Инженерная эвристика - Нурали Латыпов

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.

И с решением этой проблемы моим отцом связано у меня одно из ярких детских впечатлений. Дело в том, что раньше в Центральной Азии традиционным топливом был так называемый кизяк. В России это добро именуют коровяком. Короче, сушеными коровьими лепёшками, если не оскорбить слух иного телезрителя более крепким словом. Их заготавливали в большом количестве пастухи. Для своих очагов. Отец же почти задаром приобрёл тонну бросового угольного порошка, заплатил разве что за перевозку. Угольная пыль считалась только отходом, который применяли лишь в специально оборудованных котельных.

Из всего того добра, что накапливалось под нашей коровой, замешав его на угольном порошке, отец делал густую смесь. А мы, дети, помогали ему, специальными формочками делая из неё брикеты. Под жарким южным солнцем брикеты быстро высыхали, так что их можно было складировать в штабеля в сарае. Зимой же я увидел, как они ярко горят, и печь гудела посильнее, чем если бы мы топили дровами или углём. Фактически мы использовали попутное бросовое сырьё. Пыль позволяет осуществить более интенсивную газификацию угля, способствует его полному выгоранию, а органический горючий наполнитель как бы склеивал пыль воедино» (Вассерман, Латыпов, 2012, С. 231).

Принцип тот же, объединение в пространстве двух разных, казалось бы, вещей, породило новое качество[78]. Точнее, общее-то у угля и кизяка было, это общее — их горючесть. И она была многократно усилена за счёт синергетики — сложения заранее во времени и в пространстве двух способностей к горению. Восстановленная целостность угля позволяла обойтись без того, чтобы распылять уголь каким-то хитрым образом. Устранение мелкодисперсности приводило к тому, что и сгорание дармового «композита» происходило постепенно.

Близок по ассоциативному ряду и такой примечательный факт. Отходом перерабатывающего производства хлопка является так называемая «гуза-пая», в переводе с узбекского «стебли хлопчатника». Они не только служили основой для получения гидролизного спирта. В условиях дефицита угля и лесных ресурсов гуза-паей, как хворостом, отапливали и помещения. Отходом производства целлюлозы и спирта был клейкий лигнин, накапливающийся на дне баков. Рабочие узбекских предприятий формовали лигнин в кирпичики и пускали снова в дело — в качестве органического топлива. Производство получалось экологичным и безотходным.

Саман — это композитный материал, смесь земли, глины, песка, соломы и воды, укладываемый вручную при возведении монолитных земляных стен. Он широко использовался в Советской Азии с незапамятных времён. Малоросские мазанки — конструкции похожего порядка. Синергетический эффект от совместного применения соломы, своего рода структурной арматуры, и вяжущего наполнителя проверен временем.