Химическая технология как наука

Химическая технология отличается от теоретической химии принци­пиально по отношению к задачам и целям. Это связано со спецификой объ­екта изучения – производственного процесса, где возникают дополни­тельные условия и на сам метод изучения.

В качестве примера рассмотрим синтез НCl из Cl ₂ и H ₂.

Для химика-неорганика имеет значение сама возможность синтеза по реакции:

Cl₂ + H₂ = 2HCl

Физико-химик более глубоко оценивает реакцию и записывает ее следующим образом:

Cl₂ + H₂ 2HCl – H,

на основании чего делает обобщения:

а) реакция обратима;

б) протекает с выделением тепла;

в) возможно управление синтезом путем изменения таких параметров, как температура и соотношение участников реакции.

Химик-инженер-технолог в добавление к сказанному должен учиты­вать ряд дополнительных факторов:

а) доступность и стоимость компонентов сырья, энергии;

б) конструктивные особенности реактора, вспомогательного оборудо­вания и коррозионную стойкость материалов для изготовления оборудова­ния;

в) оптимальные условия ведения процесса с точки зрения экономики;

г) минимизацию ущерба окружающей среде и др.

Сравнивая химический процесс с точек зрения исследователя и инже­не­ра-технолога, мы отмечаем, что между их взглядами имеется дистанция ог­ромного размера. Суть этих различий можно определить так: химическое производство нельзя рассматривать как некую укрупненную колбу, а хими­чес­кая технология как наука не может быть сведена к теоретической химии.

В средние века в эпоху господства химического ремесла и мануфак-турного производства научное и прикладное направления в химии были раз­делены и проблемы, стоящие между наукой и производством решались неза­висимо. В последующие века происходило постепенное сближение нау­ки и производства. На рубеже XIX и XX веков обе ветви интегрировались в еди­ную науку. Ее целью явилось всестороннее изучение общих химических, фи­зических и технологических компонентов в такой многофакторной систе­ме как химический процесс. В нем функционально связаны многочисленные параметры. Среди них температура, давление, тепловой эффект, концен­тра­ция реагентов, скорость потока реагентов, фазовое состояние реагентов, при­сутствие катализатора, его состояние, степень превращения сырья в коне­ч­ный продукт, выход этого продукта, существование побочных реакций и т.д.

Сложность химического производства сделало целесообразным приме-не­ние для его исследования системного подхода и введения понятия «уро­вень протекания процесса». Такими уровнями в химическом производстве являются:

- молекулярный уровень, на котором механизм химических превраще­ний описывается как взаимодействие молекул (микрокинетика);

- уровень малого объема, на котором явления описываются как взаи­модействие частиц (гранул, капель, пузырьков газа, зерен катализатора и т.д.). Для анализа явлений на этом уровне и описания процесса применяется понятие «макрокинетика», задачей которой является изучение влияния на скорость процесса химического превращения при переносе масс исходных и конечных продуктов, процесса массопередачи и влияние состояния катализа­тора. Этот уровень можно изобразить так: