерпретировать и комментии выбирать пути ее дос- ровать получаемую информацию. На основе собранной тижения информации выявлять тенденции, вскрывать причинноследственные связи, определять цели, выбирать средства, выдвигать гипотезы и идеи.

Владеть: системными, аналитическими подходами к пониманию проблем и их решению.

ОК- использовать основные Знать: основные методы и приемы научного исследоваположения и методы ния и анализа проблем.

социальных, гуманитар- Уметь: методологически обосновать научное исследованых и экономических ние и решение проблем и задач.

наук при решении соци- Владеть: основными методами и приемами научного исальных и профессио- следования и анализа проблем, позволяющими отличать нальных задач факты от домыслов, информацию от мнений, противостоять манипулятивным технологиям.

ПК-1 Использовать основные Знать: основные законы естественнонаучных дисциплин законы естественнона- применительно к энерго- и ресурсосберегающим процесучных дисциплин в сам в химической технологии, нефтехимии и биотехнолопрофессиональной дея- гии.

тельности, применять Владеть: методами математического анализа, оптимизаметоды математическо- ции, моделирования.

го анализа и моделиро- Уметь: Применять данные методы при расчётах энергования, теоретического и и ресурсосберегающих процессов в химической технолоэкспериментального ис- гии, нефтехимии и биотехнологии.

следования ПК-2 Использовать основные Знать: основные естественнонаучные законы для пониестественнонаучные за- мания окружающего мира и явлений природы.

коны для понимания ок- Уметь: Применять знание законов математики, физики, ружающего мира и яв- химии при выявлении закономерностей окружающей лений природы природной среды и возможности её сохранения.

Владеть: основными подходами в использовании законов математики, физики, химии при анализе, оптимизации, моделировании энерго- и ресурсосберегающих процессов в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии.

ПК-4 Владеть основными ме- Знать: основные методы, способы и средства получения, тодами, способами и хранения, переработки информации средствами получения, Уметь: работать с компьютером как средством управлехранения, переработки ния информацией информации, работать с Владеть: навыками работы с пакетами компьютерных компьютером как сред- программ для анализа, оптимизации, моделирования энерством управления ин- го- и ресурсосберегающих процессов в химической техформацией нологии, нефтехимии и биотехнологии.

ПК-8 Участвовать в совер- Знать: основы методов энерго- и ресурсосбережения шенствовании техноло- Уметь: использовать эти знания при совершенствовании гических процессов с технологических процессов, связанных с расходованием позиций энерго- и ре- природных ресурсов и загрязнении окружающей среды сурсосбережения, ми- Владеть: различными способами применения методов нимизации воздействия энерго- и ресурсосбережения для решения практических на окружающую среду задач ПК-9 Использовать современ- Знать: о необходимых исходных данных для расчёта ные информационные процессов и аппаратов энерго- и ресурсосбережения.

технологии, проводить Знать основные прикладные программы, позволяющие обработку информации произвести эти расчёты.

с использованием при- Уметь: производить обработку информации с использокладных программ и баз ванием прикладных программ и баз данных для расчёта данных для расчёта тех- технологических параметров оборудования нологических парамет- Владеть: прикладными программами и базами данных ров оборудования и мо- для расчёта процессов и аппаратов энерго- и ресурсосбениторинга природных режения.

сред ПК- Анализировать техноло- Знать: иерархическую структуру предприятий химичегический процесс как ской промышленности.

объект управления Уметь: использовать методы анализа, синтеза, декомпозиции, агрегирования при анализе работы промышленного предприятия Владеть: способами применения принципов экологического и энергетического менеджмента при анализе работы промышленного предприятия ПК- Применять современные Знать: методы исследования технологических процессов 20 методы исследования и природных сред.

технологических про- Уметь: применять эти методы, работать в составе коллекцессов и природных тива и участвовать в экспериментальносред, использовать ком- исследовательской деятельности.

пьютерные средства в Владеть: навыками работы с пакетами компьютерных научно- программ для расчетов энергетических задач в различных исследовательской ра- областях природопользования.

боте ПК- Моделировать энерго- и Знать: методы математического и физического моделиресурсосберегающие рования процессы для различных Уметь: ими пользоваться как потребитель отраслей промышленно- Владеть: методами математического и физического мости делирования энерго- и ресурсосберегающих процессов для различных отраслей промышленности.

3.1. Матрица соотнесения тем/разделов учебной дисциплины (модуля) и формируемых в них профессиональных и общекультурных компетенций Формируемые компетенции комТемы, разделы ПК- ПК- принципы и этапы системного анализа.

характеристика химикотехнологических систем.

топологии ХТС.

технологический оператор.

моделирования ХТС.

агрегирование.

моделирования ХТС.

балансы (МТБ).

компьютерного моделирования химико-технологических процессов.

Обработка результатов пассивных экспериментов и планирование экспериментов.

Построение моделей.

Идентификация математического описания и оптимизация химикотехнологических процессов.

4. Структура и содержание дисциплины «Системный анализ»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы (144 часа).

4.1. Лекционные занятия Неделя Раздел дисциплины, темы лекций и их Возникновение и развитие системных представлений.

Исторические этапы развития системного анализа. [1 - 4] 2.Общие понятия, сущность, принципы и этапы системного анализа.

Общие понятия теории систем и системного анализа.

Сущность и принципы системного подхода, его возможности в решении задач. [1 - 4] 3.Основные понятия и общая характеристика химико-технологических систем.

Понятие химико-технологической системы. Химическое предприятие как сложная кибернетическая система.

Иерархическая структура химического предприятия. [5-8, 4. Понятие технологической топологии ХТС.

технологических связей между технологическими операторами (элементами). Виды ХТС с точки зрения технологической топологии. [5-8, 10-12] 5. Физико-химическая система и технологический Понятие физико-химической системы (ФХС) и технологического оператора. Общая стратегия системного подхода к построению математической модели ФХС.

Характеристика технологических операторов. [5-8, 10-12] 6. Основные понятия моделирования ХТС.

Задачи анализа, оптимизации и синтеза ХТС и процедуры поиска их решений. Этапы решения этих задач. [5-8, 10Декомпозиция и агрегирование.

Декомпозиция как метод математического описания ХТС.

Агрегирование как метод обобщения моделей ХТС.[4] 8. Принципы компьютерного моделирования ХТС.

Математическое описание химико-технологических процессов с помощью физико-химических моделей.

Понятие степени свободы ХТС. Виды информационных переменных. Степень свободы ХТС.

9. Материально-тепловые балансы (МТБ).

Общий вид систем уравнений материально тепловых балансов ХТС. Совместность и определенность систем уравнений балансов ХТС (признаки существования решения систем уравнений МТБ). [5-8, 10-12] моделирования химико-технологических процессов.

Анализ погрешностей приближенных вычислений.

Решение систем конечных уравнений. Интерполяция и дифференцирование и интегрирование. Решение систем дифференциальных уравнений. Оптимизация.

экспериментов.

12. Физико-химические модели. Построение моделей. Идентификация математического описания и оптимизация химико-технологических процессов.

Общие принципы построения физико-химических моделей процессов. Математические модели движения жидкости в простых гидравлических системах.

теплообменниках. Математические модели химических превращений в реакторах. Математические модели процессов разделения. Идентификация и оптимизация химико-технологических процессов.

4.2. Лабораторные занятия семестра раздела семестра раздела последовательности экстракторов с рециклом. [6-12] 4.3. Контрольная работа (для студентов заочного обучения) Контрольная работа состоит из теоретического вопроса и практического задания.

Теоретический вопрос выполняется в виде реферата [1-4, 8, 10-12], темы рефератов приведены ниже. Практическое задание заключается в анализе некоторой химикотехнологической системы [10-12].

Пример практического задания и его выполнения: Определить число степеней свободы и выбрать регламентированные и оптимизирующие свободные информационные переменные (ИП) для теплообменника ХТС. Теплообменник предназначен для охлаждения потока горячей жидкости (массовый расход М1 ) от температуры t1 = t1* до температуры t = t2*. В качестве хладагента в ХТС используют поток воды с температурой t3 = t3*.

Решение: Функционирование теплообменника полностью характеризуется 11 информационными переменными: М1, М2 – массовые расходы горячего потока и хладагента; J – конструкционный тип теплообменника (противоточный, прямоточный, кожухотрубчатый, «труба в трубе» и т. п.); F – поверхность теплообмена; Q – количество тепла, переданное потоком горячей жидкости потоку хладагента; K – общий коэффициент теплопередачи; t – среднелогарифмическая движущая сила теплопередачи; t1, t2 и t3, t4 – температуры горячего потока и хладагента на входе в теплообменник и на выходе из него.

Математическую модель теплообменника представляют в виде пяти уравнений (информационных связей):

уравнения теплового баланса:

основные уравнения теплопередачи:

где с и св – теплоемкости горячего потока и воды.

Таким образом, для исследуемого теплообменника имеем: число информационных связей n = 5; число ИП m = 11. Таким образом, число степеней свободы математического описания теплообменника будет равно Fс = m — n = 6. В соответствии с технологическими условиями функционирования теплообменника в системе регламентированными ИП являются: M1 ; t1; t2; t3. Тогда общее число регламентированных переменных Fp = 4. Следовательно, число оптимизирующих информационных переменных составит Fo = Fс - Fр = 2.

Оптимизирующими переменными выбираем конструкционный тип теплообменника J и массовый расход хладагента M2. Варьирование этих оптимизирующих переменных обеспечит оптимизацию функционирования теплообменника в ХТС. Численные значения базисных (искомых) информационных переменных (F; Q; K; t; t4) получают после решения математической модели теплообменника.

Все вопросы, рассматриваемые в контрольной работе, изучаются студентами самостоятельно. Задание выдается на установочной лекции. Изучение вопросов и выполнение работы производится в течение нескольких месяцев перед сессией, в которой изучается эта дисциплина на занятиях с преподавателем, что соответствует принципам заочного обучения.

4.3. Самостоятельная работа студента Раздел 1- Раздел 4.4. Распределение трудоемкости изучения дисциплин по видам учебной аудиторной и самостоятельной работы студента 5. Образовательные технологии В качестве образовательных технологий, используемых при реализации различных видов учебной работы по дисциплине «Системный анализ», применяются следующие виды активных и интерактивных форм проведения занятий:

«Мозговой штурм» (атака) при выборе стратегии решения задач на лабораторных занятиях (3 часа);

Дискуссии и обсуждения на лекционных и лабораторных занятиях (3 часа);

Работа в группах подразумевает деление на подгруппы для решения тех или иных лабораторных заданий (5 часов);

Контрольный лист или тест заполняется студентами во время промежуточного контроля знаний (2 часа);

Решение ситуационных задач применительно к химической технологии на лабораторных занятиях (5 часов);

демонстрация лекционного материала в виде презентаций с использованием мультимедийной техники (34 часа).

В целом интерактивные формы могут занять 52 часа, что составляет 76 % от общего числа аудиторных занятий, что соответствует требованиям ФГОС.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Написание рефератов осуществляется по следующим темам[1-8, 10-12]:

- Системность как всеобщее свойство материи;

- Понятие системы, признаки, свойства, классификации систем;

- Системы. Модели систем.

- Анализ и синтез как методы исследования систем;

- Декомпозиция и агрегирование – процедуры системного анализа.

- Численные методы в системном анализе.

- Методы поиска оптимальных решений 1. Поясните различия между понятиями «проблемная ситуация» и «проблема».

2. Что значит «решить проблему»?

3. Какие три способа воздействия на субъект без изменения реальности могут (при определенных условиях) привести к решению его проблемы? Каковы эти условия?

4. Каково основное отличие субъекта от объекта?

5. Как определить смысл оценки, выраженной неким субъектом?

6. Почему при вмешательстве в реальность с целью решения проблемы приходится опираться на какую-то идеологию?

7. Воспроизведите классификацию идеологий на три типа. Каково основное отличие между ними?

8. Целью прикладного системного анализа является создание улучшающего вмешательства. Перечислите не менее трех причин, по которым в действительности это может не получиться.

9. Назовите четыре типа улучшающих вмешательств.

10. Оптимальность обеспечивается только при совокупном соблюдении двух требований.

Каковы эти требования?

11. Каков важный результат прикладного системного анализа конкретной проблемы, кроме решения самой проблемы?

12. Дайте определения для перечисленных ниже понятий:

прикладной системный анализ;

13. Что такое статические свойства систем? Перечислите четыре статических свойства.

14. Как из открытости систем вытекает факт всеобщей взаимосвязанности в природе?

15. Что называется моделью черного ящика? Назовите четыре рода ошибок, которые можно совершить при построении модели черного ящика.

16. Что называется моделью состава системы? Каковы (три) трудности ее построения?

17. При каких предположениях можно говорить о наличии частей у системы?

18. Как определяется граница системы?

19. Что называется моделью структуры системы? В чем трудности ее построения?

20. Что такое динамические свойства систем? Перечислите их (все четыре).

21. Поясните различие между ростом и развитием системы.

22. Что мы называем синтетическими свойствами систем? Перечислите четыре таких 23. Какое из статических свойств системы обеспечивает существование эмерджентных свойств системы?

24. Что называется субъективной целью?

25. Что понимается под объективной целью системы?

26. Почему не любая субъективная цель достижима?

27. Дайте определение следующим понятиям:

ошибка первого (второго, третьего, четвертого) рода;

28. Что называется простой системой? В чем причина простоты?

29. Какую систему называют сложной? Какова причина сложности?

30. Что такое «большая система»? Каковы варианты управления ею?

31. Придумайте примеры систем, которые были бы одновременно:

32. малой и простой, малой и сложной, большой и простой, большой и сложной.

33. Иерархическая структура химического предприятия.

34. Цели функционирования и основные показатели эффективности каждой ступени иерархии химического предприятия.

35. Дайте определение понятиям: химическое производство, химико-технологический процесс, химико-технологическая система и объясните их (см. также гл. 2).

36. В чем заключается метод системного анализа для исследования химикотехнологического процесса?

37. Что может служить производственным эквивалентом химико-технологической системы?

38. Из каких частей состоит химико-технологическая система?

39. Какие подсистемы можно выделить в химико-технологической системе?

40. Какие элементы химико-технологической системы Вы можете указать? Их назначение и примеры в производстве.

41. Что такое связь в химико-технологической системе? Какие типы связей и их назначение Вы знаете?

42. Как отображается химико-технологическая система (виды ее модели)?

43. Приведите пример химической, операционной и функциональной схем какого-либо производства.

44. Чем отличаются технологическая и структурная схемы химического производства?

Покажите это на примере производства аммиака.

45. Приведите примеры уравнений физико-химических связей, используемых при составлении систем уравнений МТБ химических реакторов, колонн ректификации и теплообменников ХТС.

46. В чем отличие физических и фиктивных потоков ХТС?

47. Какими способами могут быть разработаны операторно-символические математические модели элементов ХТС?

48. Какие виды математических операторов могут использоваться при составлении операторно-символических моделей ХТС?

49. Что такое технологическая структура, или технологическая топология, ХТС?

50. Что такое состояние ХТС?

51. Какой вид имеет общее формальное выражение математической модели ХТС?

52. От чего зависят значения критериев эффективности ХТС?

53. Какие можно выделить иерархические уровни управления сложной ХТС?

54. Чем различаются основные и вспомогательные технологические операторы ХТС?

Раздел №5,6, 55. Покажите, что познавательная и преобразовательная деятельноcти субъекта невозможны без моделирования.

56. Опишите алгоритм анализа и перечислите, какие модели он порождает.

57. Опишите алгоритм синтеза и укажите, какие модели он порождает. Какая из них непосредственно описывает исследуемый объект (явление)?

58. Что такое «абстрактная модель»? Кроме языковых, какие еще примеры абстрактных моделей вы можете привести?

59. Чем вызвано многообразие языков?

60. Какова простейшая абстрактная модель разнообразия окружающей нас реальности?

61. Чем отличаются искусственная и естественная классификации?

62. Что называется «реальной моделью»? Приведите три типа реальных моделей (классификацию по происхождению подобия модели оригиналу).

63. Чем отличается использование познавательных и прагматических моделей?

64. Почему в любой модели есть, кроме истинного, и (обязательно и неизбежно) неистинное содержание?

65. Какое качество модели называется адекватностью?

66. Что является окружающей средой для модели?

67. Дайте определения следующих терминов:

—модель;

—анализ;

—синтез;

—модель абстрактная;

—модель языковая;

—модель реальная;

—классификация (искусственная и естественная);

—модели познавательные;

—модели прагматические;

—адекватность модели.

68. В чем различие операций анализа и оптимизации ХТС?

69. Запишите математическую формулировку задач проектного и поверочного анализа 70. В чем различие блочного и информационного принципов решения задач анализа 71. В чем различие задач проектирования и эксплуатации ХТС?

72. Какова роль математического моделирования ХТС при разработке АСУТП?

73. Почему для проектирования улучшающего вмешательства необходимо выявить цели?

74. Перечислите основные причины расхождения между целями объявленными и истинными.

75. Что такое «дерево целей» и как его можно построить?

76. В каком отношении находятся цели и критерии?

77. Чем определяется набор (число и характер) необходимых критериев?

78. Обсудите сходства и различия между критериями и ограничениями 79. В чем состоит отличие технологической от операторной схем ХТС?

80. Каким технологическим блокам производства соответствуют однородные ХТС?

81. Чем различаются однонаправленные и встречнонаправленные, или контурные, ХТС?

82. Чем различаются упорядоченные и взаимосвязанные многоконтурные ХТС?

83. В чем различие безотходных и ресурсосберегающих ХТС?

84. Какие типы технологических процессов и технологических связей между элементами характерны для ХТС?

85. Назовите основные задачи проектирования и реконструкции ХТС.

86. Какие основные задачи решают химики-технологи при проектировании и эксплуатации ХТС?

87. В чем состоит отличие операций оптимизации от анализа ХТС?

88. Назовите основные неформализуемые, или интеллектуальные творческие, операции при синтезе оптимальных ресурсосберегающих ХТС.

1. Чем характеризуют состояние химико-технологической системы? Как его определяют и на чем основан этот расчет?

2. Что такое материальный баланс элемента химико-технологической системы и химико-технологической системы в целом?

3. Какие положения стехиометрии химических превращений используются для расчета материального баланса элемента химико-технологической системы?

4. Получите уравнения для расчета количества и состава потока, выходящего из реактора дегидрирования бутилена. Задано:

количество бутилена на входе V0 [м3/ч], объемное соотношение на входе пар (разбавитель): газ(бутилен), степень превращения бутилена х;

б) те же начальные условия, но в реакторе достигается равновесное превращение бутилена хp.

5. Приведите уравнения для расчета материального баланса смесителя и делителя.

6. Напишите общее уравнение теплового баланса, поясните его составляющие и их расчет.

7. Объясните, почему при расчете теплового баланса используют среднеинтегральную теплоемкость?

8. Как рассчитывается баланс химико-технологической системы (последовательность 9. Приведите основную форму представления материального и теплового балансов химико-технологической системы.

10. Запишите в общем виде уравнения теплового, энергетического и эксергетического балансов одного элемента ХТС.

11. Чем обусловлена многовариантность составления систем уравнений балансов ХТС?

12. Как математически проверить независимость уравнений, входящих в систему уравнений МТБ?

13. Назовите основные рекомендации по рациональному выбору вычислительного базиса при составлении и расчете систем уравнений МТБ.

14. Каким образом при составлении систем уравнений МТБ выбирают сквозное, или связующее вещество?

15. Что такое степень свободы ХТС? Как определяют число степеней свободы ХТС?

16. Какие основные инженерно-технологические рекомендации используют для рационального выбора набора свободных информационных переменных ХТС?

17. Что такое алгоритм оптимальной стратегии решения системы уравнений математической модели ХТС?

18. В чем сущность задач расчета материально-тепловых балансов ХТС?

1. Дайте общую характеристику прямых и итерационных численных методов решения задач анализа ХТС.

2. В чем сущность операций модификации метода простой итерации для решения систем нелинейных алгебраических уравнений и систем линейных алгебраических уравнений?

3. Назовите преимущества и недостатки метода простой итерации.

4. Что такое число обусловленности систем линейных алгебраических уравнений?

5. Какая взаимосвязь между числом обусловленности и погрешностью приближенного решения систем линейных алгебраических уравнений?

6. Какие основные трудности возникают при численном решении систем нелинейных алгебраических уравнений?

7. Назовите основные преимущества квазиньютоновских методов численного решения систем нелинейных алгебраических уравнений.

8. Нарисуйте общую блок-схему методики численного решения алгебраическодифференциальных систем уравнений математического описания ХТС.

9. Назовите два основных этапа процедуры решения систем нелинейных алгебраических уравнений с использованием метода Ньютона.

10. Сформулируйте основные этапы решения задач оптимизации ХТС с использованием двухуровневых методов: метода цен и метода закрепления промежуточных переменных.

11. Назовите основные преимущества и недостатки двухуровневых методов оптимизации 12. Составьте блок-схемы алгоритмов решения систем нелинейных алгебраических уравнений по методу простой итерации и обобщенному методу доминирующих собственных значений.

13. Составьте блок-схемы алгоритмов решения систем нелинейных алгебраических уравнений по методу Ньютона и по методу Бройдена.

14. Проверьте сходимость вычислений при решении уравнения: х — 10 = 0 методом простой итерации,с шагом h — 0,5 и h = 4, задавшись начальным приближением х0 = 0.

15. Изменения значений каких переменных и параметров ХТС влияют на величину коэффициентов эффективности оптимизации ХТС на стадии проектирования?

16. Изменения значений каких переменных и параметров ХТС влияют на величину коэффициентов эффективности при оптимизации действующих ХТС?

1. Что такое «активный» и «пассивный» эксперименты?

2. Чем отличаются прямые и косвенные измерения? Как следует учитывать разницу между ними при обработке данных эксперимента?

3. Усвоили ли вы характерные особенности базовых измерительных шкал? Например, заметили ли вы, что количественные шкалы различаются способами задания начал отсчета и единиц измерения?

4. Почему не следует всегда одинаково обрабатывать данные, относящиеся к разным измерительным шкалам?

5. Какова разница между качественными и количественными моделями?

6. Что значит «превратить черный ящик в прозрачный»?

7. Что такое «идентификация модели»?

8. В чем сущность прямого метода идентификации ХТС?

9. Какие методы статистической обработки информации используются при параметрической идентификации ХТС?

10. Чему равно общее число необходимых опытов при полном и дробном факторных экспериментах при идентификации ХТС?

11. Дайте общую характеристику ортогонального и рототабельного центрального комплексного планирования экспериментов при идентификации ХТС.

12. Чем отличается система стехиометрических уравнений и схема превращения?

13. Как связаны скорость превращения вещества и скорость химической реакции при протекании простой и сложной реакций?

14. Какую размерность может иметь скорость превращения вещества?

15. Что такое кинетическая модель реакции (кинетическое уравнение)?

16. Представьте в общем виде кинетическую модель обратимой реакции.

17. Отразите зависимость константы скорости реакции от температуры. Сопоставьте влияние температуры на скорость реакций с разными значениями энергий активации (например, Е1 > Е2).

18. Какие существуют практические приемы для увеличения скорости химического превращения?

19. Как рассчитать скорость тепловыделения в химическом превращении?

20. Что такое химический реактор и для чего он предназначен?

21. Что такое моделирование и модель процесса? Их назначение.

22. Чем различаются физическое и математическое моделирование? Почему для исследования химических процессов и реакторов надо использовать математическое моделирование?

23. Представьте последовательность исследования методом математического моделирования.

24. Чем отличается модель «сжимающая сфера» от модели «сжимающееся ядро» для гетерогенного процесса «газ – твердое»? Приведите примеры.

25. Нарисуйте схему и объясните структуру процесса «газ – твердое (полностью реагирующее)». Какие этапы процесса можно выделить? Почему у процессов «газ – твердое» и «жидкость – твердое» одинаковая структура?

26. Постройте математическую модель «сжимающая сфера» процесса «газ – твердое» и получите выражение для наблюдаемой скорости превращения и времени полного превращения.

27. Постройте математическую модель «сжимающееся ядро» процесса «газ – твердое» и получите выражения для наблюдаемой скорости превращения и времени полного превращения для разных режимов процесса.

28. Как меняется скорость превращения, размер и степень превращения твердой частицы по мере протекания процесса «газ-твердое (не полностью реагирующее)» в кинетическом, внутридиффузионном и внешне-диффузионном режимах? Почему во внутридиффузионном режиме в самом начале процесса WH ?

29. Как интенсифицировать процесс «газ – твердое (не полностью реагирующее)» в разных режимах его протекания? Какое из условий процесса наиболее сильно влияет на наблюдаемую скорость превращения в каждом режиме?

30. Постройте математическую модель процесса «газ – жидкость» и получите выражение для наблюдаемой скорости превращения.

31. От каких условий и как зависит наблюдаемая скорость превращения процесса «газ – жидкость», в том числе в разных режимах?

32. С чем связано возможное уменьшение скорости превращения в процессе «газ – жидкость» при повышении температуры?

33. Как можно увеличить скорость превращения в процесс «газ – жидкость» в разных режимах его протекания?

34. Что такое катализ и катализатор? В чем состоит механизм действия катализатора?

35. Как влияет катализатор на равновесие в химической реакции? Объясните.

36. Обоснуйте и постройте математическую модель процесса в пористом плоском зерне катализатора. Объясните граничные условия полученного уравнения модели процесса.

37. Из полученной математической модели процесса в пористом плоском зерне катализатора получите распределение относительной концентрации в зерне и наблюдаемую скорость превращения.

38. Что такое степень использования внутренней поверхности катализатора, от какого параметра и как она зависит?

39. Как влияют на скорость гетерогенно-каталитического процесса концентрация, температура, размер зерен катализатора и скорость потока? Приведите ответы для процессов в пористом зерне и на непористом катализаторах и сопоставьте их.

40. Постройте математическую модель процесса на поверхности раздела фаз («газ – твердое», каталитический процесс) с учетом теплового эффекта реакции и покажите связь концентрации (степени превращения) и температуры поверхности.

41. Как можно графически определить температуру поверхности в гетерогенном процессе?

42. Что такое неоднозначность стационарного режима?

43. Проявляется ли неоднозначность стационарного режима в эндотермическом процессе?

44. Каков общий подход к построению математической модели процесса в химическом реакторе? Напишите в общем виде балансовые уравнения процесса в реакторе.

45. Как выбирается элементарный объем, для которого составляются балансовые уравнения процесса в реакторе? Почему для емкостного реактора с мешалкой элементарный объем может совпадать с объемом всего реактора?

46. По схеме одного из реакторов и постройте математическую модель процесса в нем (не забудьте начальные условия!).

47. Что такое реактор идеального смешения и в чем проявляется его «идеальность»? Ответьте на эти же вопросы о реакторе идеального вытеснения.

48. Как Вы понимаете подобие математических моделей разных процессов («газ – твердое» и на непористом зерне катализатора, в трубчатом реакторе и непроточном емкостном, в реакторе барботажном и с псевдоожиженным слоем, в газожидкостном насадочном реакторе и во вращающемся с твердым реагентом). Что дает такое подобие?

49. Какие признаки классификации химического процесса и химического реактора могут быть использованы при анализе процесса в химическом реакторе?

50. В чем заключается подобие и различие процесса в реакторах идеального смешения периодическом и идеального вытеснения?

51. Что такое условное время реакции и чем оно отличается от времени пребывания в реакторе?

52. Как меняются концентрации исходного компонента и продукта по длине реактора идеального вытеснения? Каковы их предельные значения (при увеличении длины реактора)?

53. При увеличении температуры на 10 градусов константа скорости реакции возросла в два раза. Насколько надо изменить длину реактора идеального вытеснения, чтобы получить то же превращение. Подтвердите это с помощью математической модели и изобразите графически.

54. Как изменится степень превращения в реакторе при протекании реакции первого порядка при увеличении начальной концентрации в 1,5 раза? Объясните.

55. Какое предельное превращение можно получить в реакторе идеального смешения периодическом при протекании обратимой реакции. Подтвердите это с помощью математической модели и изобразите графически.

56. В реакторе идеального смешения периодическом протекает обратимая реакция. Как изменится скорость превращения в начале процесса в результате увеличения температуры процесса? Изменится ли предельное превращение, как и почему?

57. Получите математическую модель процесса в реакторе идеального вытеснения при протекании сложной реакции: а) с параллельной схемой превращения; б) с последовательной схемой превращения? Покажите график изменения концентраций компонентов по длине реактора и объясните его вид (почему концентрации увеличиваются, уменьшаются, не меняются и т.д.).

58. В реакторе идеального вытеснения протекает последовательная реакция. Какие рекомендации можно сделать, чтобы добиться: а) максимального выхода промежуточного продукта; б) максимальной селективности по промежуточному продукту; в) максимального выхода конечного продукта?

59. Как меняется концентрация вещества по объему проточного реактора идеального смешения?

60. Почему производительность реактора в режиме идеального вытеснения больше, чем в режиме идеального смешения, при протекании простых реакций?

61. Может ли режим реактора (идеального смешения, идеального вытеснения) оказывать влияние на селективность процесса при протекании сложной реакции? Обоснуйте Ваш ответ.

62. Назовите причины отклонения режимов в промышленных реакторах от режимов идеального смешения и вытеснения.

63. Попробуйте сформулировать, для какого типа процессов целесообразны реакторы в режимах: а) идеального смешения периодическом; б) идеального смешения проточном; в) идеального вытеснения?

64. Расскажите о различных способах организации теплообмена в химическом реакторе.

65. Какие температурные режимы протекания реакции и тепловые режимы процесса могут существовать в реакторе? Покажите схемы реакторов, в которых осуществляются такие режимы.

66. Постройте модель процесса идеального вытеснения с теплооотводом из зоны реакции.

От каких параметров зависят показатели процесса?

67. Что такое величина адиабатического разогрева? Почему этот параметр лучше характеризует влияние реакции на температурный режим технологического процесса, чем теплота реакции?

68. Как будет меняться степень превращения и температура в реакторе идеального вытеснения при протекании адиабатического процесса. Сопоставьте эти изменения с изотермическим процессом.

69. В каком режиме адиабатического реактора (идеального вытеснения или идеального смешения) температура на выходе будет больше? Обоснуйте ответ.

70. Производительность какого из реакторов будет больше: идеального вытеснения или идеального смешения при протекании адиабатического процесса? Обоснуйте ответ.

71. Как меняется температура в трубчатом реакторе с теплообменом, осуществляемом через стенку при протекании: а) экзотермической реакции; б) эндотермической реакции?

72. В чем особенность температурного режима в проточном реакторе идеального смешения при протекании адиабатического процесса?

73. Что такое стационарный режим, устойчивый стационарный режим? В каком типе реактора может проявиться явление неустойчивости стационарного режима?

74. Как организован процесс в автотермическом реакторе? В чем особенность его режима?

75. Что такое оптимизация? Сформулируйте постановку задачи оптимизации технологического процесса и поясните.

76. Почему задача оптимизации многократно встречается при разработке химикотехнологического процесса? Приведите примеры.

77. Что такое теоретический оптимальный режим? Для чего нужно его определение?

78. Какова оптимальная теоретическая температура для необратимой и обратимой (экзои эндотермических) химических реакций.

79. Сформулируй задачу оптимизации последовательности жидкофазных реакторов с мешалками и решите ее (реакция первого порядка, температуры в реакторах одинаковые).

1. Исторические этапы становления «Системного анализа» как дисциплины.

2. Предмет курса «Системный анализ». Основные задачи, которые ставит технический прогресс в химической промышленности.

3. Общие понятия «Системного анализа».

4. Система. Основные признаки системы.

5. Модель. Основные признаки модели, свойства модели, требования, предъявляемые 6. Сущность, принципы и этапы «Системного анализа».

7. Принципы «Теории систем и системного анализа» (ТССА). Этапы «Системного 8. Основные понятия химико-технологических систем (ХТС). Параметры ХТС, качество функционирования ХТС.

9. Химическое предприятие как кибернетическая система. Иерархическая структура химического предприятия.

10. Иерархическая структура химического предприятия. Цели функционирования и основные показатели эффективности каждой ступени иерархии.

11. Понятие физико-химической системы (ФХС) и технологического оператора.

12. Понятие математической модели, модуля ФХС. Общая стратегия системного подхода к построению мат. модели ФХС.

13. Графические модели ХТС.

14. Описательные модели ХТС.

15. Общая характеристика технологических операторов. Основные и вспомогательные технологические операторы.

16. Понятие технологических связей ХТС. Виды технологических связей ХТС.

17. Обобщенные иконографические модели как способ изображения ХТС. Виды иконографических моделей.

18. Понятия анализа, оптимизации и синтеза ХТС.

19. Анализ и синтез как методы исследования систем.

20. Процедуры поиска решений задач анализа, оптимизации и синтеза ХТС.

21. Материальные и тепловые балансы, физические потоки ХТС.

22. Общий вид систем уравнений материальных и тепловых балансов. Система уравнений математического описания ХТС.

23. Математическая модель системы. Понятие степени свободы ХТС.

24. Регламентированные и оптимизирующие проектные переменные ХТС.

25. Проектные и расчетные переменные ХТС.

26. Выбор оптимизирующих переменных. Определение числа степеней свободы ХТС.

27. Декомпозиция - метод математического описания систем.

28. Агрегирование - метод обобщения моделей.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Системный анализ»

1. Тарасенко, Ф. П. Прикладной системный анализ: учебное пособие. – М.: КНОРУС, 2. Антонов, А. В. Системный анализ: учебник для вузов. 2-е изд., стер. М.: Высш. шк.

3. Черников, Ю. Г. Системный анализ и исследование операций: учеб. пособие для вузов. М.: МГГУ. 2006. – 370 с.

4. Бесков, В. С. Общая химическая технология: учебник для вузов. М.: Академкнига.

5. Закгейм, А. Ю. Общая химическая технология: Введение в моделирование химикотехнологических процессов [Электронный ресурс]: учеб. пособие по курсам "Общая хим. технология" и "Моделирование химико-технолог. процессов" для студентов вузов, обучающихся по направлениям "Хим. технология и биотехнология" и "Материаловедение". 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Логос, 2012. – 304с. – Режим доступа: http://www.biblioclub.ru/book/84988/ 6. Островский, Г. М. Методы оптимизации химико-технологических процессов: учеб.

пособие / Г. М. Островский, Ю. М. Волин, Н. Н. Зиятдинов. М.: КДУ. 2008. 424 с.

7. Гартман, Т. Н. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов: учеб. пособие для вузов / Т. Н. Гартман, Д. В. Клушин. - М.:

Академкнига. 2006. – 416 с.

8. Лисицын, Н. В. Химико-технологические системы: оптимизация и ресурсосбережение: учеб. пособие для студентов втузов / Н. В. Лисицын, В. К.

Викторов, Н. В. Кузичкин. - СПб.: Менделеев, 2007. – 312 с.

9. Кафаров, В. В. Анализ и синтез химико-технологических систем / В. В. Кафаров, В.

П. Мешалкин. М.: Химия, 1991. – 432 с.

10. Перегудов, Ф. И. Основы системного анализа: учеб. 3-е изд. / Ф. И. Перегудов, Ф.

П. Тарасенко. Томск.: Изд-во НТЛ. 2001. – 396 с.

11. Перегудов,Ф. И. Введение в системный анализ : учеб. пособие для вузов / Ф. И.

Перегудов, Ф. П. Тарасенко. - М. : Высшая школа, 1989. – 367 с.

12. Математическое моделирование и оптимизация химико - технологических процессов : практ. руководство: учеб. пособие для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 553000 "Системный анализ и управление", дисциплине "Системный анализ химических технологий" / В. А. Холоднов [и др.]. СПб.: Профессионал, 2003. - 480 с.

13. Закгейм, А.Ю. Общая химическая технология: Введение в моделирование химикотехнологических процессов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Логос . 2009. – 304с.

14. Кафаров, В. В. Математическое моделирование основных процессов химических производств : учеб. пособие для студентов химико - технол. специальностей вузов / В. В. Кафаров, М. Б. Глебов. - М. : Высшая школа, 1991. - 399 с.

15. Шнейдер, В. Е. Краткий курс высшей математики: учеб. пособие в 2-х т. / В. Е.

Шнейдер, А. И. Слуцкий, А. С. Шумов. М.: Высш. шк., 1978.

16. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии : учеб. пособие для вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков.

17. Кафаров, В. В. Системный анализ процессов химической технологии / В. В.

Кафаров, И. Н. Дорохов. М.: Наука, 1976. – 500 с.

1. Электронный каталог НТБ ГУ КузГТУ.

2. Информационные системы ГУ КузГТУ и кафедры по обеспечению учебного процесса.

ГУ КузГТУ обеспечен необходимым комплектом лицензионного программного обеспечения.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Системный анализ»

аудитории, оснащенные соответствующим мультимедийными средствами, включающими персональный компьютер, проекционный аппарат и экран;

компьютерные классы (ауд. 5106а, 5203), обеспеченные необходимым комплектом лицензионного программного обеспечения;

электронные ресурсы.