Введение. 
Процессы и аппараты химической технологии

В начале XIX в. в связи с развитием ряда химических и пищевых производств (серной кислоты, этилового спирта, сахара и др.) аппарагура заметно совершенствуется.

Поскольку химическая промышленность становится одной из ведущих отраслей индустрии наиболее развитых стран, возникает необходимость в инженерной науке, которая смогла бы обобщить закономерности основных химико-технологических процессов, создав тем самым возможности расчета и эксплуатации аппаратов в оптимальных условиях. И такая наука появилась под различными названиями: «Unit operations», «Principles of Chemical Engineering» — в США и Англии; «Процессы и аппараты химической технологии» — в России.

Идея общности основных процессов и аппаратов химических производств была высказана в России еще в 1828 г. профессором Ф.А. Денисовым¹. Однако принципы построения науки о процессах и аппаратах были сформулированы Д. И. Менделеевым в книге «Основы фабрично-заводской промышленности», изданной в 1897 г. В этой книге Д. И. Менделеев дал перечень процессов, из которых слагается химическая технология, и предложил классификацию ее приемов (методов, способов):

Нетрудно заметить, что первые три типа процессов по классификации Д. И. Менделеева практически полностью отражают современное содержание курса процессов и аппаратов химической технологии.

С развитием химических производств встал вопрос о подготовке кадров для химической отрасли промышленности. Термин «инженер» начали.

?Денисов Ф. А. Пространное руководство к общей технологии или к познанию всех работ, средств, орудий и машин, употребляемых в разных химических искусствах/ Ф.А. Денисов. -М: 1828,548 с.

употреблять в Италии еще в XII в. Термин «инженер-химик» впервые был введен в технический словарь в Англии в 1839 г., но целевая подготовка инжснсров-химиков началась только в конце XIX в. Совершенствуя подготовку инженеров-химиков, ученые разных стран создали важнейший в системе химико-технологического образования курс — «Процессы и аппараты химической технологии».

В России этот курс начал читать проф. И. А. Тищенко в 1911 г. на химическом факультете Московского высшего технического училища. И. А. Тищенко воплотил в жизнь идею создания курса, высказанную проф. И. К. Коссовым и проф. М. Я. Китарры на съезде естествоиспытателей и врачей еще в 1868 г. Несколько ранее подобный курс был введен проф. А. К. Крупским в Петербургском технологическом институте. Поэтому А. К. Крупский и И. А. Тищенко по праву считаются основоположниками курса «Процессы и аппараты химической технологии» в нашей стране. Позже аналогичный курс был введен в США и других странах.

Введение

указанного курса в учебные планы МТИ им. Д. И. Менделеева и других технологических институтов позволило работникам высшей школы готовить инженеров широкого профиля, знающих химическую технику и способных эффективно переключаться с одного производства на другое.

Усилия профессоров и преподавателей МТИ им. Д. И. Менделеева И.А.Тищенко, Н. Ф. Юшкевича, Н.Н.Ворожцова-ст., Б. С. Швецова, Я. И. Михайленко, М. П. Дукельского, П. П. Шорыгина и др. по повышению инженерного уровня технологического образования были поддержаны прогрессивной профессурой других вузов, особенно академиком Д. П. Коноваловым, автором учебного руководства «Материалы и процессы химической технологии» (1924;1925) и профессором Л. Ф. Фокиным, автором книги «Методы и орудия химической техники» (1923). В том же году в США профессорами В. Уокером, В. Льюисом и В. Мак-Адамсом был издан трехтомный учебник «Principles of Chemical Engineering», который в 1935 г. был переведен на русский язык и издан в СССР под редакцией проф. К. Ф. Павлова.

Эти работы, а также книги: А. А. Киров «Аппаратура и основные процессы химической технологии» (1927), Л. Ф. Фокин, К. Ф. Павлов «Методы расчета типовой химической аппаратуры"(1929) в течение многих лет использовались для инженерной подготовки студентов в отечественных технологических вузах. В этих курсах к практическим расчетам типовых химических аппаратов были применены законы термодинамики и физической химии. Во втором издании (1932) книги К. Ф. Павлова он продолжил развитие теории таких процессов, как ректификация, получение холода и др. Им было проведено также широкое обобщение условий линейности химико-технологических функций, известное в литературе как правило линейности Павлова.

К 1928;1929 гг., когда был восстановлен довоенный уровень промышленности страны, высшая школа уже обладала хорошо отработанной системой обучения студентов. К этому времени контингент студентов-химиков в вузах СССР превысил контингент студентов-химиков в такой развитой в химическом отношении стране, как Германия на 2 тыс. человек (в это время в СССР обучалось 8 тыс. студентов-химиков). Развитие отечественной химической промышленности в годы первых пятилеток потребовало от ученых расширения проектных и научно-исследовательских работ, а также увеличения выпуска высококвалифицированных инженеров по специальности химик-технолог и механик. В начале 30-х годов правительством СССР была проведена реорганизация высшего технического образования: разукрупнение технологических и политехнических вузов, а также создание специализированных отраслевых вузов (в том числе химико-технологического профиля). Так, в Москве из единого Московского химико-технологического института были выделены Московский хиМико-технологический институт им. Д. И. Менделеева (МХТИ), Московский институт химического машиностроения (МИХМ), Московский институт тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова (МИТХТ), Военно-химическая академия и химический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова.

В 1935;1937 гг. профессор МХТИ А. Г. Касаткин опубликовал учебник «Основные процессы химической технологии», получивший широкое распространение как у нас в стране, так и за рубежом, выдержавший 9 изданий и переведенный на немецкий, венгерский, польский, чешский, румынский, болгарский, китайский и другие языки. Многие десятилетия этот труд является настольной книгой и основным учебником студентов химико-технологических вузов. Он сыграл большую роль в подготовке многих поколений отечественных инженеров-химиков.

Несомненно в развитие и совершенствование курса процессов и аппаратов существенный вклад внесла работа К. Ф. Павлова, П. Г. Романкова, А. А. Носкова «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии», выдержавшая 14 изданий и переведенная на 12 иностранных языков.

Большой вклад в развитие отечественной науки о процессах и аппаратах внесли профессора Н. И. Гельперин, Н. Н. Липатов, П. И. Николаев,.

A. Н. Плановскии, В. М. Рамм, А. И. Скобло, В. Н. Стабников и др.

Начиная с 50-х гг. химическая отрасль вступила в новый этап своего развития, характеризуемый увеличением темпов роста промышленности и единичной мощности агрегатов и поточных линий, автоматизацией управления процессами. Все это потребовало резкого увеличения исследований в области автоматизированного проектирования агрегатов большой единичной мощности.

В 1960 г. по инициативе министра химической промышленности СССР Л. А. Кастандова в МХТИ им. Д. И. Менделеева создается кафедра кибернетики химико-технологических процессов, призванная решать вышеуказанную проблему. Во главе кафедры был назначен профессор

B. В. Кафаров, в дальнейшем (1981г.) ставший академиком РАН. Как показало время, научная школа кибернетики в химии и химической технологии, возглавляемая академиком Кафаровым справилась с поставленной задачей, а его ученики и последователи активно решают новые научные проблемы.

В 1973 году В. В. Кафаров становится научным редактором «Всесоюзного института научной и технической информации» (ВИНИТИ) издания «Итоги науки и техники», серия «Процессы и аппараты химической технологии».

В 1970 году при кафедре кибернетики химико-технологических процессов создается «Консультативно-методологический центр» по переподготовке научных сотрудников, кандидатов и докторов наук — педагогов высшей школы Советского Союза и стран членов СЭВ. Впервые издается каталог «Математические модели процессов химической технологии», серия издания «Итоги науки и техники» по широкому классу процессов и аппаратов химической технологии. Выпускается 9 томов в издательстве «Наука» монографий Кафаров В. В., Дорохов И. Н. «Системный анализ процессов химической технологии». Большое число монографий и учебных пособий, посвященных математическому моделированию, оптимизации и системному анализу процессов и аппаратов химической технологии издаются учениками В. В. Кафарова: А. И. Бояринов, В. Н. Ветохин, Л. С. Гордеев, В. П. Мешалкин, В. Н. Писаренко, В. Л. Перов, Ю. А. Комиссаров, В. В. Шестопалов и др.

Современные темпы развития промышленности требуют внедрения инновационного подхода в обучении студентов с использованием новых учебно-методических пособий для подготовки дипломированных специалистов в области химической технологии, что может быть осуществлено только с применением современных методов математического моделирования и компьютерной техники. В целом на первый план выдвигается проблема подготовки студентов по различным предметам и дисциплинам; установление оптимальной стратегии проведения химических исследований; направленное построение моделей химических, каталитических и физико-химических процессов, позволяющее резко сократить объём эксперимента при одновременном повышении надёжности принимаемых решений.

Эффективное решение этой проблемы может быть осуществлено только с позиций системного анализа химико-технологических процессов, включающего: структурную и параметрическую идентификацию математических моделей и, в частности, статистических методов анализа экспериментальной информации; планирование прецизионного и дискриминирующего эксперимента; оценку параметров и проверку научных гипотез, позволяющих получить математические модели с прогнозирующими возможностями, необходимыми для решения научных и практических задач.