Монография предназначена для химиков — научных и инженерно-технических работников, а также для всех, кто интересуется историей науки.
Ил. 17. Библиогр. 1146 назв.
ОТ РЕДАКТОРА
Часто говорят, что химия является и наукой, и производством. А под термином «большая химия» обычно подразумевают ту область химической индустрии, которая производит многотоннажную продукцию _удобрения и основные неорганические материалы, каучук и пластмассы, химические волокна и всевозможные красители. Но редко кто представляет себе то расстояние, которое отделяет результаты фундаментальных химических исследований от их практического применения в промышленном реакторе. А расстояние это бывает п непомерно велико, и трудно одолимо.
Трудности, встречающиеся на пути от химической лаборатории к производству химических материалов, обусловлены главным образом спецификой объекта исследования — многочисленными термодинамическими и кинетическими запретами осуществления процессов, крайней чувствительностью реакций к примесям, тонкостям вмешательства гидродинамических факторов и т. д. Все это призвана учитывать, химическая технология как приводной ремень от производства духовных химических знаний к материальному производству, но далеко не все это возможно учесть в рамках «чистой химии». Отношения между химией и химической технологией не так просты, как это иногда предполагают химики, удовлетворяющиеся открытием лишь принципиальной возможности осуществления той или иной
реакции.
Вот почему вопрос о взаимосвязях химии и химической технологии является и очень интересным, и весьма важным. Между тем ни в специальной химической, ни в историко-научной литературе он не был освещен до сих пор сколько-нибудь полно.
В книге В. И. Кузнецова и 3. А. Зайцевой этот вопрос находит оригинальное и весьма обстоятельное освещение.
Авторы настоящей книги рассматривают взаимосвязи химии и химической технологии в динамике. Концепция развития химии, выдвинутая В. И. Кузнецовым более десяти лет назад, позволяет выделить дискретные уровни развития химических знаний, на каждом из которых складываются совершенно своеобразные отношения между этими двумя науками. На первом из них появляется лишь технология основных неорганических веществ, на втором — технология органических продуктов, но только тех, на получение которых не накладывается термодинамических ограничений. И лишь на уровне учения о химических процессах, который в методологическом плане был обоснован Н. Н. Семеновым и Н. М. Эмануэлем, происходит подлинный синтез химии и химической технологии, сопровождающийся формированием теории химической технологии.
Узловой проблемой, связывающей химию и химическую технологию, является проблема масштабного перехода от лабораторного эксперимента к промышенному реактору. Решение именно этой проблемы и является фундаментом построения теории химической технологии. Авторы отводят анализу способов решения этой проблемы вторую, третью и четвертую главы книги, показывая тенденции все большего охвата факторов и сторон необычайно многогранного процесса химических превращений, т. е. своеобразную диалектизацию развития химико-технологических знаний.
Особый интерес представляет глава пятая, в которой на примере развития теории рециркуляции освещены моменты вторжения в химию и химическую технологию физических знаний, создающих такую ситуацию в развитии этих наук, которая характеризуется отчетливо выраженным диалектическим отрицанием ряда классических принципов химии.
И, наконец, завершается книга главой, включающей широкое обобщение аналитического материала об эволюции взаимосвязей химии и химической технологии и непосредственно подводящей к перспективам этой эволюции. Поэтому высказанные здесь авторами прогнозы предстают как выводы из истории химии, или как экстраполяция кривой развития химических знаний.
Считаю, что читатели, конечно, прежде всего химики и технологи, с удовлетворением воспримут книгу В. И. Кузнецова и 3. А. Зайцевой.
Академик Б. М. Кедров
ВВЕДЕНИЕ
До сих пор ни у кого не возникало сомнения, что между химией и химической технологией есть много общего, но есть и существенные отличия. Однако до недавнего времени преобладало мнение, что химия как одна из основных естественных наук призвана изучать фундаментальные законы химического взаимодействия и создавать методы синтеза новых соединений, а химическая технология как техническая, или прикладная, наука — лишь обеспечивать их «промышленное оформление».
Такое мнение до поры до времени было небезосновательным. Открытие законов, обусловливающих строго определенный состав и химическое строение веществ, позволяло химикам осуществлять синтезы сложнейших соединений — от всевозможных полимеров до биорегуляторов, например витаминов, гормонов, даже антибиотиков. Достигнув столь высоких вершин в органическом синтезе, химик действительно имел некоторые основания утверждать, что он решает фундаментальные задачи, тогда как доведение разработанных им в лаборатории методов синтеза до стадии промышленного использования — это уже «дело техники», т. е. дело технологов и инженеров-проектировщиков.
Но в настоящее время такой взгляд на отношения между химией и химической технологией становится не только все менее популярным, но и наносит большой вред.
Во-первых, стало все более очевидным то положение, что лозунг химиков XIX столетия — «дайте нам воду, воздух, уголь, и мы на их основе синтезируем любое сложное соединение, вплоть до белка»,— имеет лишь принципиальное, но отнюдь не производственное значение. Действительно, химики могут в лаборатории синтезировать из элементов любое соединение, но таким способом и с таким незначительным выходом, что этот синтез никогда не может получить не только промышленного, но вообще никакого «оформления».
Во-вторых, по мере того как процессы классического синтеза в реакторах периодического действия стали вытесняться каталитическими процессами в проточных системах, перенесение лабораторных результатов в промышленное производство стало наталкиваться на такие трудности, преодолевать которые оказалось возможным только посредством специальных химико-технологических исследований фундаментального характера.
В-третьих, теперь существенно изменились цели и направления фундаментальных исследований. От преимущественного изучения структурных вопросов, к которым химическая технология не имела непосредственного отношения, химики перешли главным образом к физико-химическим исследованиям кинетики и механизма реакций, которые стали также и объектом теории химической технологии.
ОГЛАВЛЕНИЕ
От редактора............................... 3
Введение................................. 5
Литература............................... 7
Глава первая
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ МЕЖДУ
ХИМИЕЙ И ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ........... 8
Натурфилософия и «ремесленная химия»................ 13
Химия как учение о составе. Появление химической технологии
основных неорганических продуктов................. 18
Структурная химия и возникновение химической технологии органических веществ............................ 30
Эволюция понятия структуры до теории химического строения
А. М. Бутлерова......................... 32
Теория химического строения и классический органический
синтез................................ 38
Особенности классического органического синтеза, определившие характер технологии органических веществ в XIX веке 40 Срецифика технологии органических красителей, взрывчатых
и лекарственных веществ..................... 51
Учение о химическом процессе и формирование общей химической
технологии................................ 53
Две стороны единого объекта изучения химии........ 54
Учение о химическом процессе и классическая физическая
химия............................... . . 57
Возникновение химической термодинамики и первые теоретические работы в области химической технологии...... 61
Развитие учения о катализе в XX веке и химическая техноло-
гия___.............................. 69
Развитие химической кинетики и создание новых разделов теории химической технологии.................... 74
Литература............................... 86
Глава вторая
ЭМПИРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК ПЕРВЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ПРОБЛЕМЫ МАСШТАБНОГО ПЕРЕХОДА В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ....................- 92
Развитие исследований в области эмпирического моделирования . . 93 Лабораторное исследование — первая стадия разработки химико-технологического процесса. Развитие теории эксперимента..... 98
Причины, обусловливающие необходимость эмпирического моделирования процессов на опытных установках. Начало работ в области
макрокинетики.............................. Ю6
- ----- ....... 115
Глава третья
МОДЕЛИРОВАНИЕ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ — ВТОРОЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МАСШТАБНОГО ПЕРЕХОДА....................... 123
Развитие теории подобия физических процессов как предпосылка
к решению проблемы масштабного перехода химических процессов 123
Исследования по моделированию химических процессов на основе
теории подобия............................. 128
Первые работы синтетического характера в области моделирования химических процессов на основе теории подобия..... 131
Разработка методов приближенного моделирования...... 135
Теория подобия и становление химической технологии как науки
о процессах и аппаратах........................ 140
Развитие исследований по моделированию физических процессов
^химической технологии на основе теории подобия......... 141
Реальная оценка возможностей теории подобия как метода масштабного перехода (конец 1950-х—1960-е годы).......... 145
Литература..............................• 147
Глава четвертая
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ — ТРЕТИЙ ЭТАП
РАЗВИТИЯ ПРОБЛЕМЫ МАСШТАБНОГО ПЕРЕХОДА..... 156
Разработка теоретических принципов математического моделирования химических процессов...................... 158
Математическое моделирование каталитических процессов..... 166
Процессы в аппаратах с неподвижным слоем катализатора . . 166
Процессы в псевдоожиженном слое катализатора.......• 168
Распространение методов математического моделирования на
любые химические процессы................... 170
Перспективы развития исследований по математическому моделированию химических процессов................... 175
Укрепление взаимосвязей химии, химической технологии и математики................................... *"*
О роли укрупненных опытных установок в современных условиях 195 Современные взгляды на роль математического моделирования и _^ теории подобия в решении вопроса масштабного перехода...... 196
4QQ
Литература .............................' 1ЭЭ
Глава пятая
ТЕОРИЯ РЕЦИРКУЛЯЦИИ КАК ОДИН ИЗ ВАЖНЕЙШИХ ЭЛЕМЕНТОВ СИНТЕЗА ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ .................................... 216
Разработка основополагающих начал теории рециркуляции .... 221
ОО4
Поиски путей оценки степени рециркуляции........... ел1
Научное обоснование оценки степени рециркуляции...... 224
Развитие учения о рециркуляции как количественной теории сложных химико-технологических объектов.............
Начало промышленного развития сложных химико-технологических систем ..........................
Особенности расчета сложных систем..............
Первые теоретические исследования сложных рециркуляционных систем..........................._ 233
Создание общей теории рециркуляции для сложных химико-технологических комплексов................... 234
Развитие теории рециркуляции в период широкого использования ЭВМ и математических методов программирования для расчета и оптимизации химико-технологических комплексов . . 237
Интенсификация химических процессов..............._ 240
Принцип супероптимальности..................... 244
Принцип супероптимальности и критерии экономической эффективности ................................. 245
Литература............................... 248
Глава шестая
ИТОГИ И ПЕРСПЕКТИВЫ...................... 255
Дифференциация знаний и проблема общности в химии и химической технологии............................ 257
«Современная общая химия»..................... 260
Общая химическая технология................... 263
Особенности развития химической промышленности в последние годы.................................... 265
Химия нормальных и экстремальных состояний........... 268
Освоение каталитического опыта живой природы — одно из наибо" лее перспективных направлений в развитии химии и химической технологии............................... 276-
Нестационарная кинетика и теория саморазвития открытых каталитических систем........................... 281
Литература................................ 288.
Цена: 150руб.
