Аннотация
Актуальность задач анализа химических реакций обусловлена современными потребностями промышленности, такими как улучшение технологических процессов переработки углеводородных соединений, усовершенствование химических реакторов и другие. Предметом изучения химической кинетики являются закономерности протекания реакций во времени в зависимости от условий, а также связи кинетических характеристик со строением реактантов, с энергетикой процесса и физикой активных частиц.Прямая задача химической кинетики, когда для заданных концентраций реактантов необходимо получить временные зависимости концентраций, связана с решением системы обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ).Дифференциальные уравнения химической кинетики строятся по определенному алгоритму на основе схем химических реакций. В случае достаточно большого количества реагентов и стадий реакции построение соответствующей системы ОДУ предметным специалистом вызывает серьезные трудности. Это явилось стимулом для создания генерирующих программ, которые используют для подготовки исходных данных естественную записькинетической схемы. Задача создания математического и программного обеспечения для решения задач химической кинетики включает содержательную спецификацию задач химической кинетики на языке химических уравнений, доступную предметному специалисту; трансляцию программ с входного языка химических уравнений в систему ОДУ с автоматической проверкой корректности синтаксиса и семантики; расчет системы ОДУ с применением соответствующих эффективных оригинальных численных методов с учетом жесткости и высокой размерности из библиотеки вычислительных алгоритмов; графическую интерпретацию и документирование результатов численного анализа.
В работе решается проблема неоднозначности при описании химических реакций с участием веществ, допускающих изомерные соединения. Предложено использование структурных формул для однозначной спецификации реакций. Для внутреннего представления используется линейная текстовая нотация.
Ключевые слова: химическая реакция, изомерия, структурная формула, нотация SMILES, дифференциальные уравнения
Список литературы
1. Томилов И.Н. Математическое и программное обеспечение для решения прямых задач химической кинетики // Системы управления и информационные технологии. – 2009. – № 3.2 (37). – С. 286–290.
2. Khamukhin A.A., Islyamov I.Sh., Naymanbaev F.Hz. Modeling of single-phase flows in separation equipment // Proceedings of 7th International Forum on Strategic Technology (IFOST 2012), Tomsk, Russian Federation, 18–21 September 2012. – Tomsk, 2012. – P. 1–5. – doi: 10.1109/IFOST.2012.6357665.
3. Карпов Ю.Г. Имитационное моделирование систем: введение в моделирование с AnyLogic 5. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 400 с.
4. Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений: жесткие и дифференциально-алгебраические задачи. – М.: Мир, 1999. – 685 с.
5. Шорников Ю.В., Достовалов Д.Н., Томилов И.Н. Инструментально-ориентированный анализ гибридных систем различной природы // Научный вестник НГТУ. – 2013. – № 3. – С. 102–110.
6. Zamarreño C.A., Martín M.M., Romo L.B. Algebraic modeling and optimization // Introduction to software for chemical engineers / ed. by M.M. Martín. – Boca Raton: CRC Press, 2014. – P. 367–453.
7. Soares R.P., Secchi A.R. EMSO: a new environment for modelling, simulation and optimization // Computer Aided Chemical Engineering. – 2003. – Vol. 14. – P. 947–952.
8. Денисов Е.Т., Саркисов О.М., Лихтенштейн Г.И. Химическая кинетика: учебник для вузов. – М.: Химия, 2000. – 568 с.
9. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Физическая химия: учебник для вузов. – М.: Химия, 2000. – 320 с.
10. Черных И.Г. Алгоритмический и программный инструментарий для численного решения прямых задач химической кинетики с использованием супер-ЭВМ: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Новосибирск, 2006. – 18 с.
11. Ахо А.В., Сети Р., Ульман Д. Компиляторы: принципы, технологии, инструменты: пер. с англ. – М.: Вильямс, 2001. – 768 с.
12. Бутырин О.В. Теория языков программирования и методы трансляции: учебное пособие. – Иркутск: ИрГУПС, 2007. – 126 с.
13. Chemoinformatics: a textbook / J. Gasteiger, T. Engel (eds.). – Weinheim: Wiley-VCH, 2003. – 680 p.
14. SMILES – a simplified chemical language [Electronic resource]. – URL: http://www.daylight.com/dayhtml/doc/theory/theory.smiles.html (accessed: 04.04.2016).
15. Овчинников М.Ю. Исследование кинетики и механизма генерации синглетного кислорода в реакции разложения диоксиранов, катализированной ионом хлора: дис. … канд. хим. наук. – Уфа, 2010. – 182 с.
16. Physicochemical processes in a flow reactor using laser radiation energy for heating reactants / V.N. Snytnikov, T.I. Mischenko, Vl.N. Snytnikov, I.G. Chernykh // Chemical Engineering Research And Design. – 2012. – Vol. 90. – P. 1918–1922.
17. Autocatalytic dehydrogenation of propane / V.N. Snytnikov, T.I. Mischenko, Vl.N. Snytnikov, I.G. Chernykh // Research on Chemical Intermediates. – 2014. – Vol. 40, N 1. – P. 345–356.
18. A reactor for the study of homogeneous processes using laser radiation energy / V.N. Snytnikov, T.I. Mischenko, Vl.N. Snytnikov, I.G. Chernykh // Chemical Engineering Journal. – 2009. – Vol. 150. – P. 231–236.
