Практическое значение представлений о концептуальных системах химии

Попробуем обратиться в этой связи к примеру решения боль­шой—очень важной—задачи получения синтетического каучу­ка—СК.

Задача эта стала особенно актуальной в начале XX века, когда была выявлена недостаточность каучука для производства рези­ны, без которой невозможно развитие авто- и авиастроения. И оказалось так, что первые успехи в ее решении были получены в нашей стране. В 1909—1913 годах С. В. Лебедев (1874—1934) установил, что каучук может быть получен на основе 1,3— бутадиена (дивинила):

 

Н₂С=СН-СН=СН₂ → [Н₂С-СН=СН-СН₂]_n.

Но получить дивинил оказалось непросто: в свободном виде в природе он не существовал. Попытки дегидрогенизации бутана

Н₃С-CH₂ —CН₂-СН₃ ® Н₂С=CH-СН =СН₂

успеха не имели, да и бутан в индивидуальном состоянии отсут­ствовал. И только в 1928 г. С. В. Лебедев нашел самый выгодный способ получения дивинила из этилового спирта:

 

2Н₃С-СН₂ОН   ^{425°, Al}₂^O₃^{* ZnO} H₂C=CH-CH=CH₂ + 2H₂O + H₂

 

Эта реакция Лебедева и оказалась стартом синтеза каучука.

По тому времени синтез каучука в промышленном мас­штабе был грандиозным успехом. О нем с восхищением гово­рили во всем мире. Но... полученный каучук был почти в бук­вальном смысле золотым: он требовал огромных затрат труда и материальных ресурсов. Дивинил получали из этилового спир­та всего лишь с 28-процентным выходом, так что более двух третей спирта уходили в отходы. А сам спирт получали из зер­на, свеклы или картофеля, для чего расходовались сотни ты­сяч тонн пищевого сырья. Поэтому вместе с крестьянским тру­дом, который расходовался на получение этого сырья, в про­изводстве каучука было занято по стране до 200—250 тысяч человек.

Но другого выхода не было. Каучук был необходим стране, а в распоряжении химиков имелся только один способ решения основной проблемы химии—структурные теории. Именно на уровне структурной химии и было организовано многотоннаж­ное производство СК в Ленинграде и Воронеже, Ефремове и Яро­славле.

Но вот благодаря успехам термодинамики и физическим ме­тодам исследования механизмов химических реакций, химия в 1950-х годах в целом стала подниматься на уровень учения о химических процессах. И производство СК в связи с этим сразу же изменилось коренным образом. Изучение кинетических и тер­модинамических факторов, определяющих направление и ско­рость химических реакций, позволило найти условия (подходя­щую температуру, оптимальное

давление и т. д.), при которых из множества направлений термического разложения нефтяного сырья можно было выбрать только одно—получить с хорошим выхо­дом желаемый продукт—дивинил:

С_nH_{2n + 2}® Н₂C = СН — СН = СH₂.

Синтез каучука поэтому сразу же стали осуществлять из дивинила, получаемого пиролизом нефти. Отпала необходимость, в затратах на СК пищевого сырья. Резко изменилась в сторону упрощения технология производства СК. Для получения ди­винила можно было обойтись одним заводом и сократить численность работников, занятых в производстве СК с 200—250 тысяч до 3—5 тысяч! Именно на этом уровне со столь высокой производительностью труда и осуществляется сегодня произ­водство СК.

Но за последние годы наметились еще более поразительные успехи в синтезе СК. Появились первые, поистине потрясающие воображение, сведения о решении той же задачи получения диви­нила и других мономеров СК на четвергом—эволюционном пути развития химии. В этом случае реакцию пиролиза нефтя­ного сырья осуществляют в условиях плазмы, т. е. особого рода газа, состоящего из свободных электронов и ионов, при темпера­туре около 4—5 тысяч градусов. Реакция протекает мгновенно— за десятитысячные доли секунды и при том строго необратимо. т. с. только в одном направлении образования дивинила

С_nH_{2n + 2}® Н₂C = СН — СН = СH₂.

 

Столь высокая скорость и полная необратимость этой плазмохимической реакции позволяют достигнуть такой высокой производительности реактора, которая сопоставима с произво­дительностью целого завода.

В результате один небольшой реактор-плазмотрон, диаметром 20 см и длиной 60 см, обслужива­емый одним человеком, способен заменить пиролизный завод с 3—5 тысячами человек—рабочих!

 

 

                                             Этилен

 

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: