КАФЕДРА ОПТИМИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКОЙ И БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

Заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор И. В. Доманский

О кафедре

           Кафедра оптимизации химической и биотехнологической аппаратуры – первая выпускающая кафедра инженерно-кибернетического факультета – была организована в 1948 г. под названием «Оборудование заводов химической промышленности».
           Ее организатором и первым заведующим был видный представитель науки и промышленности, профессор Николай Александрович Козулин (1889–1965).
           Николай Александрович Козулин закончил Военно-инженерную академию в 1918 г. В годы Гражданской войны он был инженером по фортификационным сооружениям, а в 1925 г. перешёл на работу в лакокрасочную промышленность. В годы Великой Отечественной войны и в послевоенное время Н.А. Козулин был главным инженером, а затем и директором Ленинградского Государственного института лакокрасочной промышленности. О его таланте учёного можно судить по такому примеру: при защите кандидатской диссертации по гидродинамике процесса перетира красок ему была присвоена учёная степень доктора технических наук.
           Многие помнят его врождённую интеллигентность, доброту и отзывчивость.
           Однако в дополнение этих качеств Николай Александрович Козулин обладал незаурядными организаторскими способностями.
           Первая группа инженеров была подготовлена организованной им кафедрой в 1950 г. по специальности «Машины и аппараты химических производств». Начиная с середины 50-х годов кафедра приступает к выпуску инженеров-механиков широкого профиля. Внедрение пластмасс во все сферы человеческой деятельности потребовало подготовки специалистов-разработчиков оборудования по переработке полимерных материалов в изделия. В связи с этим на кафедре появилась новая специализация, на базе которой в 1965 г. была создана кафедра физики и механики полиме ров (ныне кафедра «Оборудование и робототехника переработки пластмасс»).
           С 1965 по 1992 гг. кафедрой заведовал доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники РФ Виктор Николаевич Соколов. Свою трудовую деятельность В.Н. Соколов начал с 16 лет в годы Великой Отечественной войны токарем на оптико-механическом заводе г. Йошкар-Ола.
           После окончания войны он поступил в Ленинградский технологический институт, который окончил в 1950 г. Далее была аспирантура, работа ассистентом на кафедре «Процессы и аппараты», затем доцентом на кафедре, возглавляемой Н.А. Козулиным. С 1966 по 1972 гг. Виктор Николаевич Соколов являлся деканом инженерно-кибернетического факультета, с 1968 по 1980 гг. – членом экспертного совета ВАК по химической технологии, а с 1987 по 1992 гг. – членом методич еской комиссии по машинам и аппаратам химических производств МВ и ССО СССР.
           В 1972 г. на кафедре был организован выпуск инженеров по специальности «Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций». В связи с развитием в стране микробиологических производств и необходимостью подготовки соответствующих специалистов-механиков в 1972 г. кафедра ввела ряд дополнительных учебных курсов и получила новое название – «Оптимизация химической и биотехнологической аппаратуры».
           По инициативе В.Н. Соколова с 1975 г. на кафедре началась существенная перестройка учебного процесса. Задача этой перестройки состояла в радикальном изменении фундаментальной подготовки инженеров-механиков по вопросам механики сплошных и неоднородных сред, без знания которых невозможно создание конкурентоспособного оборудования для химической и смежных с ней отраслей промышленности. По существу, кафедра взяла на себя трудную ношу общеинженерной подготовки специалиста, которая по западным образцам именуется «Chemical Engineering».
           На кафедре были созданы: курс и лаборатория по механике жидкостей и газов (И.В. Доманский, 1976 г.); курс и лаборатория по механике неоднородных сред (Г.М. Островский, 1982 г.); курс по явлениям переноса в неоднородных средах (И.В. Доманский, 1992 г.); курс по технике эксперимента в исследовании процес сов и аппаратов (А.Ю. Иваненко, 1992 г.); курс по надежности и безопасности технологич еского оборудования (Г.М. Островский, 1992 г.).
           С 1992 г. кафедрой заведует д.т.н., профессор Игорь Васильевич Доманский.
           Игорь Васильевич Доманский закончил Пражский политехнический институт в 1961 г., а с 1962 г. стал научным сотрудником кафедры, работая под руководством сначала Н.А. Козулина, затем – В.Н. Соколова. В 1978 г. он защитил докторскую диссертацию, которая была посвящена разработке моделей полуэмпирич еской теории турбулентного переноса для описания процессов массо- и энергопереноса в жидкофазных средах.
           Результаты этого исследования послужили своеобразным толчком в повышении теоретического уровня исследований, проводившихся на кафедре.
           В настоящее время в педагогический состав кафедры входят профессора, доктора технических наук: Г.М. Островский, М.А. Яблокова, Р.Ш. Абиев и доценты, кандидаты технических наук: А.Ю. Иваненко, В.А. Некрасов, С.И. Петров. Все они прошли кафедральную школу, начиная со студента.
           Являясь одним из ведущих в стране подразделений по подготовке инженеров- механиков для химической промышленности, кафедра внесла ряд новых идей в разработку учебных планов по специальности 170500 «Машины и аппараты химич еских производств». Наряду с перечисленными выше курсами в круг преподаваемых на кафедре дисциплин вошли: «Основное технологическое оборудование» (профессор Р.Ш. Абиев, доцент В.А. Некрасов); «Технология производств стройматериалов» (доцент В.А. Некрасов), «Проектирование цехов химических предприятий», «Ремонт и монтаж технологического оборудования» (доцент С.И. Петров); «Базы данных и алгоритмы» (доцент А.Ю. Иваненко); «Алгоритмизация расчетов технологического оборудования» (профессор Р.Ш. Абиев); «Технология микробиологических производств», «Методы контроля качества окружающей среды», «Оборудование промышленной экологии» и «Биотехнология» (профессор М.А. Яблокова). С 2000 г. на кафедре ведется подготовка инженеров по специальности 171600 «Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов, изделий и конструкций».
           На кафедре ежегодно обучается около двухсот студентов и аспирантов. За время существования кафедрой подготовлено более 3000 инженеров, свыше 80 кандидатов технических наук и 11 докторов технических наук.
           Кафедра имеет четыре учебных лаборатории. Лаборатория по механике жидкостей и газов является одной из лучших вузовских лабораторий данного профиля в стране. Парк вычислительной техники включает двенадцать персональных компьютеров класса «Pentium».
           Кафедра проводит большую работу по подготовке учебных пособий и монографий, из которых особо следует отметить следующие издания: Н.А. Козулин, И.А. Горловский «Оборудование заводов лакокрасочной промышленности» (Л.: Химия 1968 г.); Н.А. Козулин, А.Я. Шапиро, Р.К. Гавурина «Оборудование для производства и переработки пластических масс» (Л.: Химия 1967 г.); В.Н. Соколов, И.В. Доманский «Газожидкостные реакторы» (Л.: Машиностроение 1976 г.); Г.М. Островский «Пневмотранспорт сыпучих материалов в химической промышленности» (Л.:Химия 1984 г.); В.Н. Соколов, М.А. Яблокова «Аппаратура микробиологич еской промышленности» (Л.: Химия 1988 г.); И.В. Доманский, В.П. Исаков, Г.М. Островский, А.С. Решанов, В.Н. Соколов «Машины и аппараты химических производств» (Л.: Политехника 1982 – 1-е изд., 1992 – 2-е изд.); Г.М. Островский «Прикладная механика неоднородных сред», (СПб.: Наука 2000 г.); Р.Ш. Абиев «Вычислительная гидродинамика и тепломассообмен» (СПб.: НИИХ СПбГУ, 2002 г.).
           Поскольку научные интересы кафедры сосредоточены на исследованиях в области прикладных задач механики неоднородных сред, то коллектив занимался очень широким спектром технологий, где наряду с задачами химико-технологического профиля требовались наукоёмкие разработки процессно-аппаратурного плана.
           В качестве примеров можно привести наиболее известные научно-технические разработки кафедры, по которым коллектив считает себя одним из числа ведущих:
           . газлифтные аппараты для газожидкостных реакций с высоким тепловым эффектом (рук. В.Н. Соколов и Ю.К. Геллис; получена бронзовая медаль ВДНХ СССР в 1961 г.);
           . барботажные экстракторы в системах «жидкость-жидкость» (рук. В.Н. Соколов, Б. Алиматов и А.Ю. Иваненко, получена серебряная медаль ВДНХ СССР в 1984 г.);
           . методы расчёта и проектирования плёночных и роторно-плёночных аппаратов, а также аппаратов с перемешивающими устройствами (рук. И.В. Доманский);
           . методы расчёта и проектирования установок пневматического транспорта (рук. Г.М. Островский);
           . технология глубоководной добычи железно-марганцевых конкреций и метангидратсодержащих осадков (рук. Г.М. Островский, Е.Г. Аксёнова и А.Ю. Ива-ненко;
           получена серебряная медаль на выставке «Интенсификация – 90» в 1988 г.; с 28.08 по 10.09. 1990 г. экспонирование на международной выставке «Океан – зона мира и сотрудничества» в Дамаске (Сирия));
           . методы расчёта и проектирования установок струйной аэрации и озонирования жидких сред, а также очистки сточных вод от нефтепродуктов и твёрдых примесей (рук. М.А. Яблокова, С.И. Петров);
           . методы расчёта и проектирования систем подготовки водотопливных эмульсий к сжиганию в котлах судовых двигателей и стационарных котельных (рук. В.А. Некрасов);
           . пульсационные резонансные технологии при проведении обменных и реакционных процессов в неоднородных средах (рук. Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев).
           Здесь уместно привести некоторые примеры из перечисленных научных направлений, которые дадут более детальное представление о профессиональном уровне научной деятельности кафедры.
           В рамках 4-го направления на кафедре проводились исследования эффекта волны разрушения в зернистых средах. В кратчайшие сроки эффект был реализован для разгрузки остатков порошкообразного сырья из железнодорожных цистерн.
           Толчком к началу работ послужила неблагоприятная практика, сложившаяся в нашей стране на железнодорожном транспорте – рост остатков порошкообразного груза после пневматической разгрузки железнодорожных цистерн. Для сотрудников кафедры было очевидно: при сложившейся технологии перевозки и выгрузки материалов кардинально изменить ситуацию может только применение эффекта волны разрушения.
           Проблема для железной дороги оказалась настолько острой, что от идеи до внедрения прошло чуть более месяца, и на станции «Ушаки» Октябрьской железной дороги было разгружено в течение 5 дней 40 вагонов-цистерн, «по горло» забитых известковой мукой и скопившихся в тупике как непригодные к разгрузке.
           Другой пример связан с технологией подъёма метангидратсодержащих осадков с морского дна (5-е направление).
           Поскольку кафедра имела достаточно хороший опыт по моделированию газожидкостных потоков, ей было поручено заказчиками – ЦКБ «Океангеотехника» и НПО «Южморгеология» – разработать технологию эрлифтного подъёма метангидратсодержащих осадков.
           Как известно, при анаэробном (без доступа кислорода) разложении биопродуктов образуется метан, которым, в частности, парят болота и городские свалки.
           При давлении 70 атм и температуре 9°С метан образует физическую связь с водой.
           Такую систему называют газогидратом. По внешнему виду газогидрат похож на обычный лёд, плотность его чуть меньше плотности воды, а при таянии 1 м 3 такого «льда» выделяется 160 м 3 метана. На дне морей и океанов, где глубина превышает 700 м, как раз и создаются хорошие условия для образования газогидратных осадков. В частности, на дне Чёрного моря запасы отложения метангидратсодержащих осадков имеют перспективу промышленной добычи метана.
           Сущность предложения кафедры сводилась к следующему. Подводная техника дробит метангидратный «лёд». Куски «льда» засасываются в эрлифтную трубу подъёмника и транспортируются вверх. После подъёма до отметки 700 м от поверхности моря условия существования газогидрата нарушаются и метан начина-ет интенсивно выделяться из «льда». При этом за оставшиеся 700 м транспортирования метана выделяется такое количество, что эрлифт работает без подвода энергии извне. Разработки кафедры реализовались в несколько патентов, а также в методологию расчётов и проектирования установок эрлифтного подъёма рудных материалов с морского дна.
           Последнее – 8-е научное направление – признаётся коллективом кафедры как весьма перспективное. Оно основано на использовании внешних управляемых пульсационных воздействий, при которых частота колебаний возбуждающей силы соответствует частоте собственных колебаний системы «аппарат – обрабатываемая многофазная среда» и (или) согласована с максимальным массоэнерго-переносом либо в самой неоднородной среде, либо на её границах (например, на стенках аппарата).
           Возникающие при этом преимущества в сравнении с традиционной аппаратурой связаны, в первую очередь, с существенной интенсификацией массоэнергопереноса и снижением дисперсии комплекса параметров, определяющих протекание процессов, например, относительной скорости фаз, объёмной доли и размеров деформируемых капель и пузырей, времени пребывания реагирующих фаз в аппарате.
           Как следствие упомянутых преимуществ, следует отметить снижение энергозатрат, повышение качества получаемых продуктов, снижение габаритов химич еской аппаратуры.
           Это научное направление выкристаллизовывалось на кафедре в течение 20 лет. В последние 10 лет оно развивалось при сотрудничестве нашего института с Германским университетом в г. Халле (Saale). В настоящее время данное направление из стен лабораторий, при совместном сотрудничестве кафедры и германской фирмы «ResoTec», перешло в стадию промышленных испытаний в цехах более десятка германских фирм (среди которых наиболее известны «Glatt» и «Henkel») в виде различных технических решений. Это: экстракция в системах «жидкость-жидкость» и «жидкость-твёрдое» растворение твёрдых частиц в жидкости; тепло-массообменные процессы в псевдоожиженных слоях порошков; различ ные сорбционные процессы; микрофильтрация; реакционные и обменные процессы в газожидкостных средах и пр.
           По результатам этих работ в Германии в г. Халле в сентябре 2002 г. была проведена первая международная конференция. В том же году действующая модель барбортажного резонансного аппарата экспонировалась на международной выставке в г. Ганновер (Германия). В настоящее время к этому направлению подключ ился и университет в г. Магдебурге. Подобное сотрудничество университетов позволяет студентам и аспирантам проходить стажировки на основе взаимообмена.
           В последние годы на кафедре интенсивно развиваются методы численного решения задач механики неоднородных сред. Следует отметить, что кафедра добилась заметных успехов на этом поприще. В качестве примера можно привести ряд задач:
           . трёхмерное моделирование газожидкостной турбулентной среды в барботажной колонне (рук. Г.М. Островский, А.Ю. Иваненко, заказчик ООО «КИНЕФ» для колонны окисления битума);
           . моделирование перемешивания многокомпонентной суспензии в аппаратах большой единичной мощности (рук. И.В. Доманский, заказчик ООО ВАМИ для декомпозёра диаметром 12 м и высотой 30 м);
           . моделирование пневмотранспортной системы для раздачи порошкообразного материала из одной точки к потребителям (рук. Г.М. Островский, В.А. Некрасов, А.Ю. Иваненко, заказчик ООО «ИРКАЗ» для раздачи глинозёма к электролизным ваннам);
           . моделирование пульсационного резонансного экстрактора и протекающих в нем процессов пропитки капиллярно-пористых частиц и экстрагирования из них целевого вещества (рук. Р.Ш. Абиев, грант Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук).
           Объем научно-исследовательских работ, выполняемых сотрудниками кафедры по хоздоговорной и госбюджетной тематике, в настоящее время составляет около 700000 рублей в год.
           За 55 лет существования кафедры ее сотрудниками было опубликовано свыше тысячи научных трудов, в том числе девять монографии, более 150 статей в академических журналах. Получено свыше ста авторских свидетельств и патентов на изобретения, многие из которых внедрены в производство. Сотрудники кафедры часто выступают с докладами на всероссийских и международных научно-технич еских конференциях и симпозиумах.
           Из среды выпускников кафедры вышли известные ученые, руководители производств и общественные деятели: заслуженные деятели науки и техники РФ В.И. Коновалов и А.И. Ершов, члены-корреспонденты Инженерной академии С.А. Плюшкин и Академии холода В.Б. Тишин.
           Кафедра широко развивала международные связи и приобрела известность за рубежом, подготовив большую группу специалистов для Болгарии, Венгрии, Германии, Кубы, Китая и Польши. На кафедре проходили стажировку ведущие преподаватели вузов из городов Мерзебург (Германия), Пардубице (Чехия), Ополе (Польша), Сантьяго-де-Куба (Республика Куба).
          
Кого готовит
          Кафедра является одним из ведущих в стране подразделений по подготовке инженеров-механиков для химической промышленности. Ее сотрудники внесли ряд новых идей в разработку учебных планов по специальности 17.05 "Машины и аппараты химических производств". Наряду с усилением общеинженерной подготовки за счет курсов "Гидравлика и гидравлические машины" (проф. И. В. Доманский) и "Гидромеханика неоднородных сред" (проф. Г. М. Островский), был расширен круг специальных дисциплин, в который в настоящее время входят: "Основное технологическое оборудование", "Технология микробиологических производств" (проф. В. Н. Соколов), "Технология производств стройматериалов" (доц. В. А. Некрасов), "Явления переноса" (проф. И. В. Доманский), "Качество и надежность технологического оборудования" (проф. Г. М. Островский), "Проектирование цехов химических предприятий", "Ремонт и монтаж технологического оборудования" (доц. С. И. Петров), "Компьютерная информатика", "Анализ и техника эксперимента" (доц. А. Ю. Иваненко), "Базы данных и алгоритмизация расчетов технологического оборудования" (доц. Р. Ш. Абиев), "Методы контроля качества окружающей среды", "Оборудование для очистки сточных вод и газовых выбросов" (проф. М. А. Яблокова).
          Это дало возможность на завершающей стадии обучения ориентировать студентов в зависимости от будущего места их работы по четырем специализациям:
          - 17.05.02 "Машины и аппараты химических производств";
          - 17.05.04 "Биотехника";
          - 17.05.08 "Машины и оборудование предприятий стройматериалов, изделий и конструкций";
          - 17.05.09 "Оборудование промышленной экологии".
          За время существования кафедры подготовлено более 3000 специалистов. Ее выпускники успешно работают на предприятиях химической, нефтеперерабатывающей, микробиологической, фармацевтической и пищевой промышленности, на машиностроительных заводах, в проектных организациях, конструкторских бюро, научно-исследовательских институтах, вузах, вычислительных центрах. В последние годы многие из них успешно выступили в роли организаторов бизнеса в сферах науки и научного обслуживания, производства строительных материалов, товаров народного потребления и др.
          Кафедра имеет четыре учебные лаборатории общей площадью около 250 м2. Лаборатория гидравлики признана лучшей вузовской лабораторией данного профиля в стране. Парк вычислительной техники включает семь персональных компьютеров класса "Pentium".
          Кафедра проводит большую работу по подготовке учебных пособий и монографий, из которых особо следует отметить: "Оборудование заводов лакокрасочной промышленности" Н. А. Козулина и И. А. Горловского; "Технология производств и переработки пластических масс" Н. А. Козулина, А. Я. Шапиро, Р. К. Гавуриной; "Газожидкостные реакторы" В. Н. Соколова и И. В. Доманского; "Пневмотранспорт сыпучих материалов" Г. М. Островского; "Аппаратура микробиологической промышленности" В.Н. Соколова и М.А. Яблоковой; "Машины и аппараты химических производств" В. Н. Соколова, И. В. Доманского, В. П. Исакова, Г. М. Островского и А. С. Решанова (этот задачник переиздавался дважды и используется во многих вузах страны).

Научно-исследовательские работы
          При кафедре существует научно-исследовательская лаборатория химической техники (НИЛ ХТ), оснащенная экспериментальными стендами и современными приборами. В ней проводятся научные исследования по госбюджетной тематике, по научно-техническим программам и грантам, а также на основе хозяйственных договоров с предприятиями и организациями. НИЛ ХТ является базой для углубления и расширения специальных учебных курсов, для их совершенствования в соответствии с передовыми достижениями науки и техники.
          Научные интересы кафедры длительное время были сосредоточены на исследованиях и разработке газожидкостных химических реакторов и ферментаторов (руководитель - В. Н. Соколов), пленочных испарителей и массообменных аппаратов (руководитель - И. В. Доманский), пневмотранспортных установок (Г. М. Островский). В последнее время исследования нацелены на создание эффективной аппаратуры для очистки сточных вод (В. Н. Соколов и М. А. Яблокова), пульсационно-резонансных аппаратов для обработки жидкофазных и сыпучих сред (Г. М. Островский и Р. Ш. Абиев), оборудования с нестандартными механическими перемешивающими устройствами (И. В. Доманский).
          Научные исследования проводятся преподавателями и аспирантами кафедры при непосредственном участии студентов и завершаются написанием научно-технических отчетов, статей, оформлением заявок на изобретения, внедрением новой аппаратуры в промышленность.
          Под руководством В. Н. Соколова разработан широко известный газлифтный аппарат для газожидкостных реакций с высоким тепловым эффектом, внедренный на химических предприятиях Тулы, Могилева, Саки, Темиртау. На Кировском биохимическом заводе внедрен коробовый флотатор для концентрирования суспензий кормовых дрожжей. На Октябрьской железной дороге реализуется способ пневморазгрузки цистерн от слежавшихся порошкообразных материалов, предложенный Г. М. Островским. Системы струйной аэрации жидкостей, разработанные В. Н. Соколовым и М. А. Яблоковой, используются на предприятиях Могилева и Санкт-Петербурга.
          Творческие научные коллективы сотрудников кафедры неоднократно выигрывали конкурсы на получение грантов и другого государственного финансирования. В 1997-98 годах выполняются работы по хоздоговору с ЗАО "РЭП Водоканал", по межвузовским научно-техническим программам "Теоретические основы химической технологии", "Конверсия и высокие технологии" и по гранту Министерства общего и профессионального образования РФ.
          Очной и заочной аспирантурой на кафедре за полвека подготовлено более ста кандидатов технических наук. Ученая степень доктора технических наук была присуждена одиннадцати выпускникам и сотрудникам кафедры: Н. А. Козулину, В. Н. Соколову, И. В. Доманскому, В. И. Коновалову, А. И. Ершову, И. Н. Таганову, В. Б. Тишину, В. П. Меткину, Л. Г. Григоряну, Г. М. Островскому, М. А. Яблоковой.

          За 50 лет существования кафедры ее сотрудниками было опубликовано свыше тысячи научных трудов, в том числе четыре монографии, более 150 статей в центральных журналах. Получено свыше ста авторских свидетельств и патентов на изобретения, многие из которых внедрены в производство. Сотрудники кафедры часто выступают с докладами на всероссийских и международных научно-технических конференциях и симпозиумах.
          Разработки ученых кафедры неоднократно отмечались наградами. Профессор Н. А. Козулин за успехи в педагогической и научно-исследовательской работе в 1963 году был награжден орденом "Знак Почета". Медалями ВДНХ СССР отмечены разработки "Кожухотрубный газлифтный реактор" (В. Н. Соколов и Ю. К. Геллис, 1961 г.), "Барботажный экстрактор" (В. Н. Соколов и Б. Алиматов, 1984 г.), "Установка газлифтного транспортирования жидких сред" (Г. М. Островский и Е. Г. Аксенова, 1990 г.). В 1996 году профессору В. Н. Соколову за высокие научные достижения и большой вклад в развитие промышленности было присвоено почетное звание "Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации".
          Выпускниками кафедры являются многие известные ученые: заслуженные деятели науки и техники РФ В. И. Коновалов и А. И. Ершов, академик Нью-Йоркской академии наук И. В. Давыдов (в настоящее время работает заведующим лаборатории процессов и аппаратов ВАМИ), член-корреспондент Инженерной академии наук С. А. Плюшкин.
          Разносторонняя подготовка выпускников к научной и практической деятельности позволила им стать видными политическими руководителями, как, например, бывший мэр г. Новгорода А. Н. Шведчиков и бывший консул Республики Куба в Санкт-Петербурге Х. Карбонель.
          Кафедра широко развивала международные связи и приобрела известность за рубежом, подготовив большую группу специалистов для Болгарии, Венгрии, Германии, Польши и Кубы. На кафедре проходили стажировку ведущие преподаватели вузов из городов Мерзебург (Германия), Пардубице (Чехия), Ополе (Польша), Сантьяго-де-Куба (Республика Куба).