第六章 化工过程放大1

（1）操作周期 开车 停车
（2）放大系数 放大系数＝放大后的实验（或生产）规模/ 放大前的规模
（3） 放大效应 过程规模变大所引起的指标不能重复的 现象称放大效应。 1) 装置形状 2) 装备的几何尺寸 3）操作模式 4）装置的结构 5）散热问题 6）边壁和终端效应
6.1.2
反应过程放大基本方法
（2）按反应器的结构型式分类
塔式反应器
固定床反应器 流化床反应器
间歇操作反应器 （3）按操作方式分类
连续操作反应器 半连续(半间歇) 反应器
6.3.2 反应器选型
6.3.2.1 化学反应器选型原则 （1）工业生产对化学反应器的要求 • 有较高的生产强度 • 有利于反应选择性的提高 • 有利于反应温度的控制 • 有利于节能降耗 • 有较大的操作弹性
问题的提出： （1）存在放大效应； （2）不但包括有化学反应，还伴随有各种物理过程； 相似放大法在化学反应器放大方面则无能为力，主 要原因是无法同时保持物理和化学相似。 目前使用的化学反应器放大法有： 逐级经验放大法（主要靠经验）; 数学模型法 可以提高放大倍数，缩短半经验放 大法。
6.1.2.1 逐级经验放大
需全流程中试： 1 综合研究整个工艺过程； 2 提供一定批量的样品进行应用试验； 3 物料循环对生产的影响不可预测，而且对生产的影响大。
（4）运行周期 （5）测试深度 （6）中试装置的运行可靠性和安全性
冷模试验优点：
1）直观、经济； 2）试验条件容易满足，并容易控制； 3）可进行在真实条件下不便或不可能进行的类比实 验，减少实验的危险性。 6.2.2.1 冷模实验的理论基础 （1）相似现象 几何相似 时间相似 动力相似 热相似 化学相似
（2）相似理论 相似第一定律 A 相似现象属于同一类现象； B 各相同的量间有一定的相似倍数； C 相似倍数不是任意的； D 相似特征参数。 相似第二定律 两体系相似时，对应点上必须具有的数值相等的、 单值条件相似的并有一定物理意义的数组。
6 考察环境污染和安全卫生情况； 7 考察腐蚀； 8 确定实际消耗定额和技术经济指标；
9 提供一定量的产品；
10 发现工程问题，为工业化做准备。
6.4.2 中试、实验室研究和工厂生产的差异 1 原料纯度不同 2 对收率要求不同 3 设备不同
4 工艺操作不同
反应时间；加热方法；反应热转移；真空环境； 压力环境；气相反应装置；连续操作。
小试装置－中间装置－中型装置－大型装置
逐级经验放大的特征： 1）着眼于外部联系，不研究内部规律(黑箱） 2）着眼于综合研究，不试图进行过程分解 3）人为地规定了决策程序
研究方法：
1）反应器的选型——结构变量试验
转化率 小试 选择性
2）优化工艺条件——操作变量试验 3）反应器放大——几何变量试验
6.1.2.2 数学模型放大
建模 解模 验模
6.2 传递过程与冷模试验
6.2.1传递过程 传递过程（从物理本质上说有下列三种）
1)动量传递过程（单相或多相流动） 2)热量传递过程——传热 3)质量传递过程——传质
6.2.2 冷模试验 常温流体介质：空气、水、砂子、瓷环等
研究目标：真实的工业装置中的流体力学或 传热、传质性能。 对于开发一个新的过程或设备是很有用处的。
数学模型法一般步骤：
1）实验室研究（化学反应规律）
2）大型冷模试验（大型反应器传递过程规律） 3）建立反应器数学模型（温度效应和浓度效应）
化学反应
传递规律
结合点
反应动力学方程、物料衡算式、热量衡算式联立
4）中间试验
数学模型法的基本特征： 1）着眼于过程的内部规律，对过程进行分解 和综合（由简到繁） 2）抓主要矛盾，忽略次要矛盾，对过程进行 简化（由繁到简） 3）在反应工程理论和传递过程理论指导下建 立数学模型 4）设计模型来源于实践，又为实践所检验
（2）反应器选型判据
• • • • • 确定反应类型 确定催化剂的失活速度 确定反应器的混合要求 确定热量传递和温度控制要求 确定反应过程的控制步骤
6.3.2.2 反应器主要工艺条件选择
• 温度 • 压力 • 浓度
6.4 中间试验
中间试验－介于小型工艺试验与工业装置之间的 研究型试验。 6.4.1中间试验任务 1 检验小试，运转的可靠性、安全性； 2 考察过程放大中的问题； 3 验证模型和实际过程的等效性； 4 验证原材料处理方案，考核杂质的积累对过程的 影响； 5 验证反应产物的后处理方案的可行性、分离技术 和设备形式的适用性；
5 废弃物处理
6.4.3 中间试验分类
（1）微型中试
放大系数103~104 反应器体积50~5000mL
物料处理量40~5000mL/h
（2）部分流程中试 （3）全流程中试 （4）全规模中试(工业性试验）
6.4.4 中间试验注意的问题
（1）中试指导思想 （2）中试装置规模 （3）中试装置的完整性
6 化工过程放大
pany.co.kr
化学过程:实验室
工业化生产
化工过程放大需回答下列问题： 1、过程操作条件； 2、反应器形式及反应器几何尺寸； 3、单元装置形式、规模和运行周期；
4、计量、检测和控制技术；
5、材料与腐蚀、环境保护、公用工程等。
6.1
反应过程放大基本方程描述； B 单值条件一定相似； C 相似特征数一定相等。
相似第三定律 描述相似现象各种量之间的关系，通常采用相似特征数之
间的函数关系。
6.3 化学反应器
化学反应过程的分类
6.3.1化学反应器类型
（1）按反应物料的相态分类
均相反应器
非均相反应器 釜式反应器 管式反应器