Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Нестационарная кинетика и развитие представлений об эволюции химических систем ⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6
Еще совсем недавно, в 1950-х годах, в острой полемике с теориями неоднородной поверхности катализаторов рождалось учение видного специалиста в области катализа Г. К. Борескова о потере энергетической активности свежеприготовленньгх катализаторов в ходе реакции и о достижении ими «стационарного состояния». Г. К. Боресков убедительно доказал, что под влияни ем реакционной среды свежие катализаторы изменяют свой состав и структуру, достигая стационарного состава и соответствующей ему удельной каталитической активности. Считается и ныне, что подавляющее большинство промышленных каталитических процессов осуществляется в стационарных условиях. Но, начиная с 1970-х годов, химики все больше стали обращать внимание на то, что те оке самые причины воздействия реакцион ной среды на катализаторы, которые обусловили появление кинетики стационарных процессов, оказываются ответственными и за наличие нестационарных режимов работы каталитических систем. Было установлено, что в одних случаях стационарное состояние катализаторов не реализуется из-за блокировки их поверхности плотным слоем какого-либо адсорбата, скорость образования которого выше скорости достижения стационарности. В других случаях было зафиксировано в ходе реакций несколько нестационарных режимов со скачкообразными переходами между ними. Открыто и изучено множество автоколебательных процессов, свидетельствующих об особом типе нестационарности. Началось, таким образом, отрицание отрицания. Причем исследователи приходят к выводам, что стационарный режим, надежная стабилизация которого казалась на первый взгляд залогом высокой эффективности промышленного процесса, является лишь частным случаем нестационарного режима! С 1970-х годов обнаружено много случаев нестационарных режимов, спо собствующих интенсификации реакций! Появились работы, опи сывающие искусственно создаваемые нестационарные режимы, при которых оказывается возможным не только легче реали зовать оптимальные условия реакций, но и достигнуть улучшения качества продуктов, например, более эффектного распределения молекулярных весов в полимерах. Таких публикаций становится все больше, и они требуют решения целого ряда новых проблем, связанных с изучением одновременного изменения состава реакционной смеси, состава и структуры катализаторов. Требуется создание новых методов математического моделирования и оптимизации, теории управления нестационарными процессами, а затем и принципиально новых конструкций реакторов для этих процессов. Изучение нестационарной кинетики начато недавно. Но уже сейчас можно видеть, как важен и широк ее объект, насколько реальнее она подходит к исследованию химических систем, организация которых в том отношении сложна, что она динамична, эволюционна. Одним из ведущих звеньев в развитии нестационарной кинетики является теория саморазвития открытых каталитических систем, ибо иных путей к существенному улучшению работающих в реакторе катализаторов нет, кроме естественного отбора наиболее активных центров катализа и обусловленных этим отбором направленных кристаллоструктурных изменений. Таким образом, первой прикладной областью, где теория само развития открытых каталитических систем может быть широко и эффективно использована, является «нестационарная техно логия». Ближайшими же практическими результатами этой теории являются уже исследованные в лабораторных условиях процессы, в основу которых положено энергетическое сопряжение реакций, в том числе таких, на которые наложены строгие тер-модинамические ограничения. В этом случае одна реакция помогает другой; в системе развиваются процессы, направленные против равновесия, сама же система приобретает динамическую устойчивость, или «устойчивое неравновесие». Этот принцип и использован для осуществления ряда реакций, которые пока не были реализованы иными путями. 8. Общие итоги развития учения о химических процессах Таким образом, если принять во внимание уже достигнутые успехи как химии экстремальных состояний, так и каталитический химии, а тем более успехи в таких областях, как металло-комплексный катализ, моделирование биокатализаторов, химия и технология иммобилизованных систем, «нестационарная технология», важным звеном которой должна стать теория саморазвития открытых каталитических систем, то в ближайшей перспективе можно видеть богатейшие возможности развития поистине новой химии. Эта новая химия уже теперь становится способной решить такие задачи, для реализации которых до сих пор еще вовсе не было предпосылок. В частности, в области тяжелого органического синтеза это задачи: а) значительного ускорения химических превращений в мягких условиях за счет главным образом объединения в катализаторах будущего достоинств гетерогенного, гомогенного и металлоэнзимного катализа; б) достижения близкой к 100% селективности процессов; в) осуществления новых важных энергетически затрудненных процессов за счет сопряжения эндо-и экзотермических реакций; г) существенной экономии углеводородного сырья и перехода от нефти к углю как более распространенному сырьевому источнику. Но химия теперь имеет реальные предпосылки и для решения таких общих задач, как а) моделирование и интенсификация фотосинтеза; б) фотолиз воды с получением водорода как самого высокоэффективного топлива; в) промышленный синтез широкого спектра органических продуктов, и в первую очередь метанола, этанола, формальдегида и муравьиной кислоты, на основе углекислого газа; г) промышленный синтез многочисленных фтор материалов. Такого рода задачи еще до недавнего времени казались не вполне реальными; лишенные каких бы то ни было теоретических и экспериментальных оснований, они в большей степени оказывались во власти воображения. Сегодня эти задачи предстоит решать совершенно иначе; для их решения созрели все необходимые объективные предпосылки. И это обстоятельство явля ется залогом успешного претворения в жизнь задач по созданию малоотходных, безотходных и энергосберегающих промышленных процессов, рачительного использования каждого килограмма сырья и каждого киловатта энергии для производства необходимых материалов.
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-03-21; Просмотров: 67; Нарушение авторского права страницы