Лаборатория математической химии

В рамках прежней тематики сотрудниками лаборатории были проведены обширнейшие исследования и получены важные результаты:

• Построены алгоритмы анализа кинетических и термодинамических измерений при идентификации механизмов сложных реакций.
• Построены алгоритмы расчета уровня точности кинетических и равновесных констант при решении обратных задач.
• Разработано программное обеспечение, использовавшееся при математической интерпретации измерений в самых разных конкретных реакциях (гетерогенный, гомогенный, межфазный, ферментативный катализ, жидкофазное окисление углеводородов и т. д.).
• Разработаны методы оптимизации каталитических процессов с переменной активностью катализаторов и ограничениями на фазовые переменные.
• Созданы методы и математическое обеспечение для расчета каталитических процессов, протекающих с заметным изменением реакционного объема. Проведено моделирование каталитических процессов в реакционных системах: газ–твердое (алкилирование 3,5-ксиленола метанолом, дегидрирование бутена-1 и метилбутенов, парциальное окисление дурола и сероводорода) и газ–жидкость–твердое (гидрирование α-пинена и олигомеризация α-метилстирола).
• Разработана информационно-аналитическая система для изучения кинетики и механизмов сложных каталитических реакций. Реализована реляционная база данных, позволяющая хранить многочисленные экспериментальные данные и обрабатывать результаты расчетов. Создан пакет программ для обработки экспериментов с удобным интерфейсом и графической поддержкой.
• Разработаны кинетические модели следующих практически важных реакций:
• гидроалюминирования олефинов в присутствии катализатора CpZrCl;
• олигомеризации α-метилстирола в присутствии цеолита NaHY;
• ионного обмена при приготовлении цеолита КА;
• циклоалюминирования олефинов триэтилалюминием в алюмоциклопентаны;
• парциального окисления углеводородов и сероводорода;
• алкилирования ароматических углеводородов и фенолов;
• гидрирования олефинов в газовой фазе и α-пинена в жидкой фазе;
• дегидрирования бутилов, метилбутенов и этилбензола;
• цилоалюминирования олефинов.
• Созданы математические модели каталитических процессов, представляющие собой систему уравнений материального и теплового балансов, кинетических уравнений, выражения для скорости передачи вещества и тепла, т.е. построены с учетом физико-химических закономерностей процесса. Проведен качественный анализ математических уравнений модели, составлены фазовые и параметрические портреты реакций.
• Созданы алгоритмы и разработано программное обеспечение, позволяющие проводить вычислительные эксперименты для промышленно значимых каталитических процессов. Программное обеспечение официально зарегистрировано в РФ. Разработанные методики и комплекс программ внедрены в производственную практику завода «Каучук» в г. Стерлитамаке.
• Разработаны подходы для создания программно-методического обеспечения для решения обратных кинетических задач с использованием технологий параллельных вычислений. Основным достоинством применения параллельных вычислений на многопроцессорных компьютерах является существенное сокращение времени расчетов, необходимое для решения задач. Преимущество нового подхода хорошо прослеживается на примере разработки кинетических моделей сложных процессов металло-комплексного катализа на примере реакции гидроалюминирования олефинов.

Сотрудниками лаборатории опубликовано свыше 600 научных трудов (из них – более 150 статей индексируются в базах данных Web of Science и Scopus), 10 учебных пособий и 6 монографий и глав в книгах, получены более 50 свидетельств о государственной регистрации программных продуктов.