Giới thiệu về mô hình hóa các quá trình công nghệ





25/01/2008

Mô hình hóa các quá trình và mô phỏng bằng máy tính đã được chứng minh là những công cụ phục vụ kỹ thuật vô cùng hiệu quả trong thiết kế và tối ưu các quá trình công nghệ hóa học. Việc ứng dụng mô phỏng đã được mở rộng nhanh chóng trong suốt bốn thập kỷ qua nhờ vào sự trợ giúp của các máy tính điện tử tốc độ cao.
Trong các quá trình công nghệ hóa học trong công nghiệp hiện nay, những vấn đề có quy mô lớn, phi tuyến và thực tế đang được giải quyết đều đặn thông qua mô phỏng trên máy tính. Hơn nữa, những khuynh hướng gần đây nhắm vào việc tính toán cá nhân và chuyên biệt, các chương trình công nghiệp cho phép mở rộng ứng dụng tin học trong thực kỹ thuật hành. Điều này có nghĩa là các tính toán kỹ thuật sẽ nhanh hơn và các kỹ sư cần phải hiểu cơ sở đằng sau nhưng chương trình này và làm thế nào để sử dụng một cách hiệu quả nhằm giải quyết các vấn đề về quá trình công nghệ.


Vệc gia tăng sử dụng các kỹ thuật mô phỏng trên máy tính đã mở rộng tính hiệu dụng của khoa học trong công việc. Để phát triển mô phỏng các quá trình, yêu cầu đòi hỏi người kỹ sư phải phát triển những kỹ năng: - Có hiểu biết cơ sở về kỹ thuật: Các quá trình công nghệ không thể coi như những hộp đen được. Người kỹ sư phải quen với các hệ thống vật lý và cơ chế của các hệ thống này để có thể mô phỏng các quá trình thực và đánh giá kết quả các mô phỏng này. - Kỹ năng mô hình hóa: Người kỹ sư phải có khả năng triển khai các quan hệ toán học tương xứng nhằm mô tả những hành vi quan trọng của quá trình công nghệ. - Kỹ năng về tin học: Đưa ra những giải pháp nhanh chóng và rẻ tiền để mô phỏng các quá trình. Người kỹ sư cần phải lựa chọn và sử dụng công cụ hợp lý với nhu cầu. Đối với các vấn đề thực tế, công cụ thường được sử dụng nhất là máy tính điện tử. Bên cạnh đó, cũng cần phải đánh giá và lựa chọn gói phần mềm phù hợp.


Kể từ khi mô phỏng được xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết khoa học nhiều hơn làm thực nghiệm, nó đã kích thích sự phát triển các lĩnh vực đa ngành như là công nghệ sinh học và kỹ thuật môi trường. Họ đã nhận thấy tầm quan trọng mà mô hình hóa mang lại cho xã hội khi mô phỏng những thành công những hệ thống sinh học và môi trường. Và việc mô phỏng các hệ thống chính trị và xã hội là bước tiến kế tiếp cần đạt đến. Mô hình hóa các quá trình công nghệ hóa học được nghiên cứu cả quá trình ổn định và quá trình động (không ổn định).


Tác động to lớn của mô phỏng đối với các quá trình hóa học trong công nghiệp bởi vì nó có những lợi ích sau: - Lợi ích về mặt kinh tế: thường thì kỹ thuật mô hình hóa kết hợp với các số liệu thực nghiệm và mô hình tóan học thường rẻ hơn so với xây dựng các nhà máy có quy mô khác nhau khi thiết kế. - Đây là con đường tiện lợi để khảo sát ảnh hưởng của các thông số và nhiễu trong quá trình họat động. Nó thường dễ dàng hơn để thay đổi họat động và đánh giá những thay đổi này thông qua mô hình tóan học so với làm thực nghiệm. Để đánh giá kết quả mô phỏng, cần phải thực hiện một số thí nghiệm, nhưng chỉ thực hiện những thí nghiệm có tầm quan trọng mà thôi. - Mô hình hóa là con đường hợp lý để ngoại suy hiệu quả và chuyển đổi quy mô. Bằng cách kết hợp các cơ chế vào mô hình hóa quá trình, hiệu quả của hệ thống có thể dự đóan được trong vùng họat động khác. - Hiểu được hành vi và cơ chế quan trọng của quá trình: Nhờ nắm bắt được rõ ràng  mô tả tóan học, người kỹ sư biết được hiều thông tin về quá trình được mô phỏng. Để đạt được một mô phỏng thành công, các cơ chế quan trọng phải được đề cập đến. Thông qua việc giải các mô hình, các mối quan hệ giữa các thông số quá trình và thông số thiết bị đã được khám phá và quan sát một cách dễ dàng.