Статья

Название статьи АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ РАСЧЕТА КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СЛОЖНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ
Автор К. Ф. Коледина, М. К. Вовденко, И. М. Губайдуллин, С. Н. Коледин
Рубрика РАЗДЕЛ III. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Месяц, год 08, 2018
Индекс УДК 519.683
DOI 10.23683/2311-3103-2018-8-153-163
Аннотация Целью исследования является расчет кинетических параметров реакции окисления изопропилбензола по нескольким схемам химических превращений с применением алгоритмов распараллеливания вычислительной задачи и анализом эффективности. Рассмотрены основные этапы распараллеливания решения обратной кинетической задачи: первая группа объединяет все механизмы, предложенные для химической реакции; для каждого механизма рассматриваются все эксперименты реакции; по каждому эксперименту происходит разделение параметрической плоскости для поиска кинетических параметров. Решение обратной кинетической задачи относится к задачам оптимизации, для которых существуют модели распараллеливания вычислительного процесса: островная модель, клеточная модель, глобальная модель «Хозяин – Работник». Объектом исследования является реакция окисления изопропилбензола кислородом воздуха. Реакция является одной из стадий в технологическом процессе получения фенола и ацетона кумольным способом. На сегодняшний день этот метод является самым распространённым в мире промышленным способом синтеза данных веществ. Реакция относится к радикально-цепному процессу. Рассмотрены основные элементарные реакции для стадий инициирования цепи, развития цепи, затухания цепи. Для решения прямой и обратной кинетической задач с целью определения кинетических параметров для элементарных стадий применялись такие математические методы, как Рунге-Кутта 4-ого порядка, метод переменного порядка в программной среде MATLAB. Для трех реакционных схем реакции окисления изопропилбензола разработаны кинетические модели. Проведено сравнение. При разработке кинетических моделей применены модели распараллеливания. Проведен анализ эффективности распараллеливания. Эффективность распараллеливания решения обратной задачи рассматриваемой реакции генетическим алгоритмом с островной моделью распараллеливания вычислительного процесса на персональном 4-х ядерном компьютере Intel Core I5 составляет 65%.

Скачать в PDF

Ключевые слова Распараллеливания обратной кинетической задачи; реакция окисления изопропилбензола; модели распараллеливания; эффективность; кинетическая модель; островная модель.
Библиографический список 1. Слинько М.Г. История развития математического моделирования каталитических процессов и реакторов // Теоретические основы химической технологии. – 2007. – Т. 41,
№ 1. – С. 16-34.
2. Губайдуллин И.М., Линд Ю.Б., Коледина К.Ф. Методология распараллеливания при решении многопараметрических обратных задач химической кинетики // Вычислительные методы и программирование. – 2012. – Т. 13, № 1. – С. 28-36.
3. Коледин С.Н., Карпенко А.П., Коледина К.Ф., Губайдуллин И.М. Информационная система для оценки взаимосвязи целевых функций и исследования оптимальных условий проведения сложной каталитической реакции методами многоцелевой оптимизации // Электротехнические и информационные комплексы и системы. – 2017. –Т. 13, № 4. – С. 71-81.
4. Новичкова А.В., Бобренева Ю.О., Губайдуллин И.М., Коледина К.Ф. Информационный комплекс построения кинетической модели реакции гидроалюминирования олефенов триизобутилалюминием // Электротехнические и информационные комплексы и системы. – 2014. – T. 10, № 4. – С. 58-63.
5. Карпенко А.П. Основные сущности популяционных алгоритмов для задачи глобальной оптимизации // Информационные и математические технологии в науке и управлении.
– 2016. – № 2. – С. 8-17.
6. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями: учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2006. – 175 с.
7. Deb K., Mohan M., Mishra S. Towards a Quick Computation of Well-Spread Pareto-Optimal Solutions // Evolutionary Multi-Criterion Optimization. – Springer, 2003. – P. 222-236.
8. Kazuo Hattori, Yuxi Tanaka, Hiroyuki Suzuki, Tsuneo Ikawa, Hiroshi Kubota. Kinetics of liquid phase oxidation of cumene in bubble column // Journal of Chemical Engineering of Japan. – 1970. – P. 72-78.
9. Bhattacharya A. Kinetic modeling of liquid phase autoxidation of cumene // Chemical Engineering Journal. – 2008. – P. 308-319.
10. Popov S.V., Serebryakov B.P., Kirichenko G.S., Golyushyuva G.P. Kinetic model of high-temperature isopropylbenzene oxidation //Petrorefinery and Petrochemistry. – 1983. – No. 5. – P. 31-33.
11. Koledina K.F., Koledin S.N., Schadneva N.A., Mayakova Y.Yu., Gubaydullin I.M. Kinetic model of the catalytic reaction of dimethylcarbonate with alcohols in the presence Co2(CO)8 and W(CO)6 // Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis. DOI: 10.1007/s11144-017-1181-3.
12. Коледина К.Ф., Коледин С.Н., Губайдуллин И.М. Многокритериальная оптимизация условий проведения каталитической реакции дегидрирования этанола в этилацетат // Вестник Башкирского университета. – 2018. – Т. 23, № 2. – С. 385-389.
13. Гламаздин Е.С., Новиков Д.А., Цветков А.В. Управление корпоративными программами: информационные системы и математические модели. – М.: ИПУ РАН, 2003. – 159 с.
14. Коледина К.Ф., Губайдуллин И.М., Сафин Р.Р., Ахметов И.В. Информационная система построения кинетической модели каталитической реакции, планирование экономически оптимального химического эксперимента // Системы управления и информационные технологии. – 2015. – № 3 (61). – С. 79-84.
15. Коледина К.Ф., Коледин С.Н., Щаднева Н.А., Губайдуллин И.М. Кинетика и механизм каталитической реакции спиртов с диметилкарбонатом // Журнал физической химии.
– 2017. – Т. 91, № 3. – С. 422-428.
16. Габитов С.А., Вовденко М.К., Коледина К.Ф., Губайдуллин И.М. Параллельные вычисления при моделировании реактора окисления кумола // Параллельные вычислительные технологии – XII международная конференция, ПаВТ’2018, г. Ростов-на-Дону, 2–6 апреля 2018 г. Короткие статьи и описания плакатов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2018. – С. 402.
17. Vovdenko M.K., Gubaidulin I.M., Koledina K.F., Koledin S.N. Isopropylbenzene oxidation reaction computer simulation // CEUR Workshop Proceedings. – 2017. – Vol. 1966. – P. 20-23.
18. Vovdenko M.K., Gabitov S.A., Koledina K.F., Ahmerov E.A., Sannikov A.D. Mathematical modeling of isopropylbenzene oxidation reaction and oxidation reactor // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1096 (2019) 012189.
19. Koledina K.F., Koledin S.N., Gubaydullin I.M. Optimization of chemical reactions by economic criteria based on kinetics of the process // CEUR Workshop Proceedings. – 2017. – Vol. 1966.
– P. 5-9.
20. Коледина, К.Ф., Коледин С.Н., Губайдуллин И.М., Карпенко А.П. Многоцелевая параллельная задача нелинейной оптимизации условий проведения каталитических процессов // Параллельные вычислительные технологии – XI международная конференция, ПаВТ’2017, г. Казань, 3–7 апреля 2017 г. Короткие статьи и описания плакатов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2017. – С. 377-385.

Comments are closed.