Лаборатория «Тепловые процессы в химической технологии»

Лаборатория «Тепловые процессы в химической технологии (ТЕРМОХИМ)» была создана в 2025 г. В лаборатории работают 16 сотрудников, из которых 7 это студенты, магистранты, аспиранты и молодые ученые до 35 лет.

Руководитель лаборатории Ерёмин Антон Владимирович, д.т.н., доцент.

Целью работы лаборатории является формирование фундаментальных основ для предиктивного анализа и оптимизации химических реакций, тепловых и массообменных процессов, обеспечивающих эффективную переработку возобновляемого сырья в продукцию тонкого и основного органического синтеза.

Задачи:

• Получение достоверных термодинамических данных и разработка подходов к их прогнозированию для реакций с участием ключевых соединений, получаемых из возобновляемого органического сырья (производные фурана, терпены, глицерин, продукты деполимеризации лигнина и др.), применяемых в производстве топливных компонентов, полимеров и функциональных материалов.
• Формирование согласованного и воспроизводимого набора термохимических характеристик с привлечением экспериментальных методов и квантово-химического моделирования для повышения надёжности и полноты исходных данных.
• Разработка математического аппарата для моделирования тепловых и гидродинамических процессов в пористых средах с упорядоченной макроструктурой, основанного на параметрической идентификации коэффициентов переноса с использованием результатов вычислительных и натурных экспериментов.
• Создание математических моделей тепломассопереноса в гомогенизированных пористых средах с учётом геометрических характеристик структуры (толщина стенок, пористость, канализация и др.), формулировка соответствующих краевых задач и поиск их приближённых решений.
• Разработка краевых задач на основе DPL-модели переноса (модели с запаздыванием) для описания тепломассообменных процессов в средах с регулярной макроструктурой, включая микро- и наноуровни пространственного масштаба.
• Синтез и характеристика модельных носителей с различной морфологией и структурой поверхности, исследование их физико-химических свойств и сопоставление с результатами математического моделирования для проверки применимости и точности разработанных моделей.
• Подбор и исследование функциональных твёрдофазных систем с каталитической активностью с целью верификации моделей переноса и установления взаимосвязей между структурой, свойствами и реакционной способностью материалов.
• Комплексная физико-химическая характеристика структурных и электронных свойств поверхности активных материалов с использованием современных аналитических методов для установления факторов, влияющих на их реакционную эффективность.
• Изучение параметров процесса получения биоугля и его последующего ожижения, а также оценка влияния условий (температура, давление, доноры водорода) на состав и свойства получаемых продуктов; верификация математических моделей на основе полученных экспериментальных данных (совместно с ИНХС РАН).
• Проведение термодинамического анализа процессов ожижения биоугля, определение равновесных выходов продуктов при различных условиях, сопоставление расчётных и экспериментальных данных, подтверждение применимости разработанных моделей для описания реальных процессов.

По результатам деятельности лаборатории планируется получить:

• прецизионные термохимические данные (экспериментальные и расчётные с использованием квантовой химии) для широкого круга соединений, представляющих интерес в качестве прекурсоров в технологиях получения химических продуктов из возобновляемого растительного сырья. Для ряда веществ такие данные будут впервые введены в научный оборот.
• математические зависимости между структурой молекул и их термодинамическими характеристиками, включая энтальпии образования, энтропии, давления насыщенного пара и параметры фазовых переходов. Это обеспечит возможность прогнозирования свойств аналогичных соединений и обоснованного выбора направлений химической трансформации.
• термодинамические характеристики реакций, включая равновесные составы, константы равновесия, энергетические параметры, а также модели зависимости состава продуктов от температуры, давления и стехиометрии реагентов. Эти данные лягут в основу рационального подбора условий реакционных процессов и оценок их энергетической эффективности.
• данные о фазовых равновесиях в многокомпонентных системах, необходимых для построения термодинамических моделей сложных превращений и оценки направления реакции в условиях реальных процессов.
• обобщённые критерии выбора молекулярных структур и технологических условий, направленные на повышение эффективности процессов получения целевых продуктов из биомассы и диоксида углерода.
• модифицированные математические модели переноса тепла и массы в пористых средах со сложной упорядоченной структурой на основе трижды периодических минимальных поверхностей. Эти модели позволят учитывать геометрию структуры носителей и уточнять расчёты при проектировании реакторов и катализаторов.
• оригинальный метод гомогенизации процессов переноса, основанный на интерпретации результатов натурных и численных экспериментов, с целью получения эффективных коэффициентов тепломассопереноса для материалов с регулярной пористой структурой.
• рекомендации по методам синтеза и структурной организации носителей с заданными геометрическими и поверхностными характеристиками, которые обеспечивают оптимальные условия для тепломассопереноса и эффективной работы каталитических систем.
• научные основы создания функциональных каталитических систем, обладающих высокой активностью, селективностью и стабильностью, что обеспечит перспективу их практического применения в процессах переработки биомассы и утилизации CO₂.

Будут достигнуты следующие целевые показатели:

• публикация 15 статей в международных журналах, индексируемых Web of Science и Scopus;
• подготовка 2 РИД: патенты на изобретения;
• выступления молодых ученых лаборатории на 8 международных конференциях.