История кафедры ИТПА

Уперше дисципліна загальна хімічна технологія в збережених архівах університету згадується в 1927 р. Тоді професор М. Д. Зуєв почав читати курс загальної хімічної технології з елементами розрахунку процесів і апаратів та контрольно-вимірювальних приладів студентам Харківського хіміко-технологічного інституту (ХХТІ).

У 1930 р. курс процесів і апаратів було виділено в окрему дисципліну. Створення навчальної лабораторії контрольно-вимірювальних приладів датовано 1932 р.

Професор М. І. Некрич Професор М. І. Некрич

Наприкінці 1933 р. Некрич Максим Ісидорович, який закінчив у свій час Сорбонну (Франція) і став професором, очолив кафедру загальної хімічної технології, процесів і апаратів (ЗХТ, ПА). Він – автор підручника з курсу загальної хімічної технології. Опублікував близько 130 наукових праць. Дослідження, що виконувалися під  керівництвом М. І. Некрича впроваджені в промисловість, зокрема, процес механічного розливання каустику, одержання сірчистого заліза із піриту та ін.

У 1948 р. в приміщеннях технічного корпусу кафедра ЗХТ, ПА створила навчальну лабораторію загальної хімічної технології.

Навчальна лабораторія процесів і апаратів була введена в експлуатацію в 1952 р. після ремонту, який проводився силами співробітників кафедри. Вони ремонтували виробничі приміщення колишнього газового заводу ХХТІ, зруйнованого під час Великої Вітчизняної війни.

Засідання кафедри ЗХТ, ПА (1950-1960) Засідання кафедри ЗХТ, ПА (1950-1960)

За пропозицією професорсько-викладацького складу кафедри ЗХТ, ПА в 1950 р. до дисциплін, що викладала кафедра для студентів технологічного профілю, було включено курс автоматизації хімічних виробництв. У 1957 р. при кафедрі було створено лабораторію автоматизації хімічних виробництв. Розвиток матеріальної бази й зростання кваліфікації професорсько-викладацького складу інституту дозволили в 1964 р. відокремити кафедру автоматизації хімічних виробництв від кафедри ЗХТ, ПА.

При організації Харківського політехнічного інституту (ХПІ) в 1949 р. завідуючим кафедрою ЗХТ, ПА було призначено заступника директора реорганізованого ХХТІ, доцента, у подальшому доктора технічних наук, професора Гончаренка Григорія Костянтиновича. Він був керівником кафедри до 1976 р.

Професор Г. К. Гончаренко Професор Г. К. Гончаренко

Проф. Г. К. Гончаренко – відомий учений у галузі дифузійних процесів і технології використання природного газу. Він опублікував понад 150 наукових праць.

На початку 1960-х рр. проф. Г. К. Гон­чаренко та його аспірантка, у подальшому професор кафедри А. П. Готлінська, створили нову теорію механізму масопередачі в системі «рідина–рідина» (теорія «пересольвації»), що отримала широкий резонанс у нашій країні й за кордоном.

У середині 1960-х рр. з ініціативи доцента, пізніше – доктора технічних наук, професора Коваленка Віктора Івановича на кафедрі почався розвиток нового наукового напрямку – математичне й комп’ютерне моделювання хіміко-технологічних процесів. Уперше в Україні на кафедрі хімічного профілю було створено лабораторію моделювання хіміко-технологічних процесів на аналогових обчислювальних машинах й відпрацьовано дисципліну «Моделювання хіміко-технологічних процесів». Від цього часу кафедра ЗХТ, ПА проводить заняття вже з трьох дисциплін, дві з яких відображені в назві кафедри.

Колектив кафедри ЗХТ, ПА (1969) Колектив кафедри ЗХТ, ПА (1969)

Протягом майже 30-ти років від дня заснування кафедри ЗХТ, ПА основними науковими напрямками робіт тут були математичне моделюван ня хіміко-технологічних процесів, розробка інтенсивних методів і обладнання масообмінних процесів.

З початку 1950-х рр. у зв’язку з розвитком атомної енергетики створені вченими кафедри нові процеси екстрагування почали впроваджуватися в промисловість (екстракція є одним із методів розподілу ізотопів урану і плутонію). Оцінка великого вкладу кафедри в науку в цій галузі відобразилась у присвоєнні їй статусу «Харківської школи екстракції». Роботи з екстрагування проводились у системах «рідина–рідина», а також у системі «рідина–тверде тіло» (в основному рослинного походження).

Підсумком наукових досліджень проф. Г. К. Гончаренка, його учнів та послідовників: проф. А. П. Готлінської, в наш час професорів університету І. С. Чернишева і В. О. Лещенка, доцентів В. Я. Шутєєва, В. П. Михайличенка та В. М. Солов’я, старших наукових співробітників С. В. Волювача, Г. А. Ободовського та інших у галузі рідинної екстракції стали такі розробки:

  • технологія очистки стічних вод промислових підприємств (Харківський завод транспортного машинобудування ім. Малишева, Рубіжанський хімкомбінат, Шебекінський хімкомбінат, нафтопереробні заводи Західної України, Башкирії, Східного Сибіру та ін.);
  • інтенсифікація екстракційної апаратури (створено нові типи екстракторів – шнекові, трубчасті, відцентровані та ін.);
  • удосконалення статичних змішувачів для гомогенізації рідких середовищ, що забезпечують оптимальне використання енергії, високу ефективність і продуктивність при мінімальних габаритах і простоті конструкції; використання статичних змішувачів у схемах очистки промислових стоків від нафтопродуктів на низці машинобудівних заводів;
  • розподіл низькомолекулярних кислот екстракційним методом (Шебекінський і Волгодонський хімічні комбінати);
  • інтенсивні методи процесів екстрагування (Бєлгородський вітамінний завод, Харківське фармоб’єднання «Здоров’я», Львівський фармзавод, харчові й фармацевтичні заводи України, Росії, Грузії).

Для виконання науково-дослідних робіт співробітники кафедри (В. Ф. Воловод, О. Ю. Авербах, В. П. Задорожний, О. М. Нікітін) створили лазерний доплерівський вимірювач швидкості, що був унікальним приладом для середини 1970-х рр. За допомогою цього вимірювача було виконано фундаментальні дослідження гідродинамічних характеристик потоків у статичних змішувачах й пластинчатих теплообмінниках.

Доц. Є. І. Орлова проводить лабора-торні заняття на АОМ (1979) Доц. Є. І. Орлова проводить
лабораторні заняття на АОМ (1979)

У галузі екстракції в системі «рідина–тверде тіло» проф. Г. К. Гон­чаренко та його послідовники – старші викладачі, згодом професори університету Є. І. Орлова та І. О. Нечипоренко вперше зробили якісне й математичне описання кінетики екстрагування, розробили методику моделювання, що дозволяла отримувати надійні дані про швидкість і повноту екстракції. Вчені кафедри вперше запропонували використовувати ультразвук для інтенсифікації екстрагування лікарських речовин з рослиннї сировини, розробили конструкції ультразвукових екстракторів, установили параметри найбільш раціонального режиму процесу й отримали його математичний опис. Ними також створено оригінальний метод екстракції з тонкоподрібненого матеріалу й апарат для обробки такої сировини.

Метою досліджень твердофазової екстракції було вивчення особливостей витягування біологічно активних речовин із лікарської рослинної сировини і удосконалення екстракційного обладнання. За проектом, що розробили співробітники кафедри під керівництвом І. О. Нечипоренка, вперше в СРСР на заводі «Здоров’я» було створено екстракційну дільницю для переробки тонкоподрібненого листя подорожника.

Практичний інтерес викликали розроблені методи інтенсифікації процесу екстрагування в періодичних умовах. Так, вперше на основі вивченого ефекту впливу поперечної нерівномірності руху екстрагента й залежності його від напрямку і швидкості руху рідини через шар сировини в апараті було створено методику розрахунку промислового апарата з урахуванням поперечної нерівномірності. Наукові розробки в цій галузі впроваджені на Тбіліському, Ташкентському, Харківському та інших хіміко-фармацевтичних заводах, а також на харчових підприємствах України й Росії.

Дослідження з рідинної екстракції, що розпочав професор Г. К. Гончаренко, продовжив його учень – доцент І. С. Чернишев зі співробітниками (молодші наукові співробітники С. В. Прудиус та Т. І. Помазановська). Їх наукові інтереси були пов’язані з вивченням статики складних екстракційних систем фармацевтичної промисловості, промисловості жирних кислот та інших галузей. Разом з вивченням статики процесу розроблялось принципово нове апаратурне оформлення екстракційних процесів, що враховувало специфічні властивості фармацевтичних систем, а також термостабільних систем, які потребують максимального вкорочення часу контакту фаз.

При вивченні статики фармацевтичних екстракційних систем уперше в СРСР було успішно використано метод лабораторної імітації процесу, який дозволив значно скоротити терміни впровадження в виробництво нових лікарських препаратів, а на стадії проектування вибрати оптимальну схему процесу й розрахувати всі необхідні його параметри. Результати розробок упроваджені на Харківських фармацевтичних підприємствах «Здоров’я» й «Червона зірка», Львівському і Дарницькому хімфармзаводах, Сімферопольському заводі ефірних масел, Шебекінському хімкомбінаті.

Паралельно на кафедрі виконувались наукові дослідження за іншими важливими для промисловості тематиками. Сумісно з УкрНДІХімМашем велися роботи з дослідження тепло- й масообмінних процесів і апаратів (доц. А. П. Готлінська):

  •   дослідження тепло- і масообміну в апаратах із полімерних матеріалів, розробка й дослідження вітчизняних теплообмінників з фторопласту;
  •   глибоке концентрування розчинів у роторних тонкоплівкових апаратах для процесів сушіння продуктів органічного синтезу (Волзький завод органічного синтезу), упарювання тетрахлоридів титану з пульпи хлоридів металів й термічного знесолення стічних вод чорної металургії (Березняківський титано-магнієвий комбінат та ін.);
  •  розробка й дослідження оптичного приладу типу «Ендоскоп», який дозволяє вести візуальний нагляд за процесами, що протікають у роторних апаратах, і визначати розмір окремих теплових зон;
  •  розробка й дослідження високоефективних контактних елементів масообмінних колон. Було запропоновано якісно нову класифікацію контактних елементів за ознакою розподілу газових (парових) і рідинних потоків.

На основі цих і попередніх розробок цього наукового напрямку була опублікована монографія «Контактные элементы массообменных колонн», за яку ВАК СРСР надав атестат професора керівнику досліджень доценту А. П. Готлінській.

Актуальними для хімічної промисловості дослідженнями – вивченням процесу каталітичного окислення аміаку киснем повітря на каталізаторах платинової групи, питаннями тривалості роботи таких каталізаторів і їх регенерацією – довгий час (1940–1970) займалася доцент Седашова Катерина Гаврилівна.

Послідовниками ідей проф. М. І. Некрича у галузі переробки сульфідних солей, що матеріалізовані в відповідних технологічних процесах, впроваджених на промислових підприємствах СРСР, були доцент В .Г. Новіков і старший науковий співробітник О. К. Бєляєв.

У різний час на кафедрі працювали такі визначні вчени університету, як завідувач кафедри автоматизації д-р техн. наук, проф. В. Т. Єфімов, завідувач кафедри технології пластмас д-р техн. наук, проф. І. М. Носалевіч, д-р техн. наук, проф. А. Н. Цейтлін, проф. І. І. Литвиненко та ін.

З 1972 р. на кафедрі почав розвиватися науково-практичний напрямок з використання машин у харчовій технології (старший науковий співробітник, згодом доцент, професор, доктор технічних наук Ю. П. Кудрін, старші наукові співробітники Ю. А. Толчинський і В. К. Ложечник, науковий співробітник В. М. Геращенко, інженери О. І. Рустинова, Л. О. Купец, Ю. І. Черниш, Г. Д. Рєзніков). Ця група співробітників досліджувала фізичне і математичне моделювання пресів гідродинамічної, теплової й механічної природи в каналах шнекових машин і висунула ідею, що в багатьох харчових технологіях ефективно використовувати двочерв’якові екструдери замість одночерв’якових. На цій основі було виконано розрахункові й проектні роботи зі створення двочерв’якових екструдерів великої потужності. Кінцевою метою робіт було переоснащення галузі переробки олійних матеріалів сучасними машинами.

Сучасний двочерв’яковий екструдер Сучасний двочерв’яковий екструдер

Запропоновані співробітниками кафедри (Ю. П. Кудрін, Ю. А. Толчинський, В. М. Геращенко) рішення в упорядкованому вигляді пізніше, на рубежі століть, вийшли за межі колишнього Радянського Союзу й були застосовані в Румунії, Болгарії, В’єтнамі, Китаї, ряді країн Африки. Сукупний випуск двочерв’якових екструдерів з діаметром робочої камери 75, 85, 100 і 150 мм становить на сьогодні величину порядку 5–10 тис. одиниць вартістю порядку 100 млн. доларів (оцінювально).

Ю. П. Кудрін, Ю. А. Толчинський, В. М. Геращенко замінили існуюче обладнання для отримання туалетного мила екструдерами різних видів; при цьому вперше в єдиній моделі течія матеріалу була пов’язана з реакціями омилення. Також вони виконали роботи з кінетики твердотілих хімічних реакцій у полікристалічних речовинах за умови імпульсних критичних і надкритичних навантажень (в області надпластичної течії з плавленням). В підсумку було розраховано імпульсні контактні конвеєрні апарати на основі наковальні Бриджмена для мікротоннажного здійснення механохімічних реакцій у порошках полікристалічних матеріалів.

Професор Л. Л. Товажнянський Професор Л. Л. Товажнянський

У 1977 р. кафедру ЗХТ, ПА очолив на той час проректор ХПІ, кандидат технічних наук, доцент, згодом – доктор технічних наук, професор, Заслужений діяч науки і техніки України, Заслужений робітник вищої школи, лауреат Державної премії, Дійсний член Академії наук вищої школи України Товажнянський Леонід Леонідович, який є зараз Почесним ректором Націо­нального технічного університету «Харківський політехнічний інститут».

Обрання Л. Л. Товажнянського завідуючим кафедрою співпало з переміщенням лабораторій процесів і апаратів й загальної хімічної технології, а також викладацького і науково-дослідного складу кафедри у відремонтовані, подекуди силами самих співробітників, приміщення 3-го лабораторного корпусу. Великий вклад у процес перебудови і ремонту приміщень 3-го лабораторного корпусу внесли тоді доценти, виконуючі обов’язки завідуючого кафедрою з 1977 по 1981 рр. І. С. Чернишев, а з 1981 по 1994 рр. – А. В. Сатарін, а також завідуюча лабораторією В. Г. Орле­ан.

Доц. Л. Л. Товажнянський., ст. інженери М. С. Чусь і В. П. Задорожний за обгово-ренням результатів експерименту (1979) Доц. Л. Л. Товажнянський.,
ст. інженери М. С. Чусь
і В. П. Задорожний за обговоренням
результатів експерименту (1979)

На той час колектив кафедри значно збільшився і став нараховувати біля 150 співробітників, враховуючи 18 чоловік професорсько-викладацького складу, біля 80 спів­робітників науково-дослід­ної частини, які працювали за 5 науковими напрямками, інженерів, які обслуговували спеціалізований обчислювальний центр, а також навчально-допоміжний персонал. Студенти навчалися на кафедрі в залах, де проводилися заняття з дисциплін «Процеси і апарати хімічної технології», «Загальна хімічна технологія», «Загальна технологія харчових виробництв» і на обчислювальному центрі. Об’єм наукових досліджень, що проводилися на кафедрі, в різні роки коливався від 100 до 200 тис. карбованців, а економічні ефекти від упровадження виконаних співробітниками кафедри наукових розробок доходили до півмільйона карбованців на рік.

У кінці 1970-х рр. кафедра була оснащена цифровими обчислювальними машинами «Мір-2» і «Наірі». Для проведення навчальної роботи на ЦОМ у радіокорпусі було організовано спеціалізований обчислювальний центр (СОЦ) для студентів усіх хімічних спеціальностей інституту. Першими інженерами, що обслуговували СОЦ, були В. П. Лазарева,Т. О. Моргун, А. М. Боло­тенко, О. В. Бражко, Л. В. Соловей, В. М. Костін. Викладачі, які проводили заняття з використанням ЦОМ – це доценти (згодом професори) З. М. Царьова, А. В. Сатарін і Є. І. Орлова. Вони розробили курс «Використання ЕОМ у хімії і хімічній технології».

Студенти проводять обчислення на ЦОМ «Наірі-2» Студенти проводять обчислення
на ЦОМ «Наірі-2»

Очоливши кафедру ЗХТ, ПА, професор Л. Л. Товажнянський заклав базу нового для кафедри наукового напрямку з дослідження й інтенсифікації тепло- і масообмінних процесів у складних гомо- й гетерофазних системах. Невдовзі в ході досліджень, проведених у цьому напрямку, було розроблено методи розрахунку теплообмінних апаратів для проведення хімічних і теплових процесів у різних галузях промисловості. Співробітники кафедри, що захистили кандидатські дисертації під керівництвом Л. Л. Товажнянського (П. О. Капустенко, зараз професор університету, О. Г. Нагорна – доцент, М. С. Чусь – старший науковий співробітник, О. О. Перевертайленко – старший науковий співробітник), виконали комплекс теоретичних досліджень зі створення методів розрахунку теплових і гідромеханічних характеристик пластинчатих теплообмінних апаратів для різних галузей використання.

Експериментальні і пілотні дослідження створених конструкцій теплообмінного обладнання виконувалися на базі УкрНДІХімМашу висококваліфікованими співробітниками кафедри: старшими науковими співробітниками М. С. Кедровим і І. Б. Дерев’янченко, ведучими інженерами І. Б. Єрмолаєвою, О. А. Фокіним, І. В. Мойсєєвою та ін. Теоретичні дослідження, що були підтверджені експериментами, стали основою створення принципово нових конструкцій теплопередаючих поверхонь і пластинчатих теплообмінників для різних процесів хімічної технології. Ці процеси включають нагрівання, охолодження й конденсацію вакуумних парів із парогазових сумішей. Деякі з розроблених конструкцій пластинчатих теплообмінних апаратів зараз не мають аналогів – наприклад, пластинчаті теплообмінники спеціальної конструкції для колон синтезу аміаку й метанолу. Запропоновано було також оригінальні конструкції напіврозбірних пластинчатих теплообмінників, конструкції пакетів пластин і каналів із змінною геометрією. Розроблено нові принципи розрахунку пластинчатої теплообмінної апаратури, які лягли в основу видання відповідних керівних технічних матеріалів (КТМ) – нормативних документів загальнодержавного рівня в СРСР.

Професори Л. Л. Товажнянський і З. М. Царьова за участю старшого викладача (потім доцента) Є. Д. Пономаренко вперше виконали системні дослідження математичних моделей функціонування модернізованих колон синтезу аміаку з пластинчатими теплообмінниками як автотермічних реакторів. Було виконано обчислювальні експерименти з аналізу стану рівноваги реакції синтезу аміаку в промислових умовах, дослідження кінетики процесу синтезу аміаку на основі аналізу рівняння Тьомкіна-Пижова. Також було розроблено математичне, алгоритмічне й програмне забезпечення для комп’ютерного моделювання реактора синтезу аміаку аксіального типу, дослідження теплової сталості й оптимальності функціонування реактора аксіального типу з визначеним впливом зовнішніх регулюючих й збурювальних дій, розрахунок зони байпасного зміщення і проектний розрахунок пластинчатого теплообмінника. Було проведено аналіз теплової сталості автотермічної реакторної системи синтезу аміаку з реактором аксіального типу, ідентифікацію ступеня активності каталізатора методом температурної діагностики, комп’ютерне моделювання реактора аксіально-радіального типу, аналіз теплової сталості й оптимальності функціонування автотермічної системи синтезу аміаку з реактором аксіально-радіального типу.

У підсумку проведеної роботи було створено та впроваджено у виробництво унікальні конструкції спеціальних пластинчатих теплообмінників для колон синтезу аміаку, що не мають аналогів у світі.

Результати тільки цієї проведеної роботи були відображені в чотирьох підручниках, двох навчальних посібниках й чисельних статтях.

Професорсько-викладацький склад кафедри ЗХТ, ПА запропонував поглиблену програму засвоєння курсу «Загальна хімічна технологія». В зв’язку з цим у 1986 р. у Києві в видавництві «Вища школа» виходить підручник професорів кафедри З. М. Царьової і Є. І. Орлової «Теоретические основы химической технологии».

Доц. Л. Л. Товажнянський, ст. інженери М. С. Чусь і А. Ю. Перевертайленко (1980) Доц. Л. Л. Товажнянський, ст. інженери
М. С. Чусь і А. Ю. Перевертайленко
(1980)

Науковий колектив, очолюваний проф. Л. Л. Товажнянським, (П. О. Капустенко, О. Ю. Перевертайленко та ін.) сумісно з УкрНДІХімМашем, ВНДІХімМашем (м. Москва) й Державним інститутом азотної промисловості (м. Москва) розробив пластинчаті теплообмінні апарати для блоків синтезу і блоків моноетаноламінової очистки газу агрегатів синтезу аміаку великої одиничної потужності, а також для виробництва міцної азотної кислоти. Разом з інститутом НДІЗХім кафедра проводила роботи з упровадження енергозберігаючих заходів шляхом використання пластинчатих апаратів у технологічні схеми підприємств содової промисловості.

Упровадження пластинчатих теплообмінників та їх систем, що розроблені на кафедрі під керівництвом проф. Л. Л. Товажнянського, було здійснено більш ніж на трьох десятках промислових підприємств СРСР і країн СНД, зокрема, на Сєвєродонецькому ПО «Азот», Маріупольському металургійному комбінаті ім. Ілліча, ПО «Салаватнафтооргсинтез», ПО «Ангарськнафтооргсинтез», Березняковському ПО «Азот», ПО «Куйбишевазот», ПО «Тольяттіазот», Стерлітомацькому ПО «Сода», Чирчицькому ПО «Електрохімпром», Гродненському ПО «Азот», Вахшському ПО «Азот», Харківському хімфармоб’єднанні «Здоров’я», Воскресенському хімзаводі та ін.

Доц. В. Г. Новіков і ст. лаб. А. М. Сичьова проводять лабораторні заняття (1986) Доц. В. Г. Новіков і ст. лаб.
А. М. Сичьова проводять
лабораторні заняття (1986)

У 1980–1990 рр. у створеній на кафедрі ЗХТ, ПА лабораторії оптичної діагностики потоків вивчали локальні турбулентні характеристики потоків у моделях каналів складної геометричної форми методом лазерної доплерівської анемометрії. Дослідження проводили співробітники В. П. Задорожний, О. Н. Нікітін, О. Ю. Перевертайленко, Ю. В. Кірєєв. Аналогічна методика була використана в дослідженнях гідродинаміки в моделях статичних змішувачів, що були проведені О. Ю. Авербахом та В. М. Солов’єм.

Плідність наукових ідей проф. Л. Л. Товажнянського знайшла відбиття в виконаних П. О. Капустенко і О. Г. Нагорною теоретичних дослідженнях гідродинаміки й тепловіддачі в каналах з періодичним багатократним поворотом потоку. Їх дослідження стали фундаментальними, на них зараз посилаються провідні вчені світу.

У цей відрізок часу старший науковий співробітник, кандидат технічних наук Л. М. Ульєв, провідний науковий співробітник, потім професор кафедри, доктор технічних наук, виконував, фундаментальні теоретичні дослідження течії високов’язких рідин у конічних каналах, пізніше визнані світовою наукою. Завдяки проведеним дослідженням було створено методи рішення задач течії в’язких і високов’язких рідин у співвісних каналах. Вказані методи дозволяють досліджувати початкову гідродинамічну ділянку, що важливо для ідентифікації поправок до розрахунку тиску. В результаті досліджень було одержано прості аналітичні залежності для розрахунку полів швидкостей і тиску при течії в’язких рідин у співвісних конічних каналах, що використовуються при розрахунках обладнання. Отримані аналітичні рішення задач гідродинаміки стали основою для дослідження конвективного теплообміну при змушеній ламінарній течії в’язких рідин у конфузорних й дифузорних співвісних конічних каналах.

Ще в період до 1990-х рр. на кафедрі ЗХТ, ПА також розвивалися дослідження зі створення високотемпературних електроізоляційних й ерозійно стійких покриттів елементів газотурбінних двигунів (ГТД) – доцент Ведь Валерій Євгенович, згодом доктор технічних наук, професор; наукові співробітники Н. І. Гусєва, О. Г. Верба, О. М. Антошина, О. Я. Казаков, інженери О. В. Юрченко, Л. Д. Селіванова, В. В. Фаворська, лаборанти В. Б. Лавришко, А. Є. Казначєєв, А. М. Гребінник. Проведені дослідження дозволили відкрити новий клас високотемпературних матеріалів – в’язкопластичну кераміку, на основі якої з’явилася можливість створити керамічні матеріали й покриття вищої вогнетривкості з аномально високою термостійкістю. Інструментами для відкриття класу таких матеріалів і розробки нової кераміки з унікальними властивостями стало створення власними силами оригінальних приладів й обладнання для дослідження властивостей матеріалів при високих температурах.

Теоретичні роботи в галузі високотемпературного матеріалознавства,  проведені доцентом В. Є. Ведєм зі співробітниками, дозволили виконати за замовленнями практично всіх підприємств Мінавіапрому СРСР підкладки датчиків для визначення термо- й вібронапруженого стану компресорних, робочих і соплових лопаток турбін, паливних трубопроводів, заклапанних порожнин камер згоряння та сопел сучасних авіаційних ГТД різних типів і конструкцій.

Розроблені матеріали дозволили підвищити температури вимірювань і рівнів напружень у елементах турбін від 600 до 1200 °С на жароміцних сплавах і до 1500 °С на керамічних датчиках температури газового потоку й керамічних турбінних лопатках, вимірювачах максимальних температур на основі опромінених алмазів. Роботи були впроваджені на всіх підприємствах Мінавіапрому СРСР з економічним ефектом більше 2 млн. крб. Розроблені високотемпературні електроізоляційні матеріали з високими адгезійними властивостями знайшли використання і в приймачах променистих потоків, які встановлюють на зовнішній поверхні штучних супутників Землі «Іскра-2».

У рамках цього наукового напрямку за замовленням підприємств Міністерства загального машинобудування СРСР було розроблено електроізоляційні корозійностійкі покриття робочих органів рушіїв орієнтації космічних кораблів з температурою експлуатації до 1500 °С. Матеріали покриттів і технологія їх нанесення були впроваджені для серійного виробництва рушіїв.

Лабораторія процесів та апаратів Лабораторія процесів та апаратів

Роботи з визначення змін складу кисеньвмісних груп у процесі експлуатації поліолефінів й вибору методів спрямованої модифікації складу вторинних полімерів, що виконувалися на кафедрі під керівництвом проф., д-р техн. наук І. М. Носалєвича його аспіранткою, а згодом професором університету С. І. Бухкало зі співробітниками, дозволили розкрити можливість утилізації значної частини полімерних відходів, що традиційно складають частину смітників. Для переробки полімерних відходів сумісно з ХСКТБ «Машприборпластик» було розроблено роторну агломераційну машину. Ці дослідження сприяли не тільки частковому рішенню екологічних проблем країни, впровадження робіт у промисловість сприяло збільшенню асортименту виробів із пластичних мас технічного призначення.

Виконання науково-дослідних робіт та функціонування двох навчальних лабораторій і обчислювального центру було б неможливим без участі в матеріальному забезпеченні кафедри зав. лабораторією М. Д. Коробової, учбового майстра Л. З. Лівсона, навчального-допоміжного персоналу – інженера В. О. Паценко, лаборантів Г. М. Сичової і Н. М. Голубової. Обчислювальний центр був оснащений для свого часу сучасними обчислювальними машинами – спочатку ДВК, а потім дисплейним класом, що був пов’язаний з великою інститутською машиною 1061, а ще пізніше ЕОМ «Іскра 1030», ХТ і АТ. Лабораторні роботи створювали й оформлювали асистент (зараз доцент) Т. Г. Бабак, інженер (зараз доцент) Є. Д. Пономаренко. Методичні матеріали для роботи студентів на СОЦ (соціалізований обчислювальний центр, створенний для студентів хімічних профілей іституту) напрацювали й оформили старший інженер (зараз старший викладач) Л. В. Соловей, інженери С. Ю. Соколов й І. П. Токарєв та інш. співробітники.

З метою впровадження в промисловість і комунальне господарство країни результатів наукових досліджень у галузі пластинчатих теплообмінних апаратів й енергоефективних теплообмінних систем, що розроблялися на кафедрі ЗХТ, ПА під керівництвом проф. Л. Л. Товажнянського, в 1991 р. на базі кафедри було створено АТ «Співдружність-Т» (директор – проф. П. О. Капустенко). У 1994 р. це акціонерне товариство підписало договір про співробітництво з фірмою «Альфа Лаваль» – найкрупнішим у світі виробником пластинчатих теплообмінних апаратів – і стало таким чином офіційним дистриб’ютором продукції «Альфа Лаваль» в Україні, ряді областей європейської частини Росії, Білорусії, Молдови. «Співдружність-Т» проводить серійне обслуговування теплообмінного обладнання на цих територіях.

Пластинчатий теплообмінник Пластинчатий теплообмінник

З ініціативи проф. Л. Л. Товажнянського АТ «Співдружність-Т» організувало й освоїло виробництво пластинчатих теплообмінників і модульних теплопристроїв, що використовуються як індивідуальні теплопункти (ІТП). Пластинчаті теплообмінники запропоновано використовувати й при реконструкції центральних теплопунктів теплорозподільних станцій і котельних тепловою продуктивністю від 20 кВт до 10 МВт. Пластинчаті теплообмінники різних конструкцій – основні елементи теплопристроїв, що комплектуються насосним обладнанням, автоматикою й іншими засобами регулювання провідних європейських виробників. Перевага модульних ІТП – в їх компактності й можливості регулювання ними розходу теплоносія. Це дозволяє економити до 15–20 % тепла при терміні окупності, який не перевищує двох років. Найбільший ефект модульні ІТП дають при реконструкції відкритих схем теплозабезпечення.

У 1990-х рр. на кафедрі група наукових співробітників (Н. І. Гусєва, О. Г. Верба та ін.) під керівництвом проф. В. Є. Ведя проводила дослідження зі створення технології нанесення високотемпературних теплозахисних ерозійностійких покриттів внутрішніх поверхонь високої чистоти деталей складних конфігурацій – елементів випускних трактів ДВЗ. Створена технологія нанесення і формування теплозахисних покриттів внутрішніх поверхонь елементів випускних каналів ДВЗ безпосередньо в процесі відливки деталей не має аналогів. Теплозахисні покриття дозволяють зменшити витрати палива транспортних засобів, підвищити ККД двигунів, знизити їх матеріалоємність.

Модульний ІТП Модульний ІТП

У 1994 р. доцент Ю. П. Кудрін захистив докторську дисертацію. Йому було запропоновано зайняти посаду виконуючого обов’язки завідуючого кафедрою ЗХТ, ПА, яку він і займав до своєї передчасної смерті. З 1997 по 2002 рр. обов’язки завідуючого кафедрою виконував проф. В. О. Лещенко.

Під керівництвом проф. Л. Л. Товажнянського аспірант, згодом д-р техн. наук, професор, зав. кафедрою Національної фармацевтичної академії Зайцев Олександр Іванович виконав дослідження з визначення оптимальних параметрів функціонування колонної апаратури.

У 1992 р. з ініціативи зав. кафедрою ЗХТ, ПА проф. Л. Л. Товажнянського, професора кафедри П. О. Капустенка та проф. Й. Клемеша із Інституту науки та технології Манчестерського університету в рамках міжнародних проектів ЄС у ХДПУ було проведено семінар з сучасних енергозберігаючих методів. У рамках семінару працювала школа з сучасних методів інтеграції процесів. Уперше в Україні й країнах СНД було прочитано лекції з пінч-аналізу та пінч-методів проектування хіміко-технологічних систем. Це було початком розвитку в Україні нового наукового напрямку – методу інтеграції технологічних процесів.

У 1995 р. на базі кафедри ЗХТ, ПА й кафедри інтеграції процесів Інституту науки і технології Манчестерського університету за підтримки Британської Ради й фонду KNOW-HOW (Великобританія) сумісно з АТ «Співдружність-Т» створено Центр енергозберігаючих інтегрованих технологій, керівником якого став проф. Л. Л. Товажнянський. Цей час визначає момент заснування наукової школи досліджень і підготовки спеціалістів в Україні в галузі теоретичних основ інтеграції процесів з метою проведення енергоефективних реконструкцій промислових підприємств або їх раціонального проектування.

У 1997 р. у Москві побачив світ підручник професорів кафедри З. М. Царьової, Л. Л. Товажнянського, Є. І. Орлової «Основы теории химических реакторов. Компьютерный курс» обсягом 624 стор. Підручник було перекладено українською мовою й знову видано в Харкові в 2002 р.

Фундаментальні наукові роботи, виконані співробітниками кафедри ЗХТ, ПА, стали основою при вирішенні глобальної промислово важливої проблеми в Україні – «Розробка теоретичних основ технології й обладнання виробництва кальцинованої соди і реалізація концепції будівництва Кримського содового заводу на основі комплексної переробки сировини Сивашу». За цю роботу проф. Л. Л. Товажнянський з співавторами в 1999 р. був удостоєний звання Лауреата Державної премії.

Ще одним напрямком наукових досліджень, що розвиваються на кафедрі ЗХТ, ПА з 2000 р. під керівництвом проф. Л. Л. Товажнянського, стало удосконалення технології дифузійного карбідного поверхневого легування (ДКПЛ). Технологія ДКЛП розроблена на основі відкриття, зареєстрованого під № 368, одним із авторів якого була провідний науковий співробітник, к. т. н. Заєць Інна Ісаківна, що працювала на кафедрі до 2008 р.

Деталі, що подвергнуто ДКПЛ Деталі, що подвергнуто ДКПЛ

Зараз над розвитком технології ДКПЛ працюють старший науковий співробітник, к. т. н. Л. О. Чуняєва, науковий співробітник, к. т. н. О. М. Чуняєв, молодші наукові співробітники А. О. Биков та А. О. Асріян. Технологія ДКПЛ призначена для заміни об’ємно легованих (іржостійких) сталей, які працюють в агресивних середовищах хімічної і добувної промисловості, на поверхнево леговані. Карбідні покриття, нанесені за технологією ДКПЛ, є ефективними на вуглецевих сталях, конструкційних низьколегованих сталях, високоміцних низько- й середньолегованих сталях, практично на всіх видах інструментальних сталей, а також на сірому, ковкому і високоміцному чавуні. За технологією ДКПЛ можна виготовити основні комплектуючі для всіх галузей машинобудування: підшипники, шестірні, плунжерні пари, гальмові диски, різальний, штампувальний і рублячий інструмент, запірну арматуру, сопла, інжектори, робочі органи й патрубки насосів для агресивних середовищ, деталі для роботи в агресивних середовищах (металовироби, фітинги, насадки), напівфабрикати (листова сталь, труби) та ін. Теоретичні дослідження з цього наукового напрямку пов’язані з розробкою фізико-хімічних прийомів регулювання процесу утворення карбідної фази, а також з розробкою поверхнево-легованих сплавів з заданим градієнтом властивостей. Технологія ДКПЛ захищена 24 патентами США, Японії, Германії, Канади, Швеції, Франції.

У 2002 р. виконуючим обов’язки завідуючого кафедрою ЗХТ, ПА було призначено професора, доктора технічних наук Ведя Валерія Євгеновича.

Професор В. Є. Ведь Професор В. Є. Ведь

З 2004 р. кафедра розпочала підготовку студентів зі спеціальності «Комп’ютерно-інтегровані технологічні процеси і виробництва» за спеціалізацією «Інтегровані технології і енергозбереження». Наявність таких спеціалістів в Україні економічно обґрунтована й доцільна, бо найбільше енергії в країні споживається промисловим сектором, (45–50 % усіх енергоресурсів).

Серед усіх факторів і заходів інтенсифікації процесів у хіміко-технологічних системах (ХТС) особливу роль відіграють ефекти, що пов’язані з оптимальним вибором структури і елементів системи. Економічний ефект від оптимальної структури ХТС приблизно на порядок вище ефектів від оптимальної організації окремих елементів або оптимального управління процесом. Реакція цих ефектів досягається не тільки при створенні нових виробництв, але й при реконструкції існуючих ХТС. Для цього використовуються методи інтеграції процесів, які відносяться до системних методів проектування. Спеціалістів, які володіють указаними методами, зокрема, методами пінч-аналізу, у вузах України й усієї материкової Європи, Азії і Америки зараз не готують (спеціалістів такого профілю випускають лише в Інституті науки і технології Манчестерського університету). З відродженням промисловості в Україні попит на таких спеціалістів буде тільки зростати, а застосування таких методів – поширюватися. Тому необхідно підготувати спеціалістів, здатних проводити наукові дослідження з метою розвитку сучасних енергозберігаючих методів інтеграції процесів у різних галузях народного господарства. Отже, підготовка спеціалістів за спеціалізацією у сфері інтеграції процесів і енергозбереження цілком узгоджується зі статтями 5, 7 та 8 Закону України про енергозбереження.

Професор П. О. Капустенко Професор П. О. Капустенко

Для навчання студентів новій системі знань професорсько-викладацький склад кафедри підготував такі професійно-орієнтовані дисципліни: вступ до спеціальності, ідентифікація та моделювання технологічних об’єктів, гідрогазодинаміка, термодинаміка і теплотехніка, основи енерго- та ресурсозбереження, технічні засоби обробки текстової та графічної інформації, технічні засоби обліку економіко-технологічних показників, спеціалізовані розділи теплофізики, нетрадиційні та відновлювані джерела енергії, замкнені технологічні процеси, інформаційні системи та комплекси, методи інтеграції основних хіміко-технологічних процесів (пінч-аналіз), надійність та діагностування теплотехнічних систем, комп’ютерно-інтегровані технології, основи енергетичного менеджменту та аудиту, економіка навколишнього середовища, технічні засоби обліку економіко-технологічних показників, маркетинг енергії, інтеграція теплових процесів у промисловості, програмне забезпечення методів інтеграції теплоенергетичних процесів, проектування та розрахунок теплообмінного обладнання, проектування енергоефективних технологічних систем (HYSYS), процеси охолодження та холодильна техніка.

Підготовка співробітниками кафедри нових дисциплін для відкритої спеціальності, розвиток науково-дослідних робіт у галузі інтеграції процесів визначили об’єктивні обставини, на підставі яких професорсько-викладацький склад кафедри ЗХТ, ПА запропонував у 2005 р. нову назву кафедри «Інтегровані технології, процеси і апарати» (ІТПА), яку було затверджено ректоратом вищого навчального закладу.

Стендова доповідь по інтеграції процесів на нафтопереробному заводі Стендова доповідь
по інтеграції процесів на
нафтопереробному заводі

На початку першого десятиліття ХХI століття під керівництвом проф. В. Є. Ведя розпочалися роботи зі створення керамічних нагрівників принципово нового типу. Використання розроблених керамічних нагрівників контактного типу дозволило реалізувати передачу тепла об’єктам, що нагріваються, за рахунок теплопровідності, тобто з мінімальним тепловим опором у системі, яке передає тепло. Також з’явилася можливість передавати тепло спрямованим й рівномірно розподіленим тепловим потоком з максимально розвиненою поверхнею заданої складної конфігурації, що передає тепло. Це дозволило вперше створити електричний пластинчатий теплообмінник – нагрівник практично зі стовідсотковою передачею тепла середовищу, що нагрівається (Л. Л. Товажнянський, В. Є. Ведь, Л. М. Ульєв). Даний нагрівник рекомендовано використовувати для перекачування високов’язкої нафти в шлейфах і використано на підприємствах лакофарбової промисловості (наприклад, ВАТ «Червоний хімік» – загальна потужність сіми нагрівників хімічних реакторів 230 кВт), а також для обігрівання й гарячого водопостачання побутових і промислових приміщень (ВАТ завод «Кондиціонер», 30 кВт).

Використання керамічних нагрівників нового типу й організація прийомів спрямованої передачі тепла, наприклад, у хімічних реакторах, сушильному обладнанні, побутових приладах та інше дозволяє досягти 20–40 % економії електроенергії. Розроблено й інфрачервоні нагрівники, які генерують спрямовано приблизно 90 % теплового потоку і дозволяють оцінити енергоефективність їх використання вище 70 %.