ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД
Донецький національний технічний університет
Кафедра хімічних технологій
Індивідуальна робота
з дисципліни «Комп’ютерне керування в хімії та хімічній технології»
на тему «Розрахунок кінетики хімічного процесу»
Студентки 1 курсу
гр. ХТм-2
спеціальності
161«Хімічна технологія та інженерія»
Керівник: Швець І. І. __________
Покровськ 2020 р.
ЗАВДАННЯ
Варіант 5
Розрахувати кінетику хімічного процесу.
Результат вивести на графік.
Са=95%; Сb=5%; Cc=0%; Cd=0%
Реферат
Індивідуальна робота: 13 стр.
Мета індивідуальної роботи: придбання навичок розробки алгоритмів у процесі реалізації відповідних математичних моделей; навчання методології складання та налагодження програм розрахунку хіміко-технологічних процесів на мові LabVIEW.
В індивідуальній роботі наведені опис складання кінетичних рівнянь, реалізація задачі в програмі LabVIEW та детальний опис кожної функції.
КІНЕТИКА, ЦИКЛ FOR, АМПЛІТУДА, ФУНКЦІЯ FORMULE, WAVEFORM GRAPH
ЗМІСТ
Вступ……………………………...…………………………………………5
1. Постанова задачі…………………………………………………………6
2. Реалізація…………………………………………………………………7
2.1 Цикл ForLoop………………………………………………………….7
2.2 Функція Formule Node………………………………………………..7
2.3 Графічний екран Waveform Graph…………………………………8
2.4 Запуск програми………………………………………………………9
3. Результат………………………………………………………………..10
Висновок…………………………………………………………………..12
Перелік джерел……………………………………………………………13
ВСТУП
LabVIEW - це середовище розробки і платформа для виконання програм, створених на графічній мові програмування.
LabVIEW пропонує графічний підхід до програмування, який допоможе Вам візуалізувати будь-яку деталь Вашого завдання, включаючи конфігурацію обладнання, дані вимірювань і налагодження. Ця візуалізація спрощує інтеграцію вимірювального обладнання від будь-якого постачальника, зображення складних алгоритмів на діаграмі, розробку алгоритмів аналізу даних і спеціалізованих інтерфейсів користувача.
1 ПОСТАНОВА ЗАДАЧИ
Хімічні реакції проводяться в основному в апаратах, званих хімічними реакторами. Залежно від теплового режиму, в якому протікає реакція, її можна проводити або в трубчастих реакторах (неізотермічні режими), або в апаратах з мішалкою (реактори ідеального змішування найчастіше застосовуються для ізотермічних процесів).
Припустимо, в каскаді реакторів в ізотермічних умовах протікає хімічна реакція:
Таким чином може бути обчислена концентрація реагуючих речовин, знаючи вихідні концентрації компонентів та значення констант:
2 РЕАЛІЗАЦІЯ ЗА ДОПОМОГОЮ ПРОГРАМИ LABVIEW
В даній роботі був проведений розрахунок кінетики хімічного процесу за допомогою програми LabVIEW.
2.1 Цикл ForLoop
В роботі використовується цикл ForLoop. Умовою завершення роботи або виходу з такого циклу є рівність змінної циклу і числа, що визначає кількість ітерацій. Іншими словами, в LabVIEW для роботи циклу типу ForLoop необхідно з'єднати піктограму N з константою, що вказує кількість повторень. Для початку, результат будемо виводити у вигляді графічної залежності випадкових чисел від поточного значення числа ітерацій.
Тобто треба перетягнути у вікно редагування циклу: Функції >> Структури >> Для Loop.
Змінюємо його розміри і місце розташування, щоб була можливість встановити додаткові компоненти всередину.
і – це змінна циклу. Клацанням правої кнопки миші на піктограмі
циклу N вибираємо створення константи (Create Constant), вказуємо 1000.
2.2 Функція Formula Node
Наступна функція використовується всередині ForLoop.
У деяких ситуаціях звичайна синтаксична запис виразу набагато зручніша і виглядає наочніше, ніж еквівалентна графічна діаграма. Особливо це актуально при написанні математичних виразів, що обчислюються за певною формулою. Для цієї мети в LabVIEW існує механізм Formula Node (Формульний вузол або Редактор Формул).
Встановимо Formula Node у вікно редагування діаграм. Для того щоб можна було використовувати цей "чорний квадрат", потрібно підвести покажчик миші до лівої сторони прямокутника і натиснути праву кнопку миші. У випадаючому меню вибрати опцію Add Input, яка додає вхідний параметр вузла. Ввести ім'я вхідного параметра "Амплітуда" (тільки латинські символи). Ми вводимо 4 параметри кінетичного рівняння, концентрації компонентів - Са, Cb, Cc, Cd.
Для додавання вихідного параметра необхідно натиснути правою кнопкою миші на правій стороні рамки редактора формул, вибрати опцію Add Output і ввести ім'я вихідного параметра. Тобто також концентрації кожного компоненту - Са, Cb, Cc, Cd.
Щоб ввести формулу, необхідно спочатку перейти в режим редагування тексту: Tools >> Edit Text, потім встановити курсор всередину вікна редактора формул і ввести її. Для розміщення формули в середині вікна редактора формул потрібно перед першим символом натиснути кілька разів Enter.
Тобто на панелі задач обираємо клавішу «А» (редагування), натискаємо в середину функції Formula Node. Та вводимо три рівняння для кожного компоненту:
Ca=Ca+(-k1*Ca-k4*Ca)*dt;
Cb=Cb+(k1*Ca-k2*Cb-k3*Cb)*dt;
Cc=Cc+(k2*Cb+k5*Cd)*dt;
Cd=Cd+(k4*Ca+k3*Cb-k5*Cd)*dt;
Обов’язково після кожного рівняння натискати знак крапки з комою. Додавання часового кроку dt дозволяє отримати більш точні результати.
Встановлюємо необхідні компоненти та з’єднуємо їх лініями за допомогою «катушки».
Отже, використання редактора формул в програмах дає можливість реалізації окремих функціональних блоків в більш компактному вигляді.
2.3 Графічний екран Waveform Graph
Для виведення результатів встановлюємо графічний екран на панель Waveform Graph. Для виведення чотирьох компонентів встановлюємо функцію Build Array Details.
Що дозволяє розміщувати функцію на блок-схемі, якщо є лише один вхід. Достатньо додати входи до вузла, клацнувши правою клавішею миші та вибравши Додати вхід у контекстному меню та змінивши розмір вузла до потрібного. В нашому випадку розтягується до чотирьох вимірів.
Функція додає кожен вхід у порядку, утворюючи підрив, елемент, рядок або сторінку вихідного масиву. Вхідні дані прокладені відповідно до розміру найдовшого вводу.
На графічному екрані в верхньому правому куту також панелька розтягується на 4 секції, це свідчить про те, що будуть відображатись 4 лінії для кожного компоненту – А, В, С, D.
2.4 Запуск програми
Після реалізації програми та введення усіх функцій натискаємо в лівому верхньому куту на панелі задач «стрілку», після чого, якщо не виявлено помилок, програма запускається. Прораховуються усі задані формули та задачі та виводяться на графік у вигляді чотирьох ліній.
3 РЕЗУЛЬТАТ
ВИСНОВКИ
У даній індивідуальній роботі був зроблений розрахунок кінетики для чотирьох компонентів А, В, С та D. Були введені рівняння в блок Formule, що був включений в цикл For. Виведення результатів було направлено на графі у вигляді чотирьох ліній для кожного компоненту.
Така реалізація дозволила швидко та чітко отримати вирішення задачі. При цьому використовуючи малу кількість функцій.
ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ
1. Уроки по LabVIEW
2. Учебный практикум по LabVIEW 2007-01
3. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ по виконанню лабораторних робіт із дисципліни “Математичне моделювання та оптимізація об’єктів хімічної технології”.