Глазами Монжа-Бертолле

Тем временем новосибирский химзавод параллельно разрабатывал конструкцию обычным путем. Монтаж, налаживание и пуск одной лишь опытной установки отняли почти год. Предстояла следующая стадия — создание и освоение полупромышленной установки. Только после этого можно было приступать к проектированию заводского аппарата. Сколько времени длилась бы эта томительная процедура, если бы не химики-математики?

Вместо пятнадцати лет за три года. Вот что значит математическое моделирование, этот чудесный катализатор большой химии.

Математическое моделирование химических процессов на электронных машинах уже сегодня позволяет сократить 10–15-летний путь от пробирки к заводу в пять раз. Это значит, в пять раз скорее промышленность может получить пластмассовые детали, сельское хозяйство — удобрения и ядохимикаты. Это значит, во много раз ускорить выполнение грандиозных планов по развертыванию строек большой химии и ее ударного фронта — химии плодородия.

Летом 1963 года в Новосибирске проходила 1-я Всесоюзная конференция, посвященная моделированию химических процессов. Это был настоящий форум молодости. И не только потому, что средний возраст большинства ученых в Академгородке — 25–30 лет. Сами идеи были под стать участникам — юны, свежи, озорны. Сколько раз с трибуны в зал смотрели проницательные и вдохновенные глаза Монжа-Бертолле!

Одним из самых активных участников конференции был младший научный сотрудник Института катализа Владимир Бесков. Химик, одержимый математическими идеями, он регулярно выступает и в местной печати как талантливый популяризатор.

«Современный технолог должен хорошо владеть математикой, — пишет и доказывает собственным примером Владимир Бесков, — должен знать математический анализ и современную вычислительную математику, вариационное исчисление и динамическое программирование, аппарат математической физики и методы теории автоматического регулирования».

Побольше бы нашей химии таких энтузиастов! Подумать только: уж если в неторопливую эпоху от Бертолле до Курнакова союз химии и математики принес богатые плоды, то что будет сейчас, когда на дворе XX век — стремительный в своем электронном быстродействии! Какие сдвиги сулит математика народному хозяйству!

Институтом катализа совместно с Научно-исследовательским институтом мономеров синтетического каучука был рассчитан на электронных машинах новый оптимальный режим для получения дивинила из бутилена. Он позволяет повысить выход чуть ли не в два раза и снизить стоимость продукции. Результаты расчетов убедительно доказали, что необходимо в корне переделать спроектированный обычным способом реактор для дегидрирования бутана.

Да, переделать! Ибо эти рекомендации исходят от умной машины, которая, как это ни грустно для человеческого сознания, оказалась более предусмотрительной, более проницательной и смекалистой.

В настоящее время Институт катализа и Институт математики Сибирского отделения АН СССР располагают рядом типовых программ для расчета химических аппаратов. Но этого мало! Нужна целая библиотека стандартных математических моделей и совершенных программ.

— У нас, — говорит Боресков, — уже рассчитаны или рассчитываются оптимальные конструкции контактных аппаратов и оптимальные режимы работы для многих процессов: производства серной кислоты, аммиака, окисления этилена, синтеза высших спиртов из окиси углерода и водорода, дегидрирование бутилена, получение нитрила акриловой кислоты.

Малопонятные словосочетания, что поделаешь.

Но это новые цехи по производству удобрений, ядохимикатов, каучука, пластмасс, красителей, медикаментов. И не просто новые, а работающие с более высокой производительностью и низкой себестоимостью, чем прежние, созданные без участия электронных консультантов. Нужно ли говорить, что значит каждый процент экономии в условиях гигантского размаха, который приняло у нас строительство предприятий большой химии?

Серная кислота. Хлеб современной химии. Трудно назвать химический процесс, где бы не участвовал этот важный продукт. Современная технология сернокислотного производства отрабатывалась более полувека. Казалось бы, здесь нет места усовершенствованиям. Но вот за дело принялась группа химиков нашего института и математиков вычислительного центра. Решалась сложная задача: сколько слоев и какое количество катализатора наиболее выгодны? Какова должна быть температура между слоями? Предстояло определить также степень превращения веществ на всех стадиях.

Систему уравнений вручили электронной машине. Она расправилась с ними за десять минут. И что же? Три процента. Настолько возрастет выпуск продукции, если перейти на рассчитанный нами оптимальный режим. Три процента — много или мало? Это равносильно сооружению нескольких новых заводов, и довольно крупных. А достигается такая экономия без всяких дополнительных затрат!

И это далеко не единственная иллюстрация огромных возможностей, которые несет в себе машинная математизация самой революционной науки нашего времени.

Полиэтилен. Король пластиков. И одновременно чернорабочий — мастер на все руки. Ему отведена львиная доля в производстве полимеров в самые ближайшие годы. А получается он пока что не самым совершенным способом. Процесс состоит из многочисленных стадий. И очень трудоемок. Между тем именно математическое моделирование показало, что его можно существенно упростить. Разработан оригинальный метод суспензионной полимеризации, который позволяет безболезненно отказаться от двух стадий производства: предварительной очистки растворителя и последующего отделения растворителя от полимера. Новый способ успешно испытывается в Баку.

Сбережение человеческих сил и материальных средств, энергии и времени. Какой рачительный производственник этого не желает! Однако математические расчеты так и останутся стопкой бумаги с набором символических цифр, пока за дело не возьмутся проектировщики, чтобы облечь абстрактные схемы и формулы в стальную и бетонную плоть.

Прискорбно, но факт: химия оказалась менее подготовленной к вторжению электронных машин, чем другие области техники и технологии. Отчасти такое положение объясняется отсутствием специальных кадров. Особенно остро ощущается этот недостаток в Сибири.

Вузы страны каждый год выпускают математиков-исследователей. Однако неутолима жажда нашей науки, техники, промышленности. Стоит ли удивляться, что проблемами химии занимается так мало математиков — раз, два, и обчелся?

Спрашивается, а разве химические вузы не могли бы готовить кадры по профилю «математическая химия»?

От желающих идти в химию нынче отбоя нет. Только почему-то многие мыслят свое будущее место в химии довольно однобоко. Восемь-девять из десяти намерены стать инженерами-химиками. Непременно. И не иначе, как на гигантском химическом комбинате. А ученым-исследователем? И не на капитанском мостике в цехе, а в стеклянном царстве лаборатории под боком у умных машин?

Спросите у школьников: хотят ли они пойти в математическую химию? В ответ почти наверняка воцарится робкое молчание. Нет, не потому, что не хотят. Потому что, как правило, просто не знают, о чем речь.

Топологическая химия. Квантовая химия и биология. Передовые эшелоны широкого фронта химических исследований. Они ждут своих новобранцев.

Спору нет, увлекательно работать в новой области, где сошлись пути двух древних наук, где перед творческой инициативой открываются широчайшие горизонты. Непочатый край исследований, результаты которых с нетерпением ждет страна. Тысячи молодых специалистов-химиков приходят ежегодно в наши исследовательские лаборатории. Какой-то процент из них мог бы посвятить себя математической химии, или, если угодно, химической математике.

Но дело не в названии. Современной химии нужны люди, грамотно разбирающиеся в машинной математике.

Химизация, умноженная на математизацию?

Скорейшему выполнению планов химизации способствуют именно математические методы, умножающие творческую мощь наших ученых и инженеров. Они намного убыстряют внедрение новой химической технологии.