Введение к работе
Актуальность проблемы.
Целенаправленность экспериментальных исследований на лабораторных и полупромышленных установках определяется необходимостью иметь исходную информацию для решения задач проектирования, оптимизации и управления промышленными процессами.
Конечной целью лабораторных исследований является получение исходной информации для выбора технологической схемы организации процесса среди альтернативных, если они существуют, и определения ее конкурентноспособности, что является одной из главных задач экспериментальных исследований, для решения которой необходимо знание оптимальных условий процесса.
Состояние теории и практики изучения многих сложных процессов в химической технологии не дает возможности получить их полное математическое описание. Необходимость введения ряда упрощений при математическом моделировшши таких процессов приводит к неадекватности модели реальному объекту. К таким процессам относятся процессы выщелачивания в системе "твердая фаза - жидкость", сопровождаемые часто химической реакцией, например, извлечение целевых компонентов из природных руд и растительного сырья. Для получения количественных оценок взаимосвязей параметров такие процессы исследуют обычно экспериментально.
Вопрос об оптимальности эксперимента тесно связан с используемой (или предполагаемой) исследователем математической моделью процесса.
С целью повышения эффективности экспериментальных исследований, увеличения достоверности получаемых результатов и оптимизации процесса принятия решений разработана автоматизированная система опгимального планирования эксперимента, в которой на общей информационной и методологической основе объединены подсистема планирования экспериментальных исследований и подсистема технологического расчета изучаемого процесса. Система позволяет решить задачи оптимального планирования эксперимента, проведения статистического анализа результатов, исследования кинетики и технологического расчета вариантов организации изучаемого процесса. Цель работы.
Целью диссертационной работы является разработка алгоритмического
и программного обеспечения для создания автоматизированной системы
оптимального планирования эксперимента, которая обеспечивала бы
исследователю следующие возможности:
- выбрать план лабораторного эксперимента в зависимости от поставленной задачи;
- провести статистический анализ результатов эксперимента методами
корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализа;
- провести обработку кинетического эксперимента для исследования
макрокинетики процессов с неполной информацией о механизме (на
примере процессов выщелачивания);
- провести технологический расчет вариантов организации непрерывных
процессов извлечения целевых компонентов из природного сырья в
каскаде реакторов смешения.
Методы исследования.
В работе использованы методы теории вероятности и математической статистики, численные методы, методы оптимизации.
Научная новизна.
На общей информационной и методологической основе разработано алгоритмическое и программное обеспечения автоматизированной системы, объединяющей подсистему оптимального планирования эксперимента с подсистемой технологического расчета исследуемых процессов, ориентированной на исследование процессов извлечения целевых компонентов из природного сырья, позволяющей провести оптимальное планирование эксперимента, статистический анализ результатов эксперимента, исследование макрокинетики и технологический расчет вариантов организации непрерывных процессов извлечения.
Практическая значимость работы.
Разработана автоматизированная система PLANEX, предназначенная для оптимизации экспериментальных исследований процессов, характеризующихся наличием неполной информации о механизме, на стадии их изучения в лабораторных условиях.
Простота общения пользователя с системой предполагает ее использование для обучения студентов методам планирования и обработки экспериментальных данных.
Апробация работы.
Автоматизированная система оптимального планирования
^эксперимента PLANEX—была—использована—на—кафедре —технологии
неорганических веществ РХТУ имени Д.И. Менделеева для оптимизации лабораторных исследований следующих процессов:
- азотносульфатного разложения низкокачественного фосфатного сырья;
нейтрализации азогаокислотной вьпжкки для получения уравновешенного NPK-удобрения;
- азотнокислотного разложения Новополтавского апатитового
концентрата;
- извлечения целевых компонентов из отходов производства желтого
фосфора.
Совместно с кафедрой химической технологии углеродных материалов РХТУ имени Д.И. Менделеева автоматизированная система PLANEX была использована для исследования процесса получения жестких мембранно-фильтрующих элементов.
Результаты работы неоднократно обсуждались на научных конференциях кафедры кибернетики химико-технологических процессов РХТУ имени Д.И. Менделеева.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано шесть работ. Объем и структура диссертации.
Данная диссертационная работа включает введение, четыре главы,
заключение, список использованной литературы и приложения. Общий
объем диссертационной работы - страниц машинописного текста,
таблиц, 26 рисунков, 5 приложений.
Список использованной литературы состоит из 115 наименований. В приложениях приведены полученные системой PLANEX результаты расчета конкретных примеров исследования некоторых технологических процессов.
