Научная статья на тему 'МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И ОБЪЯСНЕНИЙ РЯДА ПРЕДМЕТОВ И ДИСЦИПЛИН ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ'

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И ОБЪЯСНЕНИЙ РЯДА ПРЕДМЕТОВ И ДИСЦИПЛИН ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
57
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИНЖЕНЕРНЫЕ ПРОЦЕССЫ / МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ / ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Ахтямов Э.К., Мовсумзаде Э.М., Пахомов С.И., Мовсумзаде Н.Ч., Пушина Л.А.

В работе представлены отдельные предложения по математическому оформлению инженерных процессов, расчетам инженерных конструкций, решению инженерных задач, определению ряда физических и технологических инженерных параметров, а также математическим расчетам оптимизации инженерных процессов. Рассматриваются возможности глубокой интеграции математических знаний, предполагающей объединение и освоение обучающимися ценностей, логики и использования знаний о техносфере. Активирована роль цифровых, математических и компьютерных знаний при обучении по профилю подготовки, а также освещены основные вопросы перестройки содержания инженерных дисциплин на основе обогащения цифровыми информационными технологиями.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Ахтямов Э.К., Мовсумзаде Э.М., Пахомов С.И., Мовсумзаде Н.Ч., Пушина Л.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MATHEMATICAL EXPLANATION OF REGULARITIES AND MEANINGS OF A NUMBER OF SUBJECTS AND DISCIPLINES OF ENGINEERING EDUCATION

The paper presents separate proposals for the mathematical design of engineering processes, calculations of engineering structures, solving engineering problems, determining a number of physical and technological engineering parameters, as well as mathematical calculations for optimizing engineering processes. The possibilities of deep integration of mathematical knowledge, involving the unification and development of values, logic and the use of knowledge about the technosphere by students are considered. The role of digital, mathematical and computer knowledge in teaching according to the profile of training is activated, and the main issues of restructuring the content of engineering disciplines on the basis of enrichment with digital information technologies are highlighted.

Текст научной работы на тему «МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И ОБЪЯСНЕНИЙ РЯДА ПРЕДМЕТОВ И ДИСЦИПЛИН ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ»

УДК 378.1

https://doi.org/10.24412/0131-4270-2021-2-3-89-95

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И ОБЪЯСНЕНИЙ РЯДА ПРЕДМЕТОВ И ДИСЦИПЛИН ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

MATHEMATICAL EXPLANATION OF REGULARITIES AND MEANINGS

OF A NUMBER OF SUBJECTS AND DISCIPLINES OF ENGINEERING EDUCATION

Э.К. Ахтямов1, Э.М. Мовсумзаде1 2, С.И. Пахомов3, Н.Ч. Мовсум-заде4, Л.А. Пушина5, В.С. Селезнев2, В.Д. Любимова2, К.И. Кобраков2, Г.Ю. Колчина6

1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия

E-mail: erik-ah@mail.ru

ORCID: http://orcid.org/ 0000-0002-7267-1351, E-mail: eldarmm@yahoo.com

2 Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), 117997, Москва, Россия

ORCID: http://orcid.org/ 0000-0002-7267-1351, E-mail: eldarmm@yahoo.com, E-mail: Sinntezz@mail.ru, E-mail: lubimova-valery@mail.ru, Е-mail: kobrakovk@mail.ru

3 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, 125009, Москва, Россия

4 Институт информационных технологий НАН Азербайджана, AZ1141, г. Баку, Азербайджанская Республика

5 Удмуртский государственный университет, 426034, г. Ижевск, Россия ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7270-4195,

E-mail: lioubov.pouchina@gmail.com

6 Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета, 453103, г. Стерлитамак, Россия

ORCID: http://orcid.org/0000-0003-2808-4827, E-mail: kolchina.GYu@mail.ru

Резюме: В работе представлены отдельные предложения по математическому оформлению инженерных процессов, расчетам инженерных конструкций, решению инженерных задач, определению ряда физических и технологических инженерных параметров, а также математическим расчетам оптимизации инженерных процессов. Рассматриваются возможности глубокой интеграции математических знаний, предполагающей объединение и освоение обучающимися ценностей, логики и использования знаний о техносфере. Активирована роль цифровых, математических и компьютерных знаний при обучении по профилю подготовки, а также освещены основные вопросы перестройки содержания инженерных дисциплин на основе обогащения цифровыми информационными технологиями.

Ключевые слова: инженерные процессы, математическое оформление, информационные технологии.

Для цитирования: Ахтямов Э.К., Мовсумзаде Э.М., Пахомов С.И., Мовсум-заде Н.Ч., Пушина Л.А., Селезнев В.С., Любимова В.Д., Кобраков К.И., Колчина Г.Ю. Математическое выражение закономерностей и объяснений ряда предметов и дисциплин инженерного образования // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021. № 2-3. С. 89-95.

DOI: 10.24412/0131-4270-2021-2-3-89-95

Благодарность: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта по гранту № 1929-07471 мк.

Eric K. Akhtyamov1, Eldar M. Movsumzade1,2, Sergey I. Pakhomov3, Nazrin CH. Movsum-zade4, Lyubov A. Pushina5, Valeria D. Lyubimova2, Vladislav S. Seleznev2, Konstantin I. Kobrakov2, Galina YU. Kolchina6

1 Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia E-mail: erik-ah@mail.ru

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7267-1351, E-mail: eldarmm@yahoo.com

2 Kosygin Russian State University (Technology. Design. Art) 117997, Moscow, Russia

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7267-1351, E-mail: eldarmm@yahoo.com E-mail: Sinntezz@mail.ru, E-mail: lubimova-valery@mail.ru, E-mail: kobrakovk@mail.ru

3 Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, 125009, Moscow, Russia

4 Institute of information technology of NAS of Azerbaijan, AZ1141, Baku, Azerbaijan Republic

5 Udmurt State University, 426034, Izhevsk, Russia ORCID: ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7270-4195, E-mail: lioubov.pouchina@gmail.com

6 Sterlitamak branch of the Bashkir State University, 453103, Sterlitamak, Russia

ORCID: http://orcid.org/0000-0003-2808-4827, E-mail: kolchina.GYu@mail.ru

Abstract: The paper presents separate proposals for the mathematical design of engineering processes, calculations of engineering structures, solving engineering problems, determining a number of physical and technological engineering parameters, as well as mathematical calculations for optimizing engineering processes. The possibilities of deep integration of mathematical knowledge, involving the unification and development of values, logic and the use of knowledge about the technosphere by students are considered. The role of digital, mathematical and computer knowledge in teaching according to the profile of training is activated, and the main issues of restructuring the content of engineering disciplines on the basis of enrichment with digital information technologies are highlighted.

Keywords: engineering processes, mathematical design, information technologies.

For citation: Akhtyamov E.K., Movsumzade E.M., Pakhomov S.I., Movsum-zade N.CH., Pushina L.A., Akhtyamov E.K., Lyubimova V.D., Seleznev V.S., Kobrakov K.I., Kolchina G.YU. MATHEMATICAL EXPLANATION OF REGULARITIES AND MEANINGS OF A NUMBER OF SUBJECTS AND DISCIPLINES OF ENGINEERING EDUCATION. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2021. no. 2-3, pp. 89-95.

DOI: 10.24412/0131-4270-2021-2-3-89-95

Acknowledgments: The reported study was funded by RFBR according to the research project No 19-29-07471 mk.

Использование математических методов в инженерно-техническом образовании предполагает формирование у будущих инженеров действенного математического аппарата решения инженерных задач.

Математизация подразумевает под собой не только раскрытие математических знаний самих по себе, что в значительной степени снижает их ценность для студентов и усложняет их понимание, но и приведение содержания дисциплины «Математика» к потребностям инженерных специалистов. Математизация предполагает создание математической подготовки, объединяющей фундаментальные математические знания с типами инженерных задач и раскрывающей возможности их решения. Это существенно усиливает практическую ориентацию математической подготовки и в рамках собственной инженерной составляющей подводит фундаментальную математическую базу под ее подготовку.

Математизация и разработка математического моделирования технологических процессов в технологии добывающих и перерабатывающих производств являются основными методами решения задач оптимизации. Поэтому нами предлагается введение основных методов математических расчетов, оформлений и решений при изучении некоторых инженерных специальностей, что является важным и необходимым. К такому ряду специальностей можно отнести технологию бурения и добычи нефти и газа, переработку нефти и химическую технологию, нефтехимию, экономику нефтегазовой отрасли, транспорт и хранение нефти и газа. Представленные специальности и направления являются основными в нефтяном инженерном образовании, математизация которых просто необходима.

Метод математического моделирования применяют при изучении свойств процессов, для которых имеется достаточно точное математическое описание. При этом важно учесть степень полноты математического описания, освещающего все основные стороны моделируемого процесса и все числовые значения параметров этих уравнений. Этап установления адекватности модели является заключительным в последовательности этапов, выполняемых при ее разработке.

Математическое моделирование технологических операций, расчет параметров процессов, осуществляемых на микропроцессорном уровне с помощью ЭВМ, позволили четко управлять ими. Исследование возможностей математического аппарата в различных процессах органического синтеза, изучение математических методов на отдельных примерах (использование экспериментально-математических методов в реакциях галогенирования, полимеризации, циклизации, комплексообразования, в определении структуры и строения атомов и молекул) постоянно совершенствуются и развиваются. Однако развитие математических методов при изучении химических реакций требуют постоянного поиска новых методик, способствующих глубокому исследованию характера как выявлению оптимальных условий протекания реакций, так и определению свойств и параметров исследуемых соединений.

Надо отметить, что с применением статистических методов планирования целью исследования является получение математического описания процессов в оптимальной области. Полученные таким способом математические модели могут быть использованы не только для выявления

оптимальных режимов, но и как источник информации, необходимый для создания систем оптимального управления процессом.

В основе применения статистических методов планирования для оптимизации технологических процессов лежит понятие о «черном ящике», заимствованное из кибернетики. Абстрагируясь от вопросов, связанных с механизмом процесса, технолог строит математическую модель по экспериментальным данным, а затем использует ее для разработки оптимальных режимов.

Родоначальником статистического планирования экспериментов является английский ученый Р.Дж. Фишер. В современной форме планирование экстремальных экспериментов начало развиваться после выхода в свет в 1951 году первой работы Дж. Бокса и К. Уилсона. В нашей стране методы статистического планирования экспериментов с целью оптимизации технологических процессов начали применяться после опубликования в 1960 году работы В.В. Налимова [1]. При изучении статистического планирования надо отметить, что основными недостатками математических моделей, полученных с помощью классического регрессионного анализа, являются корреляция между коэффициентами и трудности в оценке ошибки расчетного значения параметров оптимизации. Недостатки классического регрессивного анализа затрудняют его применение ввиду осложнений физико-химической интерпретации уравнений регрессии, их переменных и эффектов их взаимодействия. Наряду с этим регрессионный анализ является весьма эффективным с точки зрения математической статистики и удобным для экспериментатора методом, позволяющим представить всю полученную из экспериментов информацию о процессе в компактной форме. Ввиду этого постоянно предпринимались попытки устранить тем или иным способом недостатки классического регрессионного анализа. Например, вычислительные трудности в значительной мере удается устранить благодаря применению ортогональных полиномов П.Л. Чебышева [2] или графоаналитического метода [3].

После выхода в свет работ Дж. Бокса и К. Уилсона [4], Дж. Бокса и У. Хантера, а также других ученых появилась возможность создания нового направления - статистического планирования экспериментов, в основу которого было положено:

- использование упорядоченного плана расположения точек в факторном пространстве;

- переход к новой системе координат.

Использование статистических планов дает исследователю не только возможность устранить основные недостатки классического регрессионного анализа, но и значительно повысить эффективность эксперимента.

Объекты нефтехимии и связанные с ними химические предприятия в процессе исследования подвергаются физическим и математическим анализам. Как пример могут служить расчеты материальных и тепловых балансов реакций, подтверждение строения и структуры соединений физическими методами анализа. Таким образом, важное место занимает математический аппарат.

Если обратиться к квантово-химическим расчетам (КХР) параметров молекул еще на заре их становления в 19601970-х годах они являлись скорее исключением, чем правилом. В настоящее же время они стали обыденным

методом, владение которым обязательно для профессионального специалиста. Это и является в настоящее время математизацией, компьютеризацией, естественно, цифровиза-цией. КХР получили новую оценку в период всеобъемлющих информационных технологий. Так, за последние десятилетия их уровень значительно повысился, что связано со следующими причинами:

- во-первых, в последнее время стали общедоступными высокопроизводительные персональные компьютеры, позволяющие проводить достаточно сложные квантово-химические исследования;

- во-вторых, широкое распространение получили эффективные и доступные исследователю пакеты программ КХР (GAUSSIAN, Ampac, GAMESS, Hyperchem и др.);

- в-третьих, КХР позволяют получить физико-химическую информацию, которую сложно или невозможно получить с помощью других, в том чтсле и экспериментальных методов.

Таким образом, все большее число химиков, физиков убеждается не только в полезности, но и в необходимости проведения квантово-хи-мических исследований в органической химии. Однако немаловажное значение имеет и несовершенство методов КХР, основанных на приближенном решении уравнения Э. Шредингера и ограничивающихся возможностями компьютерной техники. Следовательно, квантовую химию не следует противопоставлять традиционной экспериментальной органической химии как метод изучения органических соединений и их взаимопревращений. В то же время было бы неправильным игнорировать роль квантовой химии при корректном ее использовании. Таким образом, квантовая химия не заменяет собой традиционные методы органической химии, а является одним из основных инструментов (таким же как, например, спектроскопические методы) в исследованиях органических соединений и их превращений. Как и любой метод исследования, она характеризуется специфичными для нее областями применения, позволяющими наиболее полно реализовать преимущества метода и получать достоверную научную информацию.

В последние годы очевидный прогресс демонстрируют исследования в области синтеза и модификации энергетически обогащенных полимеров. Целлюлоза и ее производные являются одними из интересных и практически полезных полимеров, представляющих перспективные соединения для современной химии и технологии полимеров. Большим потенциалом для прививки на целлюлозу обладают акрилонитрил и акриловая кислота.

Таблица 1

Геометрические характеристики целлюлозы и ее производных, рассчитанные методом ^/6-31Ш, р)

Соединение (C6H10°s)n (C6H10O5)n+ акрилонитрил (C6H10Os)n+ акриловая кислота

l, А

О1-С2 1,406 1,407 1,418

С2-С3 1,526 1,526 1,526

С3-С4 1,526 1,526 1,524

С4-С5 1,522 1,521 1,535

С5-С6 1,526 1,532 1,543

С6-°1 1,400 1,394 1,410

С5-°10 1,392 1,403 1,419

С4-°9 1,407 1,406 1,424

С2-С7 1,521 1,517 1,526

С7-С8 1,401 1,401 1,414

С6-°4 1,369 1,369 1,384

Валентный угол, град.

ZO1C2C3 109,93 108,97 110,24

ZC2C3C4 109,45 110,18 110,11

ZC3C4C5 110,68 110,54 110,27

ZC4C5C6 110,21 110,50 110,37

ZC5C6O1 108,83 109,65 110,68

ZC6O1C2 115,77 114,38 115,52

ZC2C7O8 111,72 113,014 112,78

ZC4C5C6O10 -121,76 -119,60 -116,29

ZC3C2O1 С7 -123,49 -121,89 -120,38

ZC2O1C6O11 175,0 172,50 179,66

ZC3C4C5C6 -53,56 -57,72 -52,22

ZC6O1C2C3 61,59 62,94 59,86

В работе приводятся результаты расчета геометрических, электронных и термодинамических параметров и анализ реакционной способности целлюлозы и ее производных. Исследуемые молекулы были оптимизированы и рассчитаны с использованием неограниченного метода Хартри-Фока в базисе 6-31^, р).

Макромолекула целлюлозы состоит из пиранозных циклов, повернутых друг относительно друга на 179,95° и стабилизированных водородными связями гидроксильных групп у 2, 4 и 5-го атомов углерода. Циклы имеют форму кресел, находящихся в экваториальной ориентации. Но атомы С6 и С3 не лежат в одной плоскости. Отталкивание атомов водорода у данных атомов приводит к увеличению валентных углов ZС6О1С2 114,38-115,77° [5] (табл. 1).

Торсионные углы в исследуемых молекулах равны 51,72...53,56° вместо 60° для совершенной конформации кресла, а аксиальные связи С-Н не параллельны, а отклонены на 1-2° наружу. На рис. 1 показана модель строения двух звеньев целлюлозы с акрилонитрильными фрагментами. Длины связей С-С и С-Н в цикле составляют соответственно 1,521-1,543 А и 1,09 А, а ZССС равны 109,45-110,68°.

Введение в структуру целлюлозы фрагментов акриловой кислоты и акрилонитрила оказывает влияние на значения длин связей С2-С7, С7-С8 и валентного и диэдраль-ного углов ZС2С7О8 и ZС3С2О1С7 соответственно 112,78113,014° и 120,38-121,89°.

Рассчитаны энергетические параметры исследуемых соединений (табл. 2) и установлено, что данные соединения обладают низкой реакционной способностью (Е» > 3 эВ). Среди исследуемых соединений наибольшей реакционной способностью обладает целлюлоза, модифицированная акрилонитрилом (Е» = 7,291 эВ). Можно выявить корреляцию между значениями энергетической зоны и теплотой сгорания веществ: чем меньше Е», тем выше теплота сгорания.

Результаты расчета значений теплоты сгорания исследуемых веществ с термодинамическими поправками, вычисленные по реакциям

Рис. 1. Фрагмент молекулы целлюлозы, модифицированной акрилонитрилом

(С6Н10О5)П + т02 ^ тС02 + 1Н20; (С6Н7О5(СН2=СНСН=^3)п + т02 ^ ^ тС02 + 1Н20 + kNO2;

(I)

(II)

(III)

(С6Н705(С(0)СН=СН2)3)п + т02 ^ тС02 + 1Н20

представлены в табл. 3.

Расчетные данные хорошо согласуются с экспериментальными. Производные целлюлозы обладают высокой теплотой сгорания. Так, согласно экспериментальным данным, теплота сгорания целлюлозы колеблется в зависимости от вида и способа ее получения 16,09-17,46 МДж/кг.

Исследованные соединения обладают низкой реакционной способностью, которая возрастает в ряду: целлюлоза < целлюлоза - акриловая кислота < целлюлоза - акрилонитрил.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В нефтяной отрасли, в том числе и во многих добывающих отраслях полезных ископаемых, важные факторы, влияющие на многие физические, химические и другие явления, перешли в область механико-математических вопросов, и их задачей является выяснение механизма этих процессов посредством решения теоретических задач. Так, в нефтяной отрасли решение задач бурения и добычи является основным и важным. Одним из таких явлений является теория П.А. Ребиндера о понижении энергии поверхности вследствие адсорбционных явлений на границе раздела фаз, что составляет физическую основу эффекта Ребиндера. В сущности, происходит адсорбционное понижение механических характеристик твердых тел. При контакте бурового раствора с породами имеет место ряд физико-химических процессов на границе раздела фаз горная порода - промывочная жидкость. Это явление адсорбции компонентов бурового раствора на частицах горных пород, слагающих стенки скважины, является важнейшей характеристикой эффективности работы реагентов в составе бурового раствора, сущность которой заключается в создании условий, благоприятствующих формированию устойчивого ствола скважины.

I

Адсорбция компонентов бурового раствора на металле бурильного инструмента и поверхности горных пород приводит к образованию пленочных структур (адсорбционных слоев). Положительная роль адсорбционных слоев проявляется в снижении затрат энергии в узлах трения и, следовательно, в повышении долговечности и работоспособности бурильного оборудования. Сопутствующим поверхностным явлением становится появление адсорбционных потерь химических реагентов промывочной жидкости на частицах разбуриваемых горных пород, выносимых на дневную поверхность в процессе циркуляции. Это приводит к снижению концентрации дорогостоящих химических реагентов и дополнительных затрат по обработке бурового раствора для поддержания технологических параметров согласно требованиям программы бурения скважин. Поэтому для планирования затрат на строительство нефтегазовых скважин актуальным является проведение математических расчетов по предварительной оценке эффективности работы химических реагентов в составе бурового раствора для конкретных промысловых условий.

Обращаясь к области физической химии дисперсных систем и влияния среды на механические свойства твердых

Таблица 2

Энергетические параметры молекул целлюлозы и некоторых ее производных

Соединение ЕВЗМО' эВ ЕНСМО' эВ Е» эВ

(^Ю^п -11,302 5,62 16,922

(C6H10O5)n + акрилонитрил -6,588 0,704 7,291

(C6H10O6)П + акриловая кислота -10,773 2,737 13,510

Таблица 3 Экспериментальные и рассчитанные значения теплоты сгорания целлюлозы и ее производных

Реакция Молекулярное содержание, % АН , МДж/кг

(С6Н10О5)п С = 44,5; Н = 6,1; О = 49,4 16,011

(С6Н10О5)П + акрилонитрил С = 56,07; Н = 5,9; О = 24,9; N = 13,08 22,401

(С6Н10О5)П + акриловая кислота С = 55,5; Н = 5,0; О = 39,5 19,689

тел, надо отметить, что это учение легло в основу процессов разрушения горных пород, связанных с понижением энергии вследствие адсорбционных явлений на границе технологическая жидкость - горная порода и важнейших закономерностей физико-химической механики металлов, на которых базируется и объясняется теория и практика нефтедобывающей отрасли [6-17]. Но уже в 50-х годах теория Ребиндера подверглась некоторым сомнениям, отвергавшим адсорбционное понижение поверхностной энергии, представляя собой следствие влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ) (жирных кислот) на окисленные ранее поверхности, покрытые оксидными пленками. Работами учеников Ребиндера были опровергнуты сомнения его теории и подтверждены явления адсорбционного понижения твердости (в отсутствии оксидных пленок). Таким образом, П.А. Ребиндером и его учениками была заложена основа применения в буровой технологии ПАВ, что явилось эффективным фактом в промышленности. Нельзя не упомянуть, что положительным аспектом в этот период явилось основное положение Ребиндера о ПАВ, которое произошло в июле-августе 1972 года на фоне экологического бедствия - горения торфяников в Подмосковье. Возможность использования в борьбе с пожарами дешевых побочных продуктов делигнификации древесины (лигносульфонатов) как добавок поверхностно-активных веществ - смачивателей взамен дорогих препаратов, предлагаемых Западом, была высоко оценена [17-18]. В этом направлении было предложено проводить предварительную гидрофилиза-цию торфа дешевыми отходами бумажно-целлюлозной промышленности. Это оказало положительное воздействие на локализацию очагов возгорания торфа, что объяснялось поверхностными явлениями ПАВ. При обсуждении с инженерной и чисто научной точки зрения нельзя не отметить значение теории Ребиндера о физико-химической механике структурообразования и коллоидно-химической составляющей поверхностной активности промышленных катализаторов. Все положительные эффекты адсорбционных явлений и физико-химической механики базировались на математической основе и, естественно, находили реализацию в инженерном деле.

В качестве примера математизации можно привести и специальности нефтяного профиля. Добываемое углеводородное сырье - это сложная смесь химических соединений различной структуры и состава. Выделение из нефти газоконденсата, битума индивидуальных компонентов и экспериментальное изучение их превращений, взаимодействий

с другими компонентами в ходе процессов нефтегазодобычи и переработки представляет значительные трудности. Поэтому актуальным является применение вычислительных методов компьютерной химии, не требующих затрат на разделение смесей, на экспериментальное оборудование и реактивы для проведения исследований. Так, неэмпирические и полуэмпирические квантово-химические методы позволяют проводить расчеты параметров (энтальпия образования, энтропия, теплоемкость многих сложных гетероатомных химических соединений, присутствующих в нефти и битумах, дипольные моменты (не для всех известных соединений их можно найти в справочной литературе), энергия взаимодействия молекул в однокомпонентных и многокомпонентных системах), которые сложно, а в некоторых случаях невозможно определить в ходе экспериментов.

Выдающиеся успехи в развитии квантовой химии за последние два десятилетия сделали В. Кон (развитие теории функционала плотности) и Дж. Попл (развитие вычислительных методов в квантовой химии), получившие достойную оценку научной общественности в присуждении Нобелевской премии по химии 1998 года. В сочетании со стремительным прогрессом в области вычислительной техники их труды сделали КХР неотъемлемой частью как прикладных, так и фундаментальных научных исследований в химии и смежных областях [19-20].

Математизация предполагает формирование у будущих инженеров действенного математического аппарата решения инженерных задач. Этот процесс представляет собой внедрение методов математики и ее достижений в содержании естественных, технических и социально-экономических наук. Математика, преподаваемая будущим инженерам как обычный набор математических знаний, в значительной степени усложняет ее понимание и снижает ценность дисциплины в восприятии студентов. Математизация предполагает создание основы математической подготовки специалистов инженерных специальностей, соединяющей фундаментальные математические знания с типами инженерных задач и раскрывающей возможности их решения. При изучении определенных свойств процессов, имеющих точные математические описания, используются методы математического моделирования. Математические методы практически во всех инженерных технико-технологических процессах наиболее привлекаемые и реализуемые, поскольку позволяют определять и решать основные вопросы работы агрегатов, механизмов и действующих установок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Русинов Л.П. Статистические методы оптимизации химических процессов. М.: Химия, 1972. 200 с.

2. Гутер Р.С. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука, 1970. 356 с.

3. Майзель Л.Л. Методика применения корреляционного анализа при решении инженерно-экономических задач в угольной промышленности. М.: ЦНИИЭИуголь, 1967. 44 с.

4. Майзель Л.Л., Найдман Л.М. Статистическое моделирование технико-экономических процессов. М.: Статистика, 1969. 131 с.

5. Колчина Г.Ю., Каримов О.Х., Четвертнева И.А. и др. Изучение структурных особенностей и термодинамических параметров целлюлозы и некоторых ее производных // Промышленное производство и использование эластомеров. 2019. № 4. С. 17-21.

6. Вествуд А. Чувствительность механических свойств к действию окружающей среды. Современное состояние исследований и основные проблемы: в кн. Чувствительность механических свойств к действию окружающей среды. М.: Мир, 1969. С. 27-77.

Ребиндер П.А., Щукин Е.Д. Поверхностные явления в твердых телах в процессах их деформации и разрушения // Успехи физических наук. 1972. Т. 108. № 1. С. 3-42.

Иоффе А.Ф., Кирпичева M.B., Левитская M.A., Деформация и прочность кристаллов // Успехи физических наук. 1967. № 2. С. 303-314.

Рожанский В.Н., Перцов Н.В., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. Влияние тонких ртутных покрытий на прочность металлических монокристаллов // Доклады АН СССР, 1957. Т. 116. № 5. С. 769-771. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. М.: Наука, 1979. 381 с.

Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. Образование новых поверхностей при деформации и разрушении твердого тела в поверхностно-активной среде. Коллоидный журнал. 1958. Т. ХХ. № 5. С. 645-654.

Лихтман В.И., Щукин Е.Д. Поверхностные явления в процессах разрушения и деформации металлов // Успехи химии. 1960. Т. 29. № 10. С. 1260-1284.

Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В., Н.В. Перцов Н.В., Щукин Е.Д. О распространении ртути по свободной поверхности цинка в связи с изучением адсорбционного понижения прочности // Доклады АН СССР, 1961. Т. 137. № 6. С. 1413-1415.

14. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. 232 с.

15. Лихтман В.И., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. Физико-химическая механика металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 304 с.

16. Лихтман В.И., Ребиндер П.А., Карпенко Г.В. Влияние поверхностно-активной среды на процессы деформации металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1954. 400 с.

Берлин A.A., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1974. 392 с.

Четвертнева И.А., Каримов О.Х., Тептерева Г.А., Исмаков Р.А. Продукты переработки древесины как альтернатива углеводородам нефти // НефтеГазоХимия. 2019. № 3-4. С. 35-40.

Колчина Г.Ю., Мовсум-заде Н.Ч., Бахтина А.Ю., Мовсумзаде Э.М. Квантовая химия - перспективы и достижения // НефтеГазоХимия, 2016. № 1. С. 51-60.

Колчина Г.Ю., Мовсумзаде Н.Ч., Бахтина А.Ю., Мовсумзаде Э.М. Зарождение и хронология этапов развития квантовой химии // История и педагогика естествознания. 2015. № 4. С. 34-43.

10. 11.

12.

13.

17.

18.

19.

20.

REFERENCES

1. Rusinov L.P. Statisticheskiye metody optimizatsii khimicheskikh protsessov [Statistical methods for the optimization of chemical processes]. Moscow, Khimiya Publ., 1972. 200 p.

2. Guter R.S. Elementy chislennogo analiza i matematicheskoy obrabotki rezul'tatov opyta [Elements of numerical analysis and mathematical processing of the results of the experiment]. Moscow, Nauka Publ., 1970. 356 p.

3. Mayzel' L.L. Metodika primeneniya korrelyatsionnogo analiza pri reshenii inzhenerno-ekonomicheskikh zadach v ugol'noy promyshlennosti [Methodology for using correlation analysis in solving engineering and economic problems in the coal industry]. Moscow, TSNIIEIugol' Publ., 1967. 44 p.

4. Mayzel' L.L., Naydman L.M. Statisticheskoye modelirovaniye tekhniko-ekonomicheskikh protsessov [Statistical modeling of technical and economic processes]. Moscow, Statistika Publ., 1969. 131 p.

5. Kolchina G.YU., Karimov O.KH., Chetvertneva I.A. Study of structural features and thermodynamic parameters of cellulose and some of its derivatives. Promyshlennoye proizvodstvo i ispol'zovaniye elastomerov, 2019, no. 4, pp. 17-21 (In Russian).

6. Vestvud A. Chuvstvitel'nost' mekhanicheskikh svoystv k deystviyu okruzhayushchey sredy [Sensitivity of mechanical properties to the environment]. Moscow, Mir Publ., 1969. pp. 27-77.

7. Rebinder P.A., Shchukin YE.D. Surface phenomena in solids in the processes of their deformation and destruction. Uspekhi fizicheskikh nauk, 1972, vol. 108, no. 1, pp. 3-42 (In Russian).

8. loffe A.F., Kirpicheva M.B., Levitskaya M.A. Deformation and strength of crystals. Uspekhi fizicheskikh nauk, 1967, no. 2, pp. 303-314 (In Russian).

9. Rozhanskiy V.N., Pertsov N.V., Shchukin YE.D., Rebinder P.A. Influence of thin mercury coatings on the strength of metallic single crystals. Doklad y AN SSSR, 1957, vol. 116, no. 5, pp. 769-771 (In Russian).

10. Rebinder P.A. Fiziko-khimicheskaya mekhanika [Physicochemical mechanics]. Moscow, Nauka Publ., 1979. 381 p.

11. Shchukin YE.D., Rebinder P.A. Formation of new surfaces during deformation and destruction of a solid in a surface-active medium. Kolloidnyy zhurnal, 1958, vol. 20, no. 5, pp. 645-654 (In Russian).

12. Likhtman V.I., Shchukin YE.D. Surface phenomena in the processes of destruction and deformation of metals. Uspekhi khimii, 1960, vol. 29, no. 10, pp. 1260-1284 (In Russian).

13. Summ B.D., Goryunov YU.V., N.V. Pertsov N.V., Shchukin YE.D. On the spread of mercury over the free surface of zinc in connection with the study of the adsorption decrease in strength. Doklady AN SSSR, 1961, vol. 137, no. 6, pp. 1413-1415 (In Russian).

14. Summ B.D., Goryunov YU.V. Fiziko-khimicheskiye osnovy smachivaniya i rastekaniya [Physicochemical bases of wetting and spreading]. Moscow, Khimiya Publ., 1976. 232 p.

15. Likhtman V.I., Shchukin YE.D., Rebinder P.A. Fiziko-khimicheskaya mekhanika metallov [Physicochemical mechanics of metals]. Moscow, AN SSSR Publ., 1962. 304 p.

16. Likhtman V.I., Rebinder P.A., Karpenko G.V. Vliyaniye poverkhnostno-aktivnoy sredy na protsessy deformatsii metallov [Influence of surface-active medium on metal deformation processes]. Moscow, AN SSSR Publ., 1954. 400 p.

17. Berlin A.A., Basin V.YE. Osnovy adgezii polimerov [Basics of polymer adhesion]. Moscow, Khimiya Publ., 1974. 392 p.

18. Chetvertneva I.A., Karimov O.KH., Teptereva G.A., Ismakov R.A. Wood processing products as an alternative to oil hydrocarbons. NefteGazoKhimiya, 2019, no. 3-4, pp. 35-40 (In Russian).

19. Kolchina G.YU., Movsum-zade N.CH., Bakhtina A.YU., Movsumzade E.M. Quantum chemistry - prospects and achievements. NefteGazoKhimiya, 2016, no. 1, pp. 51-60 (In Russian).

20. Kolchina G.YU., Movsumzade N.CH., Bakhtina A.YU., Movsumzade E.M. The origin and chronology of the stages of development of quantum chemistry. Istoriya i pedagogika yestestvoznaniya, 2015, no. 4, pp. 34-43 (In Russian).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Ахтямов Эрик Касимович, помощник президента, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Мовсумзаде Эльдар Мирсамедович, д.х.н., проф., чл.-корр. РАО, советник ректора, Уфимский государственный нефтяной технический университет, Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство). Пахомов Сергей Иванович, д.х.н., проф., директор департамента аттестации научных и научно-педагогических работников, Министерство науки и высшего образования Российской Федерации. Мовсум-заде Назрин Чингизовна, к.т.н., научный сотрудник, Институт информационных технологий НАН Азербайджана. Пушина Любовь Александровна, к.филол.н., доцент, Удмуртский государственный университет. Любимова Валерия Дмитриевна, магистр, Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство).

Селезнев Владислав Сергеевич, аспирант, Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство).

Кобраков Константин Иванович, д.х.н., проф., завкафедрой органической химии, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство). Колчина Галина Юрьевна, к.х.н., доцент кафедры химии и химической технологии, Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета.

Eric K. Akhtyamov, President 's assistant, Ufa State Petroleum Technological University.

Eldar M. Movsumzade, Corresponding Member Russian Academy of education, Dr. Sci. (Chem.), Prof., Adviser to the Rector, Ufa State Petroleum Technological University, Kosygin Russian State University (Technology. Design. Art).

Sergey I. Pakhomov, Dr. Sci. (Chem.), Prof., Director of the Department of

Certification of Scientific and Scientific-Pedagogical Workers, Ministry of

Science and Higher Education of the Russian Federation.

Nazrin CH. Movsum-zade, Cand. Sci. (Tech.), Researcher, Institute of

information technology of NAS of Azerbaijan.

Lyubov A. Pushina, Cand. Sci. (Philol.), Assoc. prof., Udmurt State

University.

Valeria D. Lyubimova, Master, Kosygin Russian State University (Technology. Design. Art).

Vladislav S. Seleznev, Postgraduate Student, Kosygin Russian State University (Technology. Design. Art).

Konstantin I. Kobrakov, Dr. Sci. (Chem.), Prof., Head of Department of Organic Chemistry, Kosygin Russian State University (Technology. Design. Art).

Galina YU. Kolchina, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Chemistry and Chemical Technology, Sterlitamak branch of the Bashkir State University.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.