В учебнике, подготовленном в соответствии с ФГОС для бакалавров по направлению «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» и обобщающем работы автора в данном направлении [16–18], дана классификация различных типов математических моделей, изложены теоретические основы физического и математического моделирования; рассмотрены моделирование процессов переноса массы, тепла и импульса, а также связь и аналогия между ними. Изучены теория подобия и ее применение при моделировании технологических процессов [1–15, 19–52]. Изучены теория подобия, ее применение при моделировании, модели структуры потоков в аппаратах. Описаны также экспериментaльно-стaтистический и экспериментaльно-aнaлитический методы моделирования, которые включают методы «черного ящика», планирования пассивного, активного полного и дробного факторного эксперимента, корректировки моделей по результатам эксперимента. Одновременно рассмотрены моделирование химических реакторов, методы оптимизации химико-технологических процессов, их выбор, сравнение и примеры применения. Приведены примеры моделирования и оптимизации процессов в химической, нефтехимической и биотехнологии на компьютере в средах Excel и MathCAD [19]. Представлено математическое описание моделей различной структуры потоков в аппаратах (идеального вытеснения, идеального смешения, ячеечной, одно- и двухпараметрической диффузионной модели). Описано моделирование технологических процессов с помощью стандартного возмущения для анализа перечисленных структур потоков в аппаратах и комбинированных структур. Рассмотрены конкретные примеры моделирования теплообменных аппаратов типа «смешение-смешение», «смешение-вытеснение», теплообменника типа «труба в трубе». В качестве примера моделирования массообменных процессов рассмотрено моделирование процесса разделения бинарной смеси в ректификационной колонне.Рассмотрено моделирование гомогенных химических реакторов идеального вытеснения и идеального смешения для различного типа реакций, проиллюстрированное рядом конкретных цифровых примеров. Показана зависимость кинетики реакций от температуры. Рассмотрено моделирование гетерогенных химических реакторов, влияние диффузии на модель химической кинетики. Описана квазистационарная модель химической кинетики для реакций первого и второго порядка.Детально описан экспериментaльно-стaтистический метод моделирования. Он включает метод «черного ящика», использование фундаментальных понятий теории вероятностей и математической статистики, корреляционный и регрессионный анализ. Построение эмпирических моделей осуществляется на основе планирования пассивного, активного полного и дробного факторного эксперимента. Рассмотрены нахождение и оценка коэффициентов уравнения регрессии, проверка его адекватности, корректировка моделей по результатам эксперимента. Проведено моделирование области вблизи экстремума функции. Рассмотрены ортогональные планы второго порядка. Описан также экспериментaльно-aнaлитический метод моделирования, которому в литературе уделяется сравнительно мало внимания. Показан общий принцип создания экспериментaльно-aнaлитической модели. Приведены примеры разработки экспериментaльно-aнaлитических моделей изотерм сорбции-десорбции, модели лимитирования внешней и внутренней задач кинетики сушки материалов. Показано моделирование процесса сушки на основе решения дифференциального уравнения диффузии и на основе разработанного модифицироанного квазистационарного метода.Рассмотрены методы оптимизации химико-технологических процессов, показана экономическая оценка эффективности при оптимизации. Рассмотрены модели оптимизации, полученные на основе исследования функций классического анализа, метода множителей Лагранжа, вариационного исчисления, динамического программирования, а также методы оптимизации на основе принципа максимума, линейного и нелинейного программирования.В учебнике приведены примеры расчетов моделирования и оптимизации процессов в химической, нефтехимической и биотехнологии на компьютерах в средах Excel и MathCAD. Так, в главе 1 дан пример алгоритмизации моделей теплообмена в среде Excel с описанием блок-схемы расчета на ПК. Во главе 2 даны примеры расчета сырья и материалов для заданной производительности производства химических волокон, построения кривой отклика для комбинированной модели гидрогенизации бутана в среде MathCAD. В главе 4 выполнены следующие цифровые расчеты в среде MathCAD: построение гистограммы нормального распределения по заданной выборке; нахождение границ доверительного интервала измеряемой величины для концентрации фтора в кормовых фосфатах; построение уравнения регрессии в форме полинома (степени конверсии); влияние температуры и времени на кинетику изомеризации (пассивный эксперимент);моделирование кинетики сушки х/б ткани (активный эксперимент);моделирование степени разложения боратов смесью серной и фосфорной кислот (ортогональный план второго порядка).В главе 5 выполнены расчеты в среде MathCAD: нахождение коэффициентов уравнения изотермы сорбции влаги вискозным волокном, определение скорости сушки асбеста, нахождение параметров конвективной сушки х/б ткани и фильтрационной сушки гранул аммофоса.В главе 6 в среде MathCAD проиллюстрирован метод динамического программирования для нахождения минимального объема и времени пребывания фаз в каскаде реакторов идеального смешения. Метод линейного программирования показан при максимизации заданной целевой функции – прибыли машиностроительного предприятия на основе плана выпуска четырех видов продукции на пяти типах станков. Применение нелинейного программирования показано на примерах оптимизации заданных ряда нелинейных целевых функций и нахождении минимального времени нахождения реагентов в каскаде из пяти изотермических реакторов идеального смешения для реакции первого порядка.В приложениях книги даны дополнительные таблицы (вычисление интеграла Гаусса, квантили стандартного нормального распределения, квантили распределения Стьюдента, F-распределение Фишера и точные решения уравнения изотропной диффузии). Часть приложений размещены в облаке книги (доступно в электронно-библиотечной системе Znanium) и содержат основы работы в среде MathCAD, а также элементы матричной алгебры. Учебник предназначен для бакалавров, которых готовят для химической, пищевой, текстильной и легкой промышленности, он может быть полезен для специалистов и магистров, а также для научных, инженерно-технических работников и аспирантов.