| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
ГЛАВА 10.
Мы выбрали метиловый спирт в качестве целевого вещества потому, что он мог использоваться, помимо топлива, для синтеза многих других веществ — формальдегида, уксусной кислоты, других спиртов, каучуков, а при реакции с бензолом он дает толуол — в общем, чрезвычайно полезное вещество. Проблема в том, что при атмосферном давлении из синтез-газа получается не более двух процентов метилового спирта. К счастью, в 1921 году во Франции, а в 1923 — в Германии были разработаны более продуктивные методы получения метилового спирта из синтез-газа, но они требовали высоких давлений и температур — при 680 атмосферах и 300 градусах выход спирта составляет почти 100% — давление и температура сдвигали реакции в нужную сторону. Но высокие давления и температуры нас уже не пугали — мы занимались этим направлением в рамках гидрогенизации твердого топлива, так что какие-то навыки у нас были. К тому же если применять катализаторы, то их значения можно снизить. Тем более что были примеры и в нашей стране — первое производство метилового спирта в СССР по этой технологии было запущено в 1934, так что публикаций с технической литературе хватало. Не боги горшки обжигают.
К началу войны использовались процессы именно с применением катализаторов — катализаторы на оксидах цинка и хрома снижают потребные давления в два-три раза — до 250-350 атмосфер, хотя температуры процессов становятся выше — 350-400 градусов. Но сам процесс образования метанола — экзотермический, соответственно тепло надо отводить. Мы и так синтез-газ, полученный обработкой раскаленного кокса паром, охлаждали, сжимали, снова охлаждали — и сравнительно холодным подавали в реакционную камеру — стальную трубу, заполненную таблетками катализатора. Первая как-то работающая установка выдавала пять килограммов метанола в час, но уже вторая, заработавшая в августе 1942го — 100 килограммов, к тому же мы смогли утилизировать часть тепла — с его помощью получали пар, подогревали кокс в одной из двух камер, хотя много еще терялось с охлаждающей водой — к сентябрю народ даже сделал себе на дармовом тепле душевую, кайфовал.
Еще больше снизить давление удалось добавлением в катализаторы меди — оказывается, в мире не применяли медь из-за отравления серой — сера, присутствующая в сырье, соединялась с медью, образуя сульфиды. Но у них сырье было грязным — уголь, нефть, тогда как у нас использовался торф и древесный уголь — в них серы было гораздо меньше. Так что мы начали применять цинк-хром-медные катализаторы, и давление процесса снизилось до 40-100 атмосфер, а температура — до 230-260 градусов — при таких параметрах мы могли строить уже более объемные установки, поэтому к концу 1942 года мы производили уже пять тонн метилового спирта в час, сто тонн в сутки — это двести вылетов истребителей или штурмовиков с полной заправкой или четыреста — с половинной. Неплохой приварок. К лету 1943го выходило уже двадцать пять тонн в час, пятьсот тонн в сутки, к осени — семьсот — метиловый спирт становился основным авиационным топливом для полетов на высотах до двух километров, где в теплое время ниже риск образования ледяных пробок из-за набранной спиртом воды. Правда, была опасность паровых пробок, поэтому мы начинали добавлять более высокие спирты — этиловый, пропиловый, бутиловый.
Причем эти спирты можно было изготавливать одновременно с производством метилового спирта, просто добавив в катализатор немного щелочных или щелочноземельных металлов, точнее — их оксидов. С катализаторами мы, правда, намучались — слишком много там тонкостей. Их назначение — предоставить активные центры, на которых будет происходить нужная реакция. В принципе, получение метанола из синтез-газа возможно и на голом цинке, без хрома, и на других металлах — но именно сочетание цинка и хрома дает наибольший выход продукта — хром выступает в качестве активатора для цинка, то есть вещества, усиливающего активность катализатора. До конца мы еще в этой схеме не разобрались, но пока все выглядело следующим образом. Водород и оксид углерода адсорбируются на поверхности кристаллов цинка, то есть сближаются друг к другу и получают возможность поскорее вступить в реакцию. То есть и без катализатора реакции бы состоялись, что мы и наблюдали, но с катализатором они проходили чаще, интенсивнее — выход продукта за единицу времени существенно повышался. И хром препятствовал росту кристаллов цинка, то есть делал их более мелкими, увеличивал поверхность, на которой могли собраться реагенты — в этом, скорее всего, и заключалась роль хрома.
Активность катализаторов зависела и от способа их приготовления. Например, по "сухому" методу окись цинка и хромовый ангидрид измельчались, смачивались и формовались в таблетки диаметром пять-десять миллиметров. При "мокром" методе к суспензии оксида цинка добавляют раствор хромового ангидрида и потом сушат, то есть получается более однородная смесь, к тому же последующее высушивание оставляет множество пор и поверхность катализатора увеличивается — так, если для сухих внутренняя поверхность одного грамма катализатора была порядка ста квадратных метров (да, "огородная" сотка), то в мокрых — почти двести. В результате активность "мокрых" катализаторов становится на 10-15% выше, чем "сухих". Мы начинали сразу с мокрых — не хотелось измельчать еще и ангидрид. А с начала 1943го перешли уже на следующий способ изготовления — осаждением из азотнокислых солей цинка и хрома и последующим прокаливанием в атмосфере водорода. Преимуществом этого метода было то, что резко снижались потребные количества катализатора — его пленка крепилась на подложке, которая и обеспечивала механическую прочность. А за счет более мелких кристаллов активность была довольно высокой — примерно посередине между сухими и мокрыми. К такому способу пришли по аналогии с одним из способов изготовления активных пленок для ИК-техники, поэтому решили попробовать этот метод и в производстве катализаторов.
Пленочные катализаторы были лучше таблетированных прежде всего тем, что подложку можно было сделать полой и пропускать через нее охлаждающую жидкость — для нас первый год бичом была невозможность точного и быстрого контроля температуры в реакционной камере, катализаторы перегревались и получались локальные спекания кристаллов — активность резко падала. Так что подложки избавили нас хотя бы от этой напасти, хотя забивание внутренних полостей и поверхности водой и углеродом — одними из продуктов реакций — все так же продолжалось — тут уж приходилось регенерировать катализаторы — либо вытаскивать из камеры и прокаливать в водороде, либо продувать горячим водородом саму камеру. Исследовали и метод повышенной подачи водорода через определенные промежутки времени в ходе самого синтеза — предполагалось, что это не позволит вредным продуктам накапливаться в порах. А то если не делать регенерацию, поверхность грамма могла снизиться и в десять раз — до 10-15 квадратных метров. И это при том, что производительность катализаторов и так была не слишком высокой — если говорить о таблетированных катализаторах, то не больше двух литров метанола на литр катализатора в час.
То есть катализаторов требовалось много, точнее — дофига. Мы в том числе поэтому-то и перешли на цинк-хром-медные катализаторы, что для них требовалось гораздо меньше хрома, а то в цинк-хромовых самого хрома было как минимум 20%, и чтобы получать те самые тридцать пять тонн метилового спирта в час, чего мы достигли к осени сорок третьего, нам бы потребовалось как минимум двадцать пять тонн катализаторов, в которых должно было быть пять тонн хрома. А так потребность снижалась минимум в три раза, к тому же уже половина аппаратов у нас работала не на насыпных катализаторах, когда тысячи таблеток засыпаются в емкость и через эту кучу потом прогоняется синтез-газ, а на планарных — площадь катализатора мы сохранили ту же самую, а его массу уменьшили в пять раз. Правда, тут потребовалось организовывать вихревые потоки, чтобы повысить вероятность столкновения молекул синтез-газа с поверхностью катализатора, тогда как в насыпных аппаратах это происходило естественным путем — продираясь в промежутки между таблетками, газ постоянно сталкивался с их поверхностью, менял направление, завихрялся. Так что с планарными катализаторами были свои сложности, но хрома требовалось раз в двадцать меньше.
Мне, кстати, потом между делом рассказали, почему не использовали синтез бензина по методу Фишера-Тропша — для синтеза при низком давлении требуются кобальто-магниевые катализаторы, а кобальта у нас в сорок втором практически не было — привезли с большой земли на самолете несколько десятков килограммов, но мы их использовали для напыления на поверхности — прежде всего в ДВС. А с железными катализаторами потребные давления уже приближаются к давлениям гидрогенизации, так что выгода в плане производства аппаратуры теряется. Да и регулировать температуру сложнее. Впрочем, были и другие причины. Все дело в этой дурацкой молекуле кислорода, что присутствует в угарном газе. Ведь в бензине ее нет, следовательно, ее надо куда-то девать — вот она и уходит либо в воду, либо в спирты — то есть у бензина крадется водород, который вообще-то не так-то просто добыть — надо пыхать паром на раскаленный уголь, а это — затраты топлива. Так что немцы и сами не очень-то использовали этот метод — так, позднее мы узнали, что из шести миллионов тонн синтетического бензина в 1942 они произвели этим методом всего шестьсот тысяч тонн (в РИ — данные по 1943 году), то есть десять процентов, а остальные девяносто процентов пришлись на другие методы — в частности — ту же гидрогенизацию — в этом методе также есть этап получения синтез-газа, но потом эта смесь проходит через колонны с поглотителями угарного газа — собственно, через оксиды щелочных металлов — и дальше к сырью идет практически чистый водород.
Но и по метанольным катализаторам работы у нас продолжались — мы испытывали разные вещества. Для этого были созданы автоматизированные устройства по работе с высокими давлениями и температурами — стальные цилиндры, вентили, насосы — почти то же самое, что и в промышленных установках, но гораздо меньше размерами. С помощью этих устройств и ставились десятки опытов — не только по метанолу, но и по крегингу, риформингу — мы нарабатывали статистику взаимодействия катализаторов с сырьем при разных значениях давлений, температур, скорости потока. Кстати, именно в этих исследованиях и стала наконец вырисовываться компьютеризированная система управления экспериментом. Ранее я уже рассказывал, что наши лабораторные устройства имели простецкий командоаппарат с управлением от перфоленты, который позволял ввести "многостаночную" работу, когда один оператор мог обслуживать несколько устройств, на каждом из которых проводились однотипные эксперименты со своими параметрами. Отслеживание хода эксперимента — открытие заслонок, запуск и остановка двигателей, отслеживание температуры — все это управлялось автоматикой, построенной на схеме из операционных усилителей и дискретной схемы, которая управляла всем этим оркестром. Так вот экспериментаторы, набравшись опыта, стали приходить к мысли, что и каждым из этих оркестров тоже можно управлять. Народ понемногу дозревал. Более того — раз дискретные схемы управления однотипны, а различаются только схемы включения датчиков и операционных усилителей, то в принципе дискретную схему можно бы вынести и вовне — и она будет считывать с перфолент нужные команды и параметры температур, давлений и что там еще — для каждого аппарата своя перфолента — и управлять несколькими устройствами. Надо "всего-лишь" добавить схему выбора того устройства, с которого в данный момент принимаются сигналы датчиков и которому передаются параметры очередного шага.
Тут-то я и подсунул им идею управляющей ЭВМ, и даже выделил одну машину для экспериментов — она была из первых восьмибитных экземпляров и уже была старовата для выполнения расчетов (а ведь ей весной сорок третьего было всего полгода !), но для экспериментов ее пятьсот операций пересылки, сложения-вычитания и условных переходов в секунду должно было хватить — все-таки процессы сравнительно медленные, мы оценивали потребности в управляющих сигналах как десять проверок датчиков и десять пересылок данных в минуту на один аппарат. И это максимум.
— Зато — представляете ! — в управляющую последовательность можно будет легко вводить условные переходы, циклы по счетчику, даже выделять отдельные блоки !!! — это мне, программисту с чуть ли не тридцатилетним стажем, взахлеб рассказывали молодые лаборанты.
— Ну да — подпрогаммы.
— Ну да — подпрогаммы ... А точно ! Отличное название !!! А ведь на них можно генерировать и графики изменения сигналов, и тогда операционные усилители вообще не понадобятся ! Только машину бы надо помощнее ...
— Посмотрим. Вы сначала эту освойте. — слова лаборантов были для меня истинным елеем, но и размякать я не собирался, а то расслабишься, надаешь вырванных обещаний — потом ведь придется выполнять. Ставить более мощные машины, конечно, все-равно будем, но уже под соусом заботы руководства. Политика.
Да, "устаревшая" восьмибитная машина уже довольно сильно отстала от последующих поколений — они у нас появлялись каждый квартал — как по расписанию. Причем мы пока законсервировали систему команд центрального процессора — RISC на тридцать команд — а и хватит — сложение-вычитание, умножение-деление, битовые и-или-исключающее или-не, сдвиги вправо-влево, загрузка-выгрузка пользовательских регистров (РОН) — их было 16 штук, и системных — этих было также 16 — для симметрии, но пока использовалось только три — счетчик команд, указатель стека и регистр признаков — там пока использовался только младший бит — он и больше-меньше, он и переполнение — потом будем все разносить, ну в последних версиях появился регистр маски прерываний. И еще команды управления — безусловные и условные переходы — прямые или через регистр. Вызов подпрограмм и возврат был реализован программно, несколькими командами — сохранить нужные пользовательские регистры (нужность решалась по разному — программистом в вызывающей программе либо в вызываемой подпрограмме), счетчик команд, и выполнить безусловный переход — по прямому адресу, если процедура находилась в самой программе, или через регистр, если в общей библиотеке, а возврат — восстановить регистры и счетчик команд — все сохранения — с изменением указателя стека — такого же системного регистра — отдельными командами — то есть программисту надо было очень внимательно считать — на сколько его изменять — отдельных команд сохранения в стек и вытаскивания из него, как например в х86 с его push/pop, не было. Но это позволяло не дергать лишний раз сумматор — нарастить регистр один раз на все сохранения — и все. Подобными способами мы экономили транзисторы на схему управления.
Правда, эти команды — общего уровня, а так — у некоторых были и разновидности. Возможно, в ближайшие лет двадцать больше и не будет. Хотя — нет, в ближайшие несколько лет будет расширение системы команд — тут и нормальный вызов подпрограмм, чтобы сохранение счетчика и переход выполнялись за одну команду, и групповое сохранение-восстановление регистров — это будет и в качестве отдельной команды. Да и сами регистры предполагалось пометить тегами с типом содержимого — чтобы не таскать эти данные в командах — сложение так и останется со своим опкодом, а типы будут его дополнять — причем в тегах будут либо типы, либо ссылки на типы — например, для индексного доступа или наращивания индекса на размер элементов типа, на который он ссылается, а может и совместим использование с наращиванием в одной команде — еще будем думать. Тут уже потребуется дополнять операции загрузки — добавлять в них типы загружаемых значений — откуда-то ведь они должны появляться. Но места в байте, выделенном под опкод, было более чем достаточно — при общей длине команды 16-24 бита — я решил не жаться, под предполагаемое увеличение производства чипов памяти.
| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
