Скачать 0.54 Mb.
|
На правах рукописи Губайдуллин Ирек Марсович ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕШЕНИЯ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ 02.00.04 – Физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Уфа – 2012 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте нефтехимии и катализа РАН
Защита состоится « ___ » ____________ 2012 года в ___ ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.013.10 в Башкирском государственном университете по адресу: 450074, республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Заки Валиди 32, химический факультет. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного университета. Автореферат разослан « __ » ____________ 2012 года. Ученый секретарь диссертационного совета д.х.н., профессор Прочухан Ю.А. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В 60-х годах ХХ века сформировалось новое научное направление – математическое моделирование химических процессов и реакторов. Методология этого направления была разработана в классических работах академика РАН Г.К. Борескова и члена-корреспондента РАН М.Г. Слинько. В основу этой методологии легли знания кинетики химических реакций. Сформировалось понятие кинетической модели как основы понимания механизма сложной химической реакции. Кинетическая модель дает необходимую теоретическую и практическую информацию для математического моделирования каталитических реакций, конструирования реактора и определения оптимальных условий проведения промышленного процесса. В настоящее время построение кинетических моделей на базе существующих методик является самым трудоемким и медленным этапом исследования. Вследствие этого удлиняется период разработки каталитического процесса, возникает большое число ошибок и промышленность терпит значительные экономические потери. Поэтому точность и оперативность построения кинетических моделей имеет большое практическое значение для сокращения сроков исследования и освоения новых каталитических процессов. В Учреждении Российской академии наук Институте нефтехимии и катализа (ИНК) РАН работает известная научная школа по металлокомплексному катализу и металлоорганическому синтезу, созданная членом-корреспондентом РАН У.М. Джемилевым1. В рамках этой школы открыты перспективы для создания нетрадиционных химических технологий получения новых материалов, катализаторов, сокатализаторов, светочувствительных покрытий для космической и радиоэлектронной промышленности. Особое внимание уделяется идентификации механизмов реакций металлокомплексного катализа. Участвующие в реакциях металлокомплексного катализа вещества часто имеют сложную структуру и представляют собой большие макромолекулярные комплексы. Натурные эксперименты для таких процессов проводятся в несколько взаимосвязанных этапов с расщеплением на независимые частные реакции. Для полного понимания природы взаимодействия веществ, участвующих в реакциях металлокомплексного катализа, необходимо рассмотреть большое количество олефинов, ацетиленов, алленов, спиртов и т.д. Спектр температур при этом меняется от минус 650С до 1500С с интервалом в 30С. Кроме того при моделировании процессов металлокомплексного катализа приходится рассматривать многочисленные варианты предполагаемых механизмов, которые включают в себя большое количество параллельных стадий, как в виде итоговых уравнений, так и в виде уравнений элементарных стадий. Параллельное изучение подобных сложных механизмов на основе натурных и вычислительных экспериментов требует обработки большого количества информации. Определение параметров кинетических моделей, варьирование входных данных при проведении вычислительных экспериментов на основе этих моделей относится к классу многопараметрических задач. На современном этапе такие задачи целесообразно решать с использованием технологии параллельных вычислений, позволяющей обрабатывать большие объемы данных и вести параллельный расчёт при решении обратных задач химической кинетики на многопроцессорных вычислительных системах для независимых между собой реакций. Объектом исследования являются механизмы сложных реакций металлокомплексного катализа, а также многопараметрические обратные задачи химической кинетики. Предмет исследования – кинетические модели сложных реакций металлокомплексного катализа; индукционные периоды и реакционные способности олефинов и ацетиленовых соединений в вышеуказанных реакциях; оптимальные условия проведения реакций металлокомплексного катализа. Цель диссертационной работы заключается в разработке методологии решения многопараметрических обратных задач химической кинетики на основе базы данных натурных и вычислительных экспериментов с использованием технологии параллельных вычислений. Задачи исследования:
Методика исследования. Для решения поставленных задач использованы численные методы исследования систем обыкновенных дифференциальных и алгебраических уравнений, реляционные модели построения базы данных, системный подход при разработке параллельных и последовательных алгоритмов решения многопараметрических обратных задач, технологии параллельных вычислений, регрессионный анализ при моделировании технологических параметров буровых растворов, методы объектно-ориентированного программирования. Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:
Практическая значимость результатов, полученных в данной работе, состоит в следующем:
Достоверность и обоснованность результатов, научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в диссертационной работе, обеспечивается корректными численными расчетами и тестовыми испытаниями предлагаемых последовательных и параллельных алгоритмов и методов для реальных процессов, построением кинетических моделей сложных, промышленно значимых реакций металлокомплексного катализа и сравнением полученных результатов с данными лабораторного эксперимента. Численный анализ реакционной способности ряда олефиновых и ацетиленовых соединений в реакции циклоалюминирования полностью совпал с экспериментальными данными. Натурные эксперименты с рассчитанными оптимальными условиями подтвердили расчетное время полупревращения октина-4 и октена-1 в реакции циклоалюминирования. Результаты расчета энергий активации реакции гидроалюминирования олефинов согласуются с результатами квантовохимических расчетов других исследователей. Лабораторными экспериментами по определению технологических параметров рассчитанного состава ингибирующего бурового раствора подтверждена адекватность построенных моделей. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы, включающие математические модели, алгоритмы и комплексы программ, а также результаты применения информационно-аналитических систем – кинетические модели сложных реакций, оптимальный состав буровых растворов и их химической обработки в процессе строительства скважин, многократно докладывались на международных и всероссийских конференциях, в том числе на: – VIII и XVI Всероссийской конференции по химическим реакторам (Чимкент, 1983; Казань, 2003); – V Всесоюзной конференции «Математические методы в химии» (Грозный, 1985); – I Всесоюзной конференции «Проблемы дезактивации катализаторов» (Уфа, 1985); – IX Международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии» (Тверь, 1995); – III и IV Всероссийской конференции «Проблемы дезактивации катализаторов» (Стерлитамак, 2000; Омск, 2004); – XVII North American Catalysis Society Meeting (Toronto, 2001); – XV Conference on Organometallic Chemistry (Zurich, 2003); – XIV и XVIII Международной конференции «Математические методы в технике и технологии» (Смоленск, 2001; Казань, 2005); – XV-XVII International Conference on Chemical Reactors (Helsinki, 2001; Berlin, 2003; Athens, 2006); – VII Всероссийской конференции «Механизмы каталитических реакций» (Санкт-Петербург, 2006); – III Международной конференции «Современные проблемы прикладной математики и математического моделирования» (Воронеж , 2009); – XV и XVII Международной конференции «Математика. Образование» (Чебоксары, 2007; 2009); – Всероссийской конференции «Обратные задачи в приложениях» (Бирск, 2006; 2008); – Международной конференции «Параллельные вычислительные технологии» (Челябинск, 2007; Санкт-Петербург, 2008; Нижний Новгород, 2009; Уфа, 2010; Москва, 2011); – Международной конференции «Научный сервис в сети интернет» (Новороссийск, 2009; 2010; 2011); – XI Всероссийской конференции «Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах» (Нижний Новгород, 2011). Личный вклад автора. Автору принадлежат постановка проблемы и задач исследования, создание методологии ИАС, проектирование и реализация базы данных, разработка алгоритмов и пакетов программ, обоснование и формулировка всех положений, определяющих научную новизну и практическую значимость, анализ, синтез и обобщение результатов применения методологии, формулировка выводов и рекомендаций. |
Решение задач на нахождение химической формулы органического вещества Цель. Продолжить формирование навыков решения задач на нахождение химической формулы органического вещества, довести умения решения... | Дипломную работу по теме «Исследование кинетики окисления цитохрома р-450 методом флеш-фотолиза» Медицинский, на Медико-биологический факультет, отделение биохимии. На 6-ом курсе выполняла дипломную работу по теме «Исследование... | ||
Учебной дисциплины некорректные задачи геофизики Рекомендуется для направления подготовки Задачи дисциплины изучение основных проблем интерпретации геофизических данных b выработка навыков решения обратных задач об определении... | Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Информационно-аналитическая... Заказчик: фгбоу впо «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В. Я. Горина» | ||
Конспект урока с использованием информационно- коммуникативных технологий... Цель: Обобщить знания о материальных основах наследственности и изменчивости, закрепить знания по решению разных типов генетических... | Календарно-тематическое планирование по элективному курсу «методы решения физических задач» Вступительный экзамен по физике в вуз проводится в письменной форме и состоит в решении достаточно большого количества задач различной... | ||
Нелинейная динамика, геофизическая гидродинамика и атмосфера Продолжена разработка методов расчета обратных задач хаотической динамики, установлены принципиальные ограничения метода, обусловленные... | Конкурс капитанов При решении задач команда может использовать любую литературу, но не имеет права общаться по поводу решения этих задач ни с кем,... | ||
Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цели: закрепить изученный материал в ходе решения задач, проверить навыки решения задач с помощью признаков подобия | Реферат отчёта по нир на тему: «Разработка подсистемы ситуационного... Информационно-аналитическая система, топливно-энергетический комплекс, жилищно-коммунальное хозяйство, ситуационное прогнозирование,... | ||
Программа дисциплины Биоэтика Направление подготовки Студенты должны применять полученные знания для решения конкретных научных, научно-практических, методических, информационно-поисковых... | Примерная программа аналитическая химия рекомендуется для специальностей... Цель – сформировать у студентов знания, умения и навыки в области аналитической химии, необходимые с целью развития профессионального... | ||
«Информационно-аналитическая система «Seldon. 2010» Если вы не согласны с условиями данного Договора, вы не можете использовать указанный экземпляр программы. Оплата, а также установка... | «Система решения учебных задач на уроках истории» Творческий отчет (наклон дидактической и методической литературы, разрабатываемой преподавателями, мастерами п/о, достижения) Дехтевич... | ||
Тема урока: «Составление линейных программ для решения задач на применение... Повторить и обобщить знания о свойствах, типах, способах построения алгоритмов, этапах решения задач, о работе операторов input,... | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Образовательная – формировать понятие о регулярном и итерационном циклах; рассмотреть различные способы решения задач на накопление... |