Мы узнали, что химики умеют проникнуть в любые тайны пробирки. Что они могут описать кинетику любого процесса подходящими математическими уравнениями. Но они не в силах перейти сразу же от лабораторной колбы к заводскому аппарату. Не работает теория подобия, по которой авиаконструкторы рассчитывают самолеты. Почему же так?
Химический реактор и впрямь чем-то напоминает самолет. Внутри обоих поддерживаются неизменными температура и давление. Оба рассчитаны на определенную пропускную способность. Только у одного — молекулы, у другого — пассажиры. Чем больше размеры того и другого, тем выше производительность. Полезный «выход» зависит от скорости. Правда, реактор в отличие от самолета стоит на месте. Но существенной разницы здесь нет. Через оба аппарата — летательный и химический — идет поток индивидов. В одном случае биологических, в другом — химических.
Оба потока подвержены случайностям. Но и тот и другой поддаются теоретико-вероятностному анализу. А вот поди ж ты…
Различие начинается в тот момент, когда мы вспомним, что конструкция самолета зависит от свойств внешней среды, а не содержимого, как у реактора. Летательный аппарат — герметичный обтекаемый ящик, рассчитанный на внешние нагрузки, на взаимодействие с течениями воздушного океана. Содержимое этого ящика заботит конструкторов в меньшей степени. В конце концов какая разница, кого или что будет транспортировать воздушный лайнер? Люди, письма, газеты, продовольственные или промышленные товары — все одно какой груз. От его вида не зависят главные требования к конструкции самолета. Сила тяги, скорость, прочность, долговечность, грузоподъемность — все упирается прежде всего в аэродинамические качества машины. Иными словами, в то, насколько хорошо подогнаны формы самолета к непрерывному напору стремительного встречного ветра. А это соотношение между потоком воздуха и формой самолета почти не зависит от масштабов эксперимента.
Иное дело химический аппарат. В нем вид оболочки зависит прежде всего от характера содержимого. Клокочущего, бурлящего, пышущего жаром, распирающего что есть силы внутренности труб и котлов. Снаружи здесь такая же спокойная и комфортабельная обстановка, как и в салоне «ТУ-104». Зато внутри… Именно там непрерывный поток, а не снаружи, как у самолета. Правда, поток установившийся, как и за бортом воздушного корабля. Стационарный режим, который поддается математическому анализу. Но тут-то и кончается последняя капелька сходства.
Мы убедились: влияние тепла на ход химического взаимодействия огромно. Кинетика процесса в маленькой пробирке и большом реакторе будет одинаковой лишь в том случае, когда температуры распределены равномерно по всему объему. А ведь тепло выделяется непрерывно при каждом элементарном акте химического взаимодействия. Между тем равномерный отвод тепла из зоны реакции зависит от размеров и конструкции аппарата. И это не все. На перенос тепла и вещества влияют также свойства катализатора, размеры и взаимное расположение его зерен. Потому-то результаты химического процесса и зависят от масштабов эксперимента.
Странное дело: лилипуты не хотят превращаться в Гулливеров!
Проектирование промышленной установки обычно проходит долгий путь постепенного увеличения габаритов. Сначала, конечно, просто колба. Лабораторная установка. За ней укрупненная, опытная, дальше полупромышленная, наконец заводская.
Ну и что? Чем больше этапов, тем лучше будет отработана технология. Да, но сколько это займет времени?
Десять, а то и все пятнадцать лет! Столько обычно отнимает путь от лабораторного стенда до заводского цеха.
Выходит, новое химическое предприятие, пущенное сегодня, освоило технологию 1950–1955 годов? Значит, перерезая традиционную ленточку, мы входим во вчерашний день? И это при теперешних-то темпах научного прогресса! Трудно поверить, чтобы за два семилетия, которые необходимы для внедрения нового способа, не состарилась технология, слывшая когда-то прогрессивной. Да и потребность в «новом» химическом продукте может отпасть!
Однако допустим невероятное — что такого не произойдет. Все равно десяти лет мало, слишком мало, чтобы выбрать наилучший вариант из всех возможных конструкций аппарата. Для этого пришлось бы на каждом этапе изготовлять сотни образцов одной и той же модели, которые отличаются, скажем, диаметром труб, формой реакционной камеры, толщиной ее стенок, структурой каталитической массы, условиями контакта между катализатором и реагентами и так далее и тому подобное. Между тем построить даже одну-единственную установку — дело нелегкое. Это многие недели, а то и месяцы работы литейщиков, слесарей, токарей, сварщиков. Это многие килограмм, а то и центнеры дефицитных материалов. А экономика несговорчива. А время нетерпеливо.