4. Исследование гидродинамических факторов

Помимо термодинамических и кинетических факторов, определяющих характер химических процессов, давно было отмечено некоторое влияние на ход и исход реакций, главным образом на полноту конверсии реагентов, также еще и гидродина­мических факторов. Даже в лабораторных условиях классического препаративного синтеза, равно как и в условиях эксплуатации ста­рых промышленных реакторов периодического действия, например в производстве анилиновых красителей, большое значение прида­валось механическому перемешиванию массы реагентов и процес­сам конвекции. Но так как в подавляющем большинстве случаев такие процессы происходили в гомогенных жидких средах и ско­рость потока масс при этом была практически несопоставима со скоростью реакций, гидродинамические факторы оказывали все-таки незначительное влияние на кинетику химических процессов.

Совсем другой эффект воздействия гидродинамических факто­ров был открыт в условиях функционирования гетерогенно-катали-тичеоких систем в различных типах проточных реакторов, создан­ных в результате новейших успехов в учении о химическом про­цессе. Достоинства гетерогенного катализа хорошо известны. Они заключаются не только в резком повышении скорости процесса в заданном направлении за счет активации молекул реагента при их контакте с твердым катализатором, но также еще в удобстве от­деления катализаторов от продуктов реакции. Однако вместе с ре­шением многих важных задач, связанных с ускорением и управле­нием химическим процессом, применение гетерогенного катализа вызвало и трудности. Оказалось, что скорость реального химичес­кого процесса, протекающего посредством катализаторов, опреде­ляется законами не только химической, но и физической — диффу­зионной—кинетики, так как диффузия реагентов часто является

143

лимитирующей стадией процесса. Это обстоятельство послужило основанием, с одной стороны, прибегнуть к различным способам снижения диффузионных сопротивлений и строить реакторы то с неподвижным слоем высокодиеперсного катализатора, то с «кипя­щим» или подвижным слоем, а с другой — решать сложные проб­лемы гидродинамики или механнки неоднородных сред.

Но обо всем этом удобнее рассказать в связи с освещением пу­тей, ведущих к синтезу химических и химико-технологических зна­ний.

5. Третья концептуальная система химии как основание синтеза химических и химико-технологических знаний

В одном из недавно изданных учебников по об­щей химии [22] высказано такое утверждение: «Химическая термо­динамика и кинетика непосредственно связаны с практикой (выход продукта реакции и скорость его образования). Теория же строе­ния не обладает этой особенностью, хотя ее значение для развития химии велико, ибо она является предпосылкой учения о химичес­ком процессе». Это в высшей степени справедливое утверждение в иной форме нами высказывалось и в предыдущих главах и в на­чале настоящей главы. С риском некоторой назойливости мы He-можем здесь не высказать его еще раз, потому что «и учение о составе, ни структурная химия как два первых уровня развитие химических знаний не содержат теоретически обоснованных поло­жений о направлении реакций, о предельных выходах продуктов, а тем более о скоростях химических процессов. Такие положения, формируются лишь на уровне третьей концептуальной системы, ко­торая только и способна стать научной основой высокоорганизован­ного и экономически эффективного промышленного производства материалов с заданными свойствами на базе широко доступного' сырья.

Очень важно отметить, однако, что успехи химми, достипнутьй на уровне ее третьей концептуальной системы, были обусловлены не только массивом научных знаний первых двух концептуальных систем, но и социальным заказом. Они появились как нельзя 6олее своевременно, подоспев к тому времени, когда в развитии общеёт-венных производительных сил наметились сдвиги, приведшие лозд-нее, в 1950—1960-х годах, к современной научно-технической рево­люции. Уже в первой трети XX в. перед химией были поставлены такие задачи, которые до этого никогда не решались в промышлен­ных масштабах. Появилась необходимость в создании многотон-иажного производства: а) аммиака из элементов как главного ис­точника азотсодержащих удобрений для сельского хозяйства и азотной кислоты для развития «основной» химической промышлен­ности, б) изопарафинавых и ароматических углеводородов для по--

144

вышения антидетонационных качеств моторных топлив, в) дивини­ла и других С₄—С₆ диеновых углеводородов для синтеза каучука, г) высших жирных спиртов и кислот для консистентных смазочных материалов и моющих средств. А в 1940—1950-х годах встали перед химией еще более сложные задачи. Потребовалось создание круп­номасштабного производства этилена, пропилена, ацетилена, хлор­винила, изопрена, алкил- и алкеиилбензолов, Q—С₃- и Се—С₂о-спиртов, гликолей, многих альдегидов и кетонов, а, со-диаминов, а, ω-дикарбоновых кислот, самых различных пластмасс, эластоме­ров, химических волокон. Способы получения всех этих веществ, известные в классической препаративной химии, были совершенно непригодны для решения таких задач: они предусматривали ис-пользоваиие столь дефицитного органического сырья, что одна только стоимость его нередко превышала стоимость целевых про­дуктов *. Но надо оказать, что, несмотря на принципиальную новизну производства всех назваиных здесь продуктов, химия спра­вилась с решением поставленных перед ней задач. Справилась она и с задачей расширения и интенсификации производства серной кислоты и хлора, которые были необходимы, в частности, для тя­желого органического синтеза.

Роль химической кинетики в интеграции химии и химической технологии. Определяющую роль в создании производства глав­ных продуктов «основной химии» и нефтехимии сыграли результа­ты исследований в области химической кинетики, достигнутые, как по заказу, исключительно своевременно, а именно в первой трети XX в. Речь идет прежде всего о работах по гетерогенному катализу П. Сабатье, В. Н. Ипатьева, Н. Д. Зелинского и Ф. Габера, а затем об успехах в органическом синтезе, полученных на основе теории цепных разветвленных реакций Н. Н. Семенова и Ч. Хиншель-вуда/

Внедрение гетерогенного катализа в органический синтез зна­менует начало нового периода в истории органической химии. Мно­гостадийные процессы, характерные для препаративной классиче­ской химии, гетерогенный катализ заменил прямыми процессами. Это очень упростило техническое оформление синтезов и обеспечи­ло высокие экономические эффекты химического производства. Могучее посредничество твердых катализаторов проявилось ярче всего в синтезах на основе углеводородов. Гетерогенный катализ как бы воскресил мертвое царство содержащихся в нефти парафи­новых и алициклических насыщенных углеводородов, превратив его в доступный источник сырья для орга,нического синтеза. В са­мом деле, еще в 1920—1930 гг. химическая промышленность для производства анилиновых красителей и ограниченного ассортимен­та продуктов «малой химии» использовала в качестве основного

* Известно, например, что изопрен методами классической химии был полу­чен на основе дорогостоящих бромпроизводных бутана.

145

сырья смолы коксохимического и лесохимического производства, целлюлозу, растительные и животные пищевые жиры, зерно, карто­фель, свеклу и другую сельскохозяйственную продукцию. Начиная с 1940-х годов в качестве сырья химической промышленности стали все больше использоваться углеводороды нефти. Это коренным об­разом преобразовало само химическое производство—его масшта­бы, облик, способность удовлетворять требованиям общества. Уже отсюда следует, что учение о катализе, как одна из основных со­ставных частей новой концептуальной системы — учения о хими­ческом процессе, — коренным образом изменило и цели, и задачи, и структуру химической технологии. Последняя стала в значитель­ной степени технологией продуктов нефтехимического производст­ва. Заметим, что даже производство аммиака теперь относится, хотя, конечно, ,и условно, к нефтехимической промышленности: ведь наиболее трудно получаемый водород для синтеза аммиака из эле­ментов ныне производится конверсией метана и других нефтяных газов.

«Новая технология и новая техника требуют новых методов, бо­лее действенных и более экспрессных, — говорит один из основопо­ложников гетерогенно-'каталитического нефтехимического синтеза Б. Н. Долгов.— В данном случае в полной мере выступают процес­сы каталитической химии, проводящие фактически в одну стадию многоступенчатые процессы. Без катализа не были бы возможны такие процессы, как синтез углеводородов из водяного газа, многие реа-кции олефинов и ацетилена, синтезы каучука и т. д.» [23, с. 20]. Без катализа был бы невозможен и синтез аммиака из элементов. А ведь этот синтез оставил глубокий след во всем последующем развитии химии и химической технологии.

Во-первых, он явился триумфом органичного единения учения о катализе и химической термодинамики, на которое стали смот­ реть как на мощное орудие не только управления «не доходящими до конца» химическими реакциями, но и осуществления тех реак­ ций, которые до этого считались или вовсе невозможными, или практически бесперспективными.

Во-вторых, он положил начало промышленным химическим про­цессам с применением высоких давлений, которые оказались един-ственным фактором реализации или доведения до максимально возможных выходов многих химических реакций, сопровождаю­щихся уменьшением числа молей продуктов по отношению к числу молей реагента. Такими реакциями, как было выяснено в 1913— 1938 гг., в частности, являются синтез метанола из оксида углеро­да и водорода, синтезы высших спиртов и синтола по Фишеру— Тропшу, твердых парафинов по Пихлеру и т. д.

В-третьих, успех промышленного синтеза аммиака, во многом обеспеченный принципиально новым решением вопроса о конструк­циях аппаратов высокого давления, проложил пути перехода от ап-

146

паратав периодического действия к неизмеримо более производи­тельным и удобным проточным системам.

Нельзя не заметить, однако, что головокружительный успех в решении проблемы синтеза аммиака и затем непрерывная серия замечательных достижений в формировании теории химической технологии на основе термодинамики привели, как это часто быва­ет, к некоторым преувеличениям значения термодинамики как на­учного фундамента технологии. В истории химии и химической технологии отмечена явно односторонняя ориентация последней в 1920—1930 гг. на термодинамику. И, как всякая односторонность, такая ориентация представляла собой негативное явление в той общей весьма продуктивной связи, которая установилась в отно­шениях между химией и химической технологией. При этом глав­ный недостаток состоял в том, что технологи считали для себя и отправным, и конечным ориентиром теоретически вычисленные вы­ходы продуктов. И они, как правило, всегда были разочарованы, ибо расчеты теоретических выходов базировались на идеальных моделях, а химический процесс осуществлялся в реальной системе. Радикальный переворот во взглядах химиков и технологов на соот­ношение идеального и реального в химическом процессе произошел все-таки в русле химической кинетики, причем во второй период ее развития, начиная с 1920-х годов.

В своей Нобелевской лекции, прочитанной 11 декабря 1956 г., Н. Н. Семенов рассмотрел основные вехи из истории учения о хи­мическом процессе и обратил внимание на то резкое различие, ко­торое существовало между первым периодом развития формальной химической кинетики, когда химики «искусственно ограничивали поле своих исследований изучением реакций, подчиняющихся прос­тым закономерностям», и последующими периодами, которые ха­рактеризовались включением в орбиту исследований все новых термодинамических, гидродинамических и кинетических факторов, таких, как влияние стенки реактора, примесей, теплоты от экзотер­мических реакций, —словом всего того, что отличает реальные про­цессы от их приближенных идеальных .моделей. Нобелевскую лек­цию Н. Н. Семенов закончил выводами, подчеркивающими значе­ние исследований в области учения о химическом процессе для раз­вития химической технологии, в частности, для совершенствования способов химической переработки нефти — окисления и крекинга углеводородов, дегидрогенизации, получения полимеров. «Я убеж­ден,— заявил он в заключение, — что необходимо развивать и ус­корять работу по изучению механизма различных типов химиче­ских реакций. Вряд ли без этого можно существенно обогатить химическую технологию, а также добиться решающих успехов в биологии. Естественно, что на этом пути споят огромные .трудности. Химический процесс есть то основное явление, которое отличает химию от физики, делает первую более сложной наукой. Создание

147

теории химического процесса также значительно более сложно, чем создание теории строения химических веществ» [24, с. 289].

Действительно, развитие химической технологии многих орга­нических веществ лимитировалось именно отсутствием точных зна­ний о механизме химических реакций. Несмотря на то, что химиче­ская термодинамика установила возможность их практической реализации, только одних термодинамических данных о началь­ном и конечном состоянии системы реагирующих веществ было яв;но недостаточно.

Всегда заманчивыми и вместе с тем практически неосуществи­мыми по крайней мере до 1930-х годов реакциями были реакции неполного прямого окисления углеводородов, например, метана до формальдегида, пропана до пропилового спирта, цетана до паль­митиновой кислоты. Еще из ранних работ А. М. Бутларов-а было известно, что окисление органических веществ происходит с разло­жением их молекул, отрывом от них водорода и углерода «силою своего сродства к кислороду» [2, с. 470], что этим процессом трудно управлять. Имен-но поэтому реакции окисления служили в класси­ческой химии средством органического амалиэа, но их не было (за исключением реакций гидроксилирования по Вагнеру и озонирова­ния по Гарриесу) среди реакций органического синтеза. Многочис­ленные попытки окисления углеводородов, предпринимавшиеся в конце XIX — начале XX в. химиками разных стран, не привели к желательным результатам. Трудными в этом отношении считались и реакции прямого галогенироваиия парафиновых и циклоалкано-вых углеводородов. Несмотря на открытие принципиальной воз­можности реакций каталитической дегидрогенизации предельных углеводородов в работах Сабатье и Ипатьева, процессы эти дли­тельное время также не удавалось осуществлять с практически приемлемыми выходами.

Словом, абсолютно все реакции, представляющие собой важ­ный резерв химической индустрии, независимо от того, были ли они когда-то признаны перспективными, но трудно реализуемыми, или вообще «'бесперспективными», прежде чем стать объектом химиче­ской технологии, должны были получить для этого соответствующую теоретическую (.термодинамическую или кинетическую) обработ ку — своего рода «пропусе» в ранг химико-технологических про-цессов. Химическая термодинамика в первые десятилетия XX в. продолжала свою замечательную работу по выдаче такого рода пропусков, но она не могла справиться с задачей, так как в боль­шинстве случаев для управления процессом требовалось знание не только термодинамических, но, главным образом, кинетических данных. Химическая же кинетика только тогда включилась в реше­ние этой задачи, когда были открыты пути изучения механизма химических реакций не по начальным и конечным состоашям ве­щества, а посредством информации о всех промежуточных продук­тах, т. е. тогда, когда стало зарождаться то принципиально новое

148

направление в учении о химическом процессе, которое связано с открытиями в 1920-х годах Н. Н. Семеновым, С. Н. Хиншельвудом и их сотрудниками цепных разветвленных реакций.

Это направление—первое в системе химической кинетики — сразу же привлекло внимание технологов своими теоретическими и практическими результатами и установило тесные контакты с хими­ческим производством. В этом на/травлении уже в 1930—1940-е го­ды были решены многие очень важные вопросы. Выяснен деталь­ный механизм цепных разветвленных реакций, состоящий из ста­дий инициирования свободных радикалов, развития цепей, реком­бинации и захвата радикалов, обрыва цепей. На этой оонове были созданы теории предельных явлений, объясняющие наличие лави­нообразного процесса в определенных пределах давления или плот­ности реагентов, температуры, геометрических размеров сосуда (!), разбавления инертными разбавителями и резкое падение скорости процесса за этими пределами. Впервые была показана конкретная роль стенки реактора, с одной стороны, кач инициатора свободных радикалов и, следовательно, неспецифического катализатора, а с другой — как ингибитора, захватывающего радикалы.

В течение 1930—1950-х годов теория ценных процессов была развита в работах многих советских и зарубежных ученых. В ре­зультате были созданы методы, позволяющие инициировать реак­ции, ускорять их, замедлять и даже останавливать на любой жела­тельной стадии (теломеризация). Можно утверждать, что ни одна теория до этого не предоставляла химику таких широких практиче­ских возможностей, как теория цепных реакций.

Именно эта теория дала путевку в жизнь процессам прямого окисления углеводородов кислородом воздуха до С»—С1₈-карбоно-вых кислот, высших спиртов и различных органических перекисей. Развитие исследований в области, казалось бы, чисто теоретичес­кой — в учении о цепных процессах — приводит к стыковке с,рабо­тами, непосредственно относящимися к химической технологии.

Теория цепных процессов послужила главной внутринаучной предпосылкой также и для взаимосвязанных процессов развития химии и химической технологии синтетических полимеров. Были выяснены многочисленные закономерности, относящиеся к процес­сам полимеризации, начиная с количественного определения реак­ционной способности данного мономера и образовавшегося из него радикала и кончая рекомендациями по регулированию молекуляр­ной массы получаемых полимеров. Установлен механизм иницииро­вания реакций при различных способах генерирования радикалов, взаимодействия радикалов с молекулами мономера, растворителя, ингибиторов. Развита теория сополимеризации. Технологическим следствием работ в области цепной теории полимеризации явилась детальная разработка в 1938—1940-х годах процессов синтеза по­лиэтилена высокого давления, полистирола, поливинилового спир­та, поливинилхлорида, полиакрилатов, полиизобутилена, коренное

149

усовершенствование процессов синтеза каучука на основе дивини­ла, изопрена и других мономеров.

Значение теории цепных процессов для судеб химической техно­логии трудно переоценить. С этой теорией тесно связано развитие и таких разделов химической технологии, в основе которых лежат процессы пирогенетического разложения веществ, теплового взры­ва, радиационной химии, взрыва конденсированных взрывчатых веществ, термического крекинга нефтей, алкилирования, карбони-лирования углеводородов, гидро- и дегидрогенизации органических соединений, процессы горения в самом широком смысле, в том чис­ле процессы, «самораспространяющегося высокотемпературного синтеза» (СВС), продуктами которого являются карбиды, силици­ды, бориды и т. п. соединения переходных металлов.

Макрокинетика и ее роль в интеграции химии и химической технологии. Подчеркивая желательность тесной взаимосвязи науки и фабрично-заводского производства, Д. И. Менделеев неодно­кратно указывал на то, что образцовой промышленность может быть лишь тогда, когда она будет строго следовать предписаниям, полученным в научных лабораториях. Хорошо организованное химическое производство, говорил он, «есть не что иное», как хими­ческая лаборатория в больших размерах» [25, с. 250].

В XIX столетии такое отождествление химического предприятия с лабораторией действительно можно было считать идеалом. До­статочно напомнить, что поташ тогда изготовлялся на кустарных промыслах из золы. Селитра вырабатывалась «буртовым способом» из навоза. Необходимый для содового производства аммиак полу­чали сухой перегонкой кожевенных стружек. И только производ­ство анилиновых красителей, как наиболее высокоорганизованное из всех других видов химического производства, осуществлялось на основе ароматических углеводородов из каменноугольных смол; оно, по существу, и представляло собой лабораторию больших раз­меров. Ввиду того, что все химические реакции, лежащие в основе этого производства, являются практически необратимыми и легко управляемыми, результаты лабораторных разработок по синтезу анилиновых красителей без особых трудностей переносились в про­мышленность. Д. И. Менделеев, хорошо осведомленный о состоянии дел во всех отраслях тогдашней химической промышленности, имел поэтому все основания для призыва строить химические заводы так, чтобы они представляли собой химические лаборатории боль-ших размеров.

Но время стремлений к такому идеалу быстро прошло. Уже в первой четверти XX в. об отождествлении одних и тех же хими- ческих процессов, протекающих в лабораторной установке и в про­мышленном реакторе, не могло быть и речи. Дело в том, что объек­том и химии, и химической технологии с начала XX в. стали совсем иного рода химические процессы. Во-первых, это — процессы, по­добные прямому синтезу аммиака из элементов или превращениям

150

предельных углеводородов нефти в продукты высшей химической ценности; они происходят лишь при помощи исключительно актив­ных и селективно действующих твердых катализаторов, создающих гетерогенную систему химически взаимодействующих веществ. А это осложняет процесс диффузионными явлениями, без которых не может быть контакта реагентов между собой и с катализатором. Во-вторых, это обратимые процессы с большими термодинамичес­кими ограничениями; они происходят лишь в узком оптимуме тер­модинамических и кинетических параметров. И, в-третьих, это — процессы, протекающие не в реакторах периодического действия, а в проточных системах, т. е. непрерывно — по законам кинетики проточных систем. Все эти особенности химических процессов XX в. в конечном итоге приводят к тому, что в лабораторных условиях они имеют одни характеристики, а в промышленном агрегате дру­гие. Данные об оптимальных параметрах процесса, полученные с невероятно большим трудом в результате бесчисленных проб (и ошибок, конечно) в условиях лабораторного эксперимента, обычно оказываются лишь сугубо идеализированной моделью соз­даваемой кинетической системы. Несмотря на то, что законы соб­ственно элементарных актов химических реакций инвариантны по отношению к масштабам эксперимента, появляющиеся при перехо­де от лабораторной установки к промышленному реактору разли­чия в характере теплопередачи, в гидродинамических параметрах потока реагирующих масс, а отсюда и в величинах их концентра­ции в зоне реакции делают невозможным адекватное описание реального химико-технологического процесса посредством установ­ленных в лаборатории кинетических уравнений. Все это создает существенные препятствия на пути масштабного перехода лабора­торных результатов в промышленность, нередко преодолимые лишь с затратой огромных трудовых и материальных ресурсов.

До начала XX в., когда объектом химии были легкоуправляе­мые процессы и поэтому таких барьеров на пути масштабных пере­ходов еще не было, существовало своеобразное разделение труда между химиками, с одной стороны, и технологами, с другой. Хими­ки разрабатывали в лаборатории новые методы синтеза, устанав­ливая не только принципиальную возможность осуществления того или иного процесса, но и оптимальные условия его осуществления. Продвижение этого процесса в промышленность считалось процеду­рой чисто прикладной. По инерции такое разделение труда про­должалось и в XX в., вплоть до 1930—1940-х годов, но оно стало приносить все более ощутимые неприятности. Все чаще технологи сталкивались с таким положением, когда даже и «прекрасные ла­бораторные результаты» оказывались непригодными и приходилось годами внедрять предложенный химиками процесс, строя последо­вательно целую серию опытных установок возрастающих размеров и продолжая эксперименты на каждой из них вплоть до промыш­ленного агрегата.

151

Трудности масштабного перехода нисколько не уменьшились и в 1930—1940-х годах, ибо химия непрерывно указывала на воз­можности осуществления все более экономически выгодных про­цессов получения важнейших для техники материалов, но вместе с тем процессов все более конкретных, требующих точной и кро­потливой технологической разработки. Однако химики к этому времени уже осознали, что доведение лабораторных результатов до их промышленного использования требует продолжения фунда­ментальных исследований коллективными усилиями совместно с технологами и что проблема масштабного перехода должна ре­шаться не столько путем бесконечного экспериментирования на серии установок возрастающих размеров, сколько путем создания новой неформальной кинетики проточных систем.

В 1930-х годах появились первые научные исследования по ки­нетике реакций, протекающих в проточных системах. Начало этим исследованиям было положено химиками — специалистами в об­ласти катализа: А. А. Баландиным, Г. К. Боресковым, М. Г. Слинь-ко и М. И. Темкиным (СССР), А. Ф. Бентоном (США), Э. Винте­ром (Германия). В 1932 г. Г. К. Боресков впервые в качестве од­ной из основных задач конструирования и расчета трубчатых контактных аппаратов для сернокислотной промышленности на­звал «обеспечение максимальной скорости процесса и максималь­ного использования контактного объема». Отмечая отставание теории и недостаточное знание закономерностей протекания даже таких важных каталитических процессов, как окисление сернисто­го газа, он предложил метод проведения этой реакции в условиях не одной «оптимальной» температуры для всего процесса, а «опти­мальной кривой изменения температур, характерной для каждого процесса и катализатора». Эти пионерские ^исследования были продолжены в 1936—1937 гг. с целью установления оптимальных условий контактного процесса — температурного режима и соста­ва исходной газовой смеси. Работы эти следует считать своеобраз­ной экстраполяцией химической кинетики на ту область, которая до 1940-х годов была объектом химической технологии, как науки сугубо прикладной, лишенной права на фундаментальные иссле­дования.

В 1940-х годах появился и встречный поток работ, направленны^ на создание теоретического фундамента учения о химических про­цессах, происходящих в больших промышленных системах. Этот поток исходил от технологов и наряду с названными исследования­ми химиков явился вкладом в формирование теории химической технологии.

Особое место в этом потоке принадлежит фундаментальным исследованиям по теории непрерывных процессов А. Н. Планов-ского (26], которые положили начало теории химических реакторов как самостоятельной дисциплины и одному из важнейших разде­лов химической технологии. В этих исследованиях Плановский

152

впервые вводит так прочно вошедшие в научный обиход понятия аппаратов «идеального смешения» и «идеального вытеснения», ставшие основными в теории химических реакторов. Большая се­рия работ, посвященных развитию кинетики промышленных про­цессов каталитического крекинга и синтеза жидких топлив, выпол­нена в 1940-е годы М. Ф. Нагиевым и Д. И. Орочко.

Примечательным является то обстоятельство, что и химики, и технологи в этот период отчетливо осознавали методологическое значение работ, направленных на «исправление классической ки­нетики» [27, с. 362], а точнее на ее синтез с физической кинетикой химических процессов и создание «кинетики реальных химических процессов» [27, с. 356]. Так, например, рассмотрев тенденции раз­вития химической кинетики, С. 3. Рогинский в 1941 г. обратил особое внимание на изменения, происшедшие «в современной кине­тике за последние десятилетия, превратившие кинетику из учения о скоростях химических реакций в упрощенных условиях в учение о химических процессах во всем их многообразии и сложности. Этот новый период в развитии кинетики только начался и неуди­вительно обилие нерешенных и спорных проблем» [28].

Определенную роль в формировании «кинетики реальных хими­ческих процессов» сыграли исследования немецких технологов Т. Ферстера и К. X. Гейба, А. Эукена, Г. Дамклера, в результате которых была впервые установлена зависимость между скоростью реакции, диффузией и скоростью потока для гомогенной реакции первого порядка, а также работы Я. Б. Зельдовича (СССР) [29], определившего влияние потока масс и теплоты на производитель­ность реакционных печей и впервые применившего химическую кинетику к процессам горения. Однако работами, заложившими фундамент диффузионной, или макрокинетики, по-видимому, сле­дует считать прежде всего исследования Д. А. Франк-Каменецкого [30, 31], который впервые в 1947 г. ввел в химическую литературу как термины, так и понятия «макрокинетика» и «макрофакторы» для отграничения молекулярной, или «микрокинетики» от кинети­ки, изучающей химическое превращение с учетом влияния на него физических факторов, главным образом транспорта вещества и теп­лоты. Являясь «продуктом синтеза химической кинетики и теории процессов диффузии и теплопередачи, — говорит Д. А. Франк-Ка-менецкий, — макрокинетика теперь становится теоретической ос­новой учения о химическом процессе, рассматривая последний в единой целостности всех его отдельных составляющих» [31, с. 9].

Нельзя не отметить, что как понятие и как раздел науки макро­кинетика не имеет строгого определения: под этим термином по­нимают иногда или только физическую компоненту химического процесса, или химическую кинетику в сочетании со всеми физичес­кими факторами. Но дело не только в строгом определении по­нятия, сколько в том, что оно даже при некоторой его неопреде­ленности несет в себе обязательное требование — встать на реаль-

153

ную почву и учитывать, насколько это возможно, те изменения, которые происходят в реальной системе, влияют на ход реакций, но которые вовсе не учитываются в идеальной модели. Так, если классическая кинетика изучает химический процесс как последо­вательность элементарных стадий, протекающих при постоянных концентрациях, температуре и т. д. в данный момент времени во всех точках реакционного объема, то макрокинетика исследует процесс со всеми искажениями, вносимыми потоком в однородное распределение этих параметров.

Важно отметить также и то, что влияние макрофакторов обна­руживается независимо от того, проводится процесс в лаборатор­ных условиях или в промышленности. На это обстоятельство впервые обратил внимание А. В. Фрост, и оно представляет инте­рес в двух отношениях. Во-первых, оно указывает на определен­ные возможности в лабораторных условиях создать менее идеали­зированные модели химических процессов. И, во-вторых, оно слу­жит еще одним подтверждением того, что развитие учения о хими­ческом процессе — это единая линия постоянного углубления знаний о лабораторном химическом процессе, обусловленная его объектной многофакторностью. Рано или поздно она должна была привести к знаниям о закономерностях, присущих промышленно­му химическому процессу. И тот и другой — реальные процессы, идеализированы лишь их модели. И поэтому если сегодня еще химическая кинетика остается разделом химии, тогда как макро­кинетика становится теоретической основой химической техноло­гии, то это распределение является преходящим, эфемерным. Раз­витие именно химической кинетики в конце концов привело к соз­данию макрокинетики. И отношения между химической кинетикой и макрокинетикой стали основой отношений между химией и хими­ческой технологией. Здесь пролегает раздел между ними, который оказывается все более условным, и одновременно начинается их синтез, приобретающий все более абсолютный характер.