По мере развития новых производств в различных отраслях промышленности круг потребителей новых высокоэффективных технологий разделения газовых смесей расширяется. Мембранные технологии разделения газовых смесей имеют несомненные преимущества перед другими способами (криогенной дистилляцией и процессами абсорбции) благодаря простоте процесса, его непрерывности, относительно низким энергозатратам, высокой надежности и долговечности мембраны и мембранных аппаратов [1]. Поэтому для специалистов чрезвычайно важной является информация, связанная с мембранными способами разделения газовых смесей. Однако в настоящее время она рассеяна по достаточно большому количеству информационных источников, и ее получение представляет достаточно трудоемкую задачу.

Анализ литературы показал, что объем информации по мембранному разделению в целом и по мембранному разделению газовых смесей, в частности, довольно велик. В настоящей работе предпринята попытка рассмотреть данные о мембранах и оборудовании для газоразделения и классифицировать их с целью построения информационной системы в области мембранного газоразделения.

Для построения инфологической модели необходимо выделить из общей классификации мембран специальную классификацию по мембранному разделению газовых смесей.

Исходя из общих представлений о классификации мембран, предложенной Ю.И. Дытнерским [2], классифицировать мембраны для газоразделения можно:
•    по типу (морфологии),
•    в зависимости от механизма массопереноса,
•    по структуре,
•    по области применения.

По типу (морфологии), то есть по структуре мембраны на надмолекулярном уровне можно выделить два типа мембран: пористые и непористые (сплошные).

В зависимости от формы энергетического взаимодействия и механизма массопереноса можно выделить четыре типа мембран:
1)    пористые газодиффузионные,
2)    пористые сорбционно-диффузионные,
3)    непористые сорбционно-диффузионные,
4)    непористые реакционно-диффузионные.

По структуре активного слоя и подложки газоразделительные мембраны можно классифицировать на три типа:
1)    ассиметричные (или композиционные) плоские,
2)    половолоконные,
3)    в виде сплошной пленки.

По области применения газоразделительные мембраны можно условно разделить на мембраны:
1)    для выделения водорода,
2)    для очистки газов от диоксида углерода и сероводорода,
3)    для разделения воздуха,
4)    для разделения изотопов и радиоактивных газов,
5)    для извлечения гелия из природного и нефтяного газов,
6)    для концентрирования диоксида серы из газов и т.д.

Для пользователей системы также важна информация по мембранному оборудованию и его производителям. В этой связи были выделены в качестве основных единиц оборудования следующие: элемент, модуль, аппарат.

Наименьшей ячейкой мембранного массообменного устройства является мембранный элемент. Элемент – элементарная ячейка аппарата, в которой конструктивно соединены мембрана, дренаж и герметик. Тип элемента определяется геометрией разделяющей поверхности (плоские, рулонные, половолоконные) и организацией движения потоков газа (прямо- и противоточные, с перекрёстным током, с рециклом разделяемой смеси и т.д.).

Модуль – это сборка нескольких однотипных мембранных элементов, объединённых общей камерой сбора пермеата. Объединенные в модуле мембранные элементы помещены в общий корпус аппарата. По конструктивному признаку модули также делятся на плоские, рулонные, половолоконные.

Аппарат – устройство для осуществления процесса разделения, состоящее из одного или нескольких модулей.

Разработанная классификация легла в основу построения инфологической модели, представленной на рис. 1.
 

    Рис. 1. Инфологическая модель информационной системы в области мембранного газоразделения

При разработке информационной системы выбор систем управления баз данных (СУБД) производился из СУБД, разработанных для UNIX-подобных операционных систем, т.к. изначально разработка программного комплекса была нацелена на Open Source (открытые) решения. После рассмотрения  имеющихся из всех возможных решений (Oracle, Server Microsoft Access, MySQL, Firebird (FirebirdSQL), PostgreSQL и др.) в качестве СУБД была выбрана  MySQL как хорошо масштабируемая, кроссплатформенная, надежная и функциональная, простая в плане внедрения и применения [3]. Распространяется под лицензией GNU GPL.

В качестве языка программирования был выбран интерпретируемый PHP как наиболее удобный язык программирования для работы с СУБД MySQL [4]. Язык и его интерпретатор распространяется под собственной лицензией, несовместимой с GNU GPL.

Система сделана на веб-фреймворке Kohana, который основан на PHP5 и использует концепцию HMVC (Hierarchical Model View Controller - Иерархические Модель-Вид-Контроллер). Фреймворк безопасен, обладает высокой скоростью работы, имеет большое количество встроенных инструментов, а также легок и прост в использовании [5]. Распространяется по лицензии BSD.

Разработка PHP и HTML-модулей осуществлялась с помощью текстового редактора Notepad++, который обеспечивает подсветку синтаксиса большого количества языков программирования и разметки. Распространяется под лицензией GPL.

Также применялся FTP-клиент FileZilla, который позволяет скачивать и загружать файлы с разнообразных FTP-серверов. Распространяется под лицензией GPL.

Готовая программа тестировалась под браузерами: Mozilla Firefox, Opera и Google Chrome в операционных системах: Microsoft Windows 7 и Linux Ubuntu.

Информационная система развертывалась на сервере кафедры информационных компьютерных технологий РХТУ им. Д.И. Менделеева, который обладает следующими техническими средствами: ОS: Linux Gentoo; RAM: 3GB; CPU: Intel(R) Core(TM)2 Quad CPU    Q8300  @ 2.50GHz; HDD: 500GB.

Для доступа к информационной системе пользователю необходимо пройти процедуру авторизации.

Вход с правами пользователя позволяет просматривать информацию и вводить поисковые запросы; вход с правами администратора позволяет также редактировать, добавлять и удалять информацию из баз данных.

После прохождения авторизации и входа в систему пользователь попадает на главную страницу. На рис. 2 представлено Главное меню ИС, состоящее из подменю: «Мембраны», «Оборудование», «Производители» в верхней части страницы. На главной странице также представлены поисковые формы: Быстрый поиск, Поиск по мембране, Поиск по оборудованию.
 
    Рис.2. Главная страница информационной системы «Мембранное разделение газовых смесей»

Для наполнения баз данных использовалась различная информация о мембранах, представленная в монографиях, статьях из журналов, патентах, материалах конференций, диссертациях и других первоисточниках. С этой целью был проведен поиск литературы в БД ВИНИТИ, SCOPUS (издательства Эльзевир), Американского химического общества CAS за период с 2000 года. Для поиска первоисточников были использованы электронные коллекции журналов информационного портала Sciencedirect (издательства Эльзевир), а также научной электронной библиотеки elibrary (РФФИ). Для получения патентной информации использовались БД Роспатента (ФИПС), Американского патентного ведомства (USPTO) и европейская коллекция патентов (Espacenet). Всего было найдено более 2 тыс. информационных источников, сведения из которых легли в основу наполнения БД по мембранам. Для наполнения БД по аппаратам и БД по производителям была изучена коммерческая информация, предоставленная кафедрой мембранных технологий РХТУ им. Д.И. Менделеева, и изучены открытые ресурсы сети Интернет по этому профилю.

В БД «Мембраны» пользователь попадает через Подменю «Мембраны», где раскрывается список с Перечнем мембран. В настоящее время в системе представлена информация о 70 мембранах. Представленная информация касается только мембран, производящихся в промышленном масштабе. На рис.3 приводится форма представления данных о мембране.

 
    Рис.3. Форма представления данных о параметрах мембраны

В БД «Оборудование» пользователь попадает через подменю «Оборудование», где раскрывается список с перечнем аппаратов (наименования даны согласно номенклатуре выпускаемых аппаратов). Помимо информации о наименовании аппарата, области применения и назначения, габаритных размерах, представлены данные о производительности, рабочих параметрах: давлении, температуре, а также дана гиперссылка на фирму-производителя. В настоящее время в БД представлена информация о более чем 70 аппаратах, элементах и модулях.

В БД «Производители» пользователь попадает через подменю «Производители», где раскрывается список с перечнем названий компаний. Данные включают контактную информацию, а также область деятельности и номенклатуру выпускаемой продукции. В настоящее время БД содержит информацию о более чем 40 отечественных и зарубежных производителях, являющихся основными предприятиями по выпуску в промышленном масштабе мембран и мембранного оборудования.

В поисковой системе предусмотрен многовариантный поиск: поиск по мембране (по химическому названию, по коммерческому названию, по производителю, по области применения, по целевому компоненту), поиск по оборудованию (по названию оборудования, по производителю, по области применения) и быстрый поиск по ключевым терминам, которые задает сам пользователь на естественном языке (например, по выделяемому компоненту – выделение Н2 в производстве аммиака, по типу оборудования – генератор азота, по материалу мембраны – фторопласт и пр.)

Для поиска мембраны, например, по химическому названию, необходимо выбрать из выпадающего списка этот критерий и ввести в поисковую строку название материала, из которого изготовлена мембрана, например, поливинилтириметилсилан. В результате поиска будет представлен список мембран, изготовленных из данного материала, а далее можно переходить по ссылке к изучению их свойств.

Для поиска походящего аппарата необходимо выбрать из выпадающего списка Оборудования (по названию, по производителю, по области применения), например, «область применения», и ввести в поисковую строку: «выделение водорода». В результате поиска будет представлен перечень аппаратов, которые могут использоваться для процесса выделения водорода. Далее по ссылке перейти к изучению параметров конкретного аппарата.

Для удобства пользователей предусмотрена возможность быстрого поиска по ключевым поисковым терминам или по фразе, сформулированной на естественном языке. В результате пользователь получает список мембран, отвечающих параметрам поиска, и может переходить к изучению свойств конкретных мембран, выбранных из списка.

Таким образом, поисковый интерфейс предусматривает самые различные варианты поиска информации: по самой мембране, ее свойствам, использованию в аппарате и информацию о промышленных производителях мембран и аппаратов. Это особенно важно для специалистов при проектировании процесса очистки и разделения газовых смесей, а также для студентов старших курсов специальности мембранная технология при выполнении курсовых проектов и дипломных работ.

Вся информация в информационной системе хранится на удаленном сервере кафедры информационных компьютерных технологий РХТУ им. Д.И. Менделеева (www.ikt.muctr.ru), доступ к которой обеспечивают web-приложения для различных категорий пользователей: специалистов и студентов кафедры мембранной технологии, специалистов производственных и технологических предприятий, которые заняты разработкой систем очистки и разделения газовых смесей и любых других заинтересованных пользователей. Дл получения прав доступа необходимо связаться с администратором сети по адресу: admin@ikt.muctr.ru. В дальнейшем предполагается пополнение существующих баз данных и развитие системы путем создания баз данных моделей и примеров технологических расчетов.

Литература:
1. Дытнерский Ю.И. Мембранное разделение газов/Ю.И. Дытнерский, В.П. Брыков, Г.Г. Каграманов. – М.: Химия, 1991. – 344 с.
2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Часть 2/ Ю.И. Дытнерский. – М.:Химия, 1995. – 347 с.
3. Дюбуа Поль «MySQL» Paris:Вильямс, 2007. – 440 р.
4.PhpMyAdmin. Wikipedia. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/PhpMyAdmin- Загл. с экрана. - Дата обращения 16.04.2012.
5.Kohana. Wikipedia. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Kohana- Загл. с экрана. - Дата обращения 16.04.2012.