Глазами Монжа-Бертолле

Самолет может летать туда-сюда и базироваться на любом аэродроме. Если «ТУ-104» стал в ремонт, его легко подменить. «ИЛ-18» или другой его собрат — на графике рейсов такая перестановка почти не скажется. Химический же аппарат накрепко привинчен болтами к опоре, жестко соединен трубами с остальными элементами производственной схемы. За этим чисто поверхностным различием кроется глубокий смысл. Реактор — неотъемлемое звено длинной технологической цепочки. Если он вышел из строя — замирает вся линия. И, в свою очередь, его «самочувствие» зависит от поведения всех других аппаратов и коммуникаций. Малейшее отклонение от стационарного режима на предыдущем участке непрерывного потока вносит искажения в динамическое равновесие внутри нашей системы. Как это возмущение скажется на выходе продукта? В каких пределах допустимы пульсации ритма? Каков оптимальный режим?

Мы знаем, что нагревание увеличивает скорость реакции N₂ + 3H₂↔2NH₃. И в то же время уменьшает выход нужного продукта — аммиака. Какая температура наиболее выгодна?

Правда, можно сместить равновесие вправо, повысив давление. Однако это зависит от мощности насосов и крепости стенок аппарата. Какое давление наиболее разумно?

Конечно, катализатор пришпоривает процесс, ускоряя наступление равновесия. Но чем быстрее ход реакции, тем сильнее «устает», «отравляется» ее ускоритель. Добавить побольше «бодрящего вещества» — значит изменить условия теплопередачи в контактном аппарате (реактор так называется потому, что именно в нем реагенты и катализатор приходят в соприкосновение).

Какое количество катализатора наиболее рационально?

А как подобрать самое подходящее сочетание всех условий процесса? Да так, чтобы и экономика и техника безопасности не были в претензии? Иными словами, как нащупать оптимальный режим с определенным допуском отклонений в ту или иную сторону?

Целый клубок вопросов, где тесно переплелись разноречивые желания и возможности, требования и ограничения!

Нет ничего удивительного, что по завершении строительства крупных промышленных объектов иногда вдруг новая установка начинает капризничать, а то и вовсе объявляет забастовку. На укрощение строптивой приходится терять время, ставить бесчисленные опыты в нервозной атмосфере, когда завод стоит, ожидая устранения недоделок. Недоделок? Если бы это было так! Ведь предварительные эксперименты были проведены со всей тщательностью. Установка на всех предшествующих этапах проверена и перепроверена. И вот — надо же! — такая незадача…

Как же так? Неужели теория спасовала перед практикой? Разве не говорилось о том, сколь огромны достижения науки в изучении химической кинетики и теплофизики? Неужели нет такого катализатора, который ускорил бы процесс перехода от лабораторной модели к безотказно действующему заводскому аппарату?

Есть! Математическое моделирование.

Цифры вместо интуиции. Эта эпоха уже настала.

Еще в тридцатые годы, когда академик Курнаков в окружении многочисленных исследователей совершенствовал свою топологическую химию, появились научные работы совершенно нового направления в математической химии. Их автором был молодой ученый Георгий Боресков, ныне член-корреспондент АН СССР. Он сформулировал и решил первые задачи по математическому моделированию химических процессов. Теоретически рассчитывать промышленные реакторы, не строя полупромышленных установок, исходя лишь из экспериментов в пробирках… Это противоречило всему конструкторскому опыту в химической технологии. О таком не слыхивали даже крупнейшие зарубежные специалисты, помогавшие Стране Советов создавать химические комбинаты в Березниках, Дзержинске, в Кузбассе и Донбассе. Да и наши ученые скептически отнеслись тогда к новым идеям. Слишком уж громоздким оказывался математический аппарат при анализе самых простеньких процессов. И хотя работы Борескова имели теоретический интерес, с точки зрения практической они считались бесперспективными.

А теперь…

«В 1963 году, — заявил президент нашей академии Мстислав Всеволодович Келдыш, — получены первые результаты методов физического и математического моделирования к расчету некоторых химико-технологических процессов, что сокращает сроки перехода от лабораторных опытов к промышленной реализации процессов. Эта проблема настолько важна, что в предстоящем году на ней должны быть сосредоточены усилия и химиков, и физиков, и математиков».

Мыслимое ли дело — проводить технологический процесс без контактного аппарата? Даже без самих веществ — непосредственных участников химического процесса?

Мыслимое. Просто необходимое. Ибо иного, более эффективного пути масштабного перехода пока что попросту не дано.