Инженерная эвристика - Нурали Латыпов

Предложите нам классический, чисто химический, надёжный и простой способ количественного определения воды в нефти и нефтепродуктах.

Участник тренинга . Титрованием.

Д. Гаврилов . Титрованием чего?

Участник тренинга . Анализируемой пробы анодным раствором по методу Карла-Фишера. С титрованием этим даже ребёнок справится.

Д. Гаврилов . То есть у вас должен быть минимум в наличии ядовитый метанол, пиридин, не считая самого многокомпонентного реактива Фишера [75] , а также и прибор – кулонометр (или потенциометр) и ячейка (лучше сразу титратор). Не слишком ли громоздко? За последние 75 лет, с момента создания Фишером его реактива, могли придумать что-нибудь более простое. В формулировке задачи, в самих условиях, всегда содержится подсказка.

Вы опираетесь на конкретный опыт, специальное знание, готовое и известное вам решение, но не хотите отступить на шаг назад и выдумать своё, собственное и оригинальное.

Другой участник тренинга . Возможно, метод состоит в применении электрического тока?

Д. Гаврилов . По сути дела и предыдущее предложение и сводится к построению графика изменения электропроводимости раствора. Но для решения вводится много лишних сущностей со стороны, кои не стоит умножать согласно известному принципу. А если судить не по выпавшему в осадок йоду, а по выделенному летучему газу?

Участник тренинга . Но ведь уже сказано, что другой «метод основан на измерении объёма испарившейся воды».

Д. Гаврилов . Но я ничего об испарившейся воде не говорил, а говорил, что если что-то оседает и выпадает, то что-то может улетучиваться.

Участник тренинга . Но ведь нам надо количественно определить воду?

Д. Гаврилов . Да.

Участник тренинга . Значит, количество, как вы говорите, выделенного каким-то образом газа из нефти должно быть пропорционально содержанию воды?

Другой участник тренинга . Судить о содержании воды в пластовой нефти по объёму газа? Например, ступенчатое разгазирование? Если это имеется в виду – сразу нет, потому что в пластовой нефти газосодержание очень варьируется, и свойства газа тоже. Немного оффтопа: остаточную водонасыщенность/нефтенасыщенность керна замеряют с помощью капиллярометрии или центрифугой. А можно ли смесь нефти с водой прогнать на центрифуге при разной скорости, присоединив к держателям для пробирок с жидкостью (стальных) капилляры сбоку и к ним ёмкости? А ёмкости сделать высокими и узкими, чтобы вытекшая поначалу жидкость осталась снизу. Жидкости разной плотности должны разделиться при определённой скорости, и поначалу, допустим, нефть стечет через капилляр, потом вода. Это предположение, не уверена в физичности на этапе разделения. Забыла про вязкость, за счёт вязкости тоже должно быть какое-то разделение при вращении (неньютоновские жидкости).

Д. Гаврилов : Коллеги, но зачем выделять газ из нефти? Выделите его, образно говоря, «из воды», которая в пробе нефти содержится. У вас есть только ведро нефти, например. Принесли в лабораторию. Как определить в нём содержание воды химическим путём по газу? Наверное, надо как-то подействовать на нефть, то есть воду в ней… чтобы количество молей воды было прямо пропорционально числу молей выделившегося в ходе реакции газа. Какие вещества реагируют с водой в органическом растворе с выделением газа? Вода так уж точно химическое соединение из числа самых распространённых, о чём все забывают. И вода тоже вступает в химические реакции!

Участник тренинга . То есть надо подобрать такой реагент, который будет взаимодействовать с водой, оставаясь инертным к нефти, с выделением газа? Возможно, карбид кальция используется, образуя ацетилен?

Другой участник тренинга . В ведре нефти в поверхностных условиях растворено много газа, он может быть самого различного состава. Когда в нефти+воде будет происходить реакция, будет выделяться либо поглощаться тепло, в этих условиях из системы дополнительно может выделиться газ (и выделится!). Уже тот, который был в ведре. Как его зафиксировать отдельно от того, который выделился бы из полностью дегазированной смеси нефть+вода? Непредставительный результат и взрывоопасно.

Участник тренинга . Не беда. Если брать реакцию с карбидом, то тепло можно отводить. Газ ацетилен не живёт же в нефти, он выделится и всё. Приведите мне пример побочной реакции, в которой выйдет дополнительный газ, который испортит наши расчёты?

Д. Гаврилов . Если содержание воды велико, относительно органической части, возражение в части существенного теплового эффекта можно было принять. Но существенным возражением является неплохая растворимость ацетилена в любой органике. Тем не менее, есть такой газ и такой реагент, которые помогут справиться с водою в органическом растворе. Парадоксально, но вода получается именно из этого газа!

Участник тренинга . Значит, надо выделить либо кислород, либо водород? Не будет ли кислород доокислять органику? Наверное, водород куда более инертен.

Д. Гаврилов . В каких химических реакциях из воды выделяется водород?

Участник тренинга . Эврика! Например, бросим «в ведро» гидрид кальция, объём выделившегося водорода можно измерить с высокой точностью, и он будет пропорционален массовому содержанию воды в пробе:

СаН2+2Н2O = Ca(OH)2 + 2H2

Гидриды не растворяются (без разложения) ни в одном из обычных органических растворителей. А вот с водой (даже её следами) они энергично реагируют, поэтому традиционно используются в лабораторной практике в качестве осушителей.

Д. Гаврилов . Поздравляю, вы повторили идею инженера И.С. Лидермана и его соавторов, опубликованную в бюллетене «Открытия, изобретения» № 12 за 1967 год, авторское свидетельство СССР № 197268.

ВОПРОС № 82

Войско полководца Ганнибала спускалось по узкой и крутой заснеженной скользкой тропе. Одно неосторожное движение – и человек летел в пропасть. А впереди была Италия, впереди был Рим. И вот они подошли к огромной скале, обойти это место было невозможно. Скала преграждала дорогу, через неё с трудом перебрался бы пеший, о коннице и шести слонах Ганнибала речи и не шло… Так или иначе, но на следующее утро всё войско Ганнибала спустилось с гор в долины Италии. Каким образом это произошло?

Как работают совместно операторы количественного и качественного уровней, то есть в данном случае принцип объединения в пространстве, принцип изменения размера и перехода к новому качеству покажем хотя бы на нижеследующем классическом примере.

1870-е годы. Производившийся в Баку керосин разливался в большие 20-пудовые деревянные бочки для отсылки в другие города. Но тяжесть бочек и неполное использование объема трюмов – всё это увеличивало стоимость перевозки керосина на 25 %. Перевозка керосина наливом стала производиться на Волге с 1877 г. и нашла многих подражателей. Но перевозить керосин и нефть наливом в деревянных судах было опасно в пожарном отношении, кроме того, «нефтяные продукты легко просачивались через корпус, чем портили воду и рыбные угодья».

Людвиг Эммануилович Нобель собственноручно спроектировал и выполнил чертежи первого в мире нефтеналивного парохода-танкера “Зороастр”, выстроенного по его заказу в Швеции. Как пишут исследователи инженерной деятельности Нобелей: «“Зороастр” имел стальной корпус длиною в 184 фута (соответственно длине шлюзов Мариинской системы), шириною 27 футов и глубиною 9 футов, емкостью 15 тыс. пудов керосина; машина отапливалась нефтяными остатками (мазутом); ход – 10 узлов [76] . Керосин заливался в восемь цилиндрических емкостей, мощность судовой машины составляла 290 л.с. [77] Несколько позже стали заливать нефть или нефтепродукты прямо в корпуса судов» (Джафаров, Джафаров, 2001).

Кстати именно бакинский преподаватель ТРИЗ Т. Кенгерли ввёл в оборот приём разрешения технических противоречий № 45: «Би-принцип. Используя одновременно два однотипных объекта с разными количественными характеристиками, можно получить качественно новый эффект (напр., биметаллические пластинки; биения, возникающие при сложении двух колебаний, и т. д.)» (выделено нами. – Авт. ).

Но как читатель понимает, изобретательские приёмы работают и в самой повседневной жизни, какую ведут большинство из нас. В советском журнале «Наука и жизнь» многие годы существовал раздел «Маленькие хитрости», ставший источником массы зарубежных патентов и прибыли для западных компаний. Мы же, по бедности своей или недоразумению, говорили испокон веков: «Голь на выдумку хитра». Вот только пара примеров, озвученных некогда в передаче «Мнения знатоков». Вспоминает её ведущий Нурали Латыпов:

«Сам я родом из Узбекистана. Страны, традиционно бедной дровами, живущей на привозном угле. И тем не менее, прежде мы пользовались печным отоплением. Топить печь не только трудоёмкое, но и финансовоёмкое дело. На учительскую зарплату нельзя и по сей день купить столько высококачественного угля, чтоб его хватило на весь отопительный сезон.