化工过程开发与放大
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。
化工设计课件中试放大
六 中试放大研究总结
中试放大完成后，应进行总结。内容要求如下： 1确定的工艺路线和单元反应操作方法。 按照根据小试操作制定的中试工艺规程进行中试放 大，确定最终的可工业化的工艺路线和单元反应操 作方法。 在中试放大阶段由于处理物料增加，必须考虑使反 应和后处理的操作方法更适应工业生产的要求，特 别要注意缩短工序、简化操作。
四 部分解析法
二、研究步骤
1．通过定性试验，了解反应过程特征； 2．试验结果和理论分析相结合产生技术概念； 3．检验技术概念，完善技术方案； 4．取得放大设计的定量数据。
四 部分解析法
三、特征
1．分解研究与综合分析相结合
与数模基本相同；不同：定性的技术 方案，不确切 2．技术信息来源于实验 理论指导下的实验；节省人力、物力 3．技术方案通过反复论证 可靠、准确
2必须保证设备放大后经济上的合理性和各项指标的先进性及 系统调优
设备放大以后------放大效应。
因此必须要系统优化
二 逐级经验放大
一、几个概念 1. 放大系数 1)定义： 放大后的实验（生产）规模/放大后的实验（生产） 规模. 2)表达： 小时投料量、 每批投料量或年产量 反应器特征尺寸比。
三 数学模型法
一、数学模型 通常是一组描述过程运行动态规律的代数方程或微 分方程。 要求：既要能表达实际过程运行的规律又要简单而 便于应用。 建模中的问题 a. 建立数学模型的方法 b. 数学模型的简化 c. 数学模型的针对性
三 数学模型法
五 相似放大法
以相似论和量纲分析为基础，依据模型实验
得到某些物理量之间的关系，按相似原理推 算模型与原型之间的相似规律。 经验放大（依赖实验结果） 研究传递规律（冷模实验） 理论指导实验，实验得以简化
化工中试放大与生产工艺规程
中试放大与生产工艺规程：中试放大的目的是验证、复审和完善实验室工艺所研究确定的反应条件，及研究选定的工业化生产设备结构、材质、安装和车间布置等，为正式生产提供数据，以及物质量和消耗等。
（一）、中试放大的研究内容1.概述工艺过程：在生产过程中凡直接关系到化学合成反应或生物合成途径的次序、条件（配料比、温度、反应时间、搅拌方式、后处理方法和精制条件等）统称为工艺条件。
其它过程则成为辅助过程。
2.中试放大的重要性确定工艺路线后，每步化学合成反应或生物合成反应不会因小试、中试放大和大型生产条件不同而有明显变化，但各步最佳工艺条件，则随试验规模和设备等外部条件的不同而有可能需要调整。
3.中试放大的研究1）生产工艺路线的复审一般情况下，单元反应的方法和生产工艺路线应在实验室阶段就基本选定。
在中试放大阶段，只是确定具体工艺操作和条件以适应工业生产。
但是当选定的工艺路线和工艺过程，在中试放大时暴露出难以克服的重大问题时，就需要复审实验室工艺路线，修正其工艺过程。
2）设备材质与型式的选择开始中试放大时应考虑所需各种设备的材质和型式，并考查是否合适，尤其应注意接触腐蚀性物料的设备材质的选择。
3）搅拌器型式与搅拌速度的考查在实验室中由于物料体积较小，搅拌效率好，传热、传质的问题表现不明显，但是在中试放大时，由于搅拌效率的影响，传热，传质的问题就突出地暴露出来。
因此，中试放大时必须根据物料性质和反应特点注意研究搅拌器的型式，考察搅拌速度对反应规律的影响，特别是在固－液非均相反应时，要选择合乎反应要求的搅拌器型式和适宜的搅拌速度。
4）反应条件的进一步研究实验室阶段获得的最佳反应条件不一定能符合中试放大要求。
应该就其中的主要的影响因素，如放热反应中的加料速度，反应罐的传热面积与传热系数，以及制冷剂等因素进行深入的试验研究，掌握它们在中试装置中的变化规律，以得到更合适的反应条件。
5）工艺流程与操作方法的确定在中试放大阶段由于处理物料增加，因而又必要考虑使反应与后处理的操作方法如何适应工业生产的要求，特别要注意缩短工序、简化操作。
化工行业中试放大经验
中试放大经验工艺过程的概念：在生产过程中凡直接关系到化学合成反应或生物合成途径的次序，条件（包括配料比，温度，反应时间，搅拌方式，后处理方法和精制条件等）通称为工艺条件。
其它过程则成为辅助过程。
一，中试的重要性当药品研发的实验室工艺完成后，即药品工艺路线经论证确定后，一般都需要经过一个必小型实验规模放大50～100倍的中试放大，以便进一步研究在一定规模装置中各步反应条件的变化规律，并解决实验室阶段未能解决或尚未发现的问题。
简单地说，中试就是小型生产模拟试验，是小试到工业化生产必不可少的环节。
中试试是根据小试实验研究工业化可行的方案，它进一步研究在一定规模的装置中各步化学反应条件的变化规律，并解决实验室中所不能解决或发现的问题，为工业化生产提供设计依据。
虽然化学反应的本质不会因实验生产的不同二改变，但各步化学反应的最佳反应工艺条件，则可能随实验规模和设备等外部条件的不同而改变。
一般来说，中试放大试是快速，高水平到工业化生产的重要过渡阶段，其水平代表工业化的水平。
小试与中试的区分不仅仅在于投料量的多少、以及所用设备的大小之上，两者是要完成不同时段的不同任务。
小试主要从事探索、开发性的工作，化学小试解决了所定课题的反应、分离过程和所涉及物料的分析认定，拿出合格试样，且收率等经济技术指标达到预期要求，就可告一段落，转入中试阶段。
中试过程要解决的问题是：如何釆用工业手段、装备，完成小试的全流程，并基本达到小试的各项经济技术指标，当然规模也扩大了。
该过程也不乏创新、发明的內容。
如：小试中将一种物料从一个容器定量的移入另一器皿，往往是举手之劳，但在中试中就要解决选用何种类型、何种规格、何种材质的泵，采用何种计量方式，以及所涉及的安全、环保、防腐等一系列问题，这就不是简单的放大了，有时要解决此类问题也颇令人伤脑筋，甚至很难达到满意的结果，中试就是要解决诸如此类的釆用工业装置与手段过程中所碰到的问题；不仅保含小试中非常注意的物料衡算，也包括小试中不大在意的热量、动量的衡算问题……为进一步扩大规模，实现真正工业意义的经济规模的大生产提供可靠的流程手段及数据基础。
化工放大效应
化工放大效应化工放大效应是指在化学反应中，少量的添加物能够显著地影响反应速率或产物的生成量。
这种效应的存在使得化学工业在合成新材料、制造新产品以及改善工艺过程方面具有了更大的灵活性和可塑性。
化工放大效应的发现源于对催化剂的研究。
催化剂作为化学反应中的重要角色，能够加速反应速率，降低活化能，从而提高反应效率。
然而，在某些情况下，添加的催化剂量并不是线性地与反应速率成正比。
相反，当催化剂的添加量超过某个临界值时，反应速率会呈现出迅速增加的趋势，形成所谓的“化工放大效应”。
化工放大效应的出现往往与催化剂的表面特性和反应体系的微观环境密切相关。
在催化剂表面，活性位点的存在和数量对反应速率起着至关重要的作用。
当催化剂的添加量较少时，活性位点的数量较少，因此反应速率较低。
但当催化剂的添加量超过一定阈值时，活性位点的数量突然增加，导致反应速率的剧增。
这种现象被称为“化工放大效应”。
化工放大效应的应用非常广泛。
在化学工业中，通过合理调节催化剂的添加量，可以显著提高反应速率和产物的产率，从而降低生产成本。
另外，化工放大效应还可以用于改善传统工艺过程，提高反应的选择性和效率。
例如，通过控制催化剂的含量，可以实现对废水中有害物质的高效去除，达到环保治理的目的。
化工放大效应还可以应用于新材料的合成和性能调控。
通过添加少量的掺杂剂或添加剂，可以显著地改变材料的结构和性能。
例如，在固态材料中添加少量的掺杂剂，可以提高材料的导电性、光学性能或机械强度。
在液态材料中添加少量的添加剂，可以实现相变温度的调控、流变性能的改善等。
化工放大效应的研究不仅对于催化化学、化工工艺的发展具有重要意义，而且对于深入理解化学反应的机理和规律也具有重要价值。
通过对化工放大效应的深入研究，可以揭示催化剂的工作原理和反应动力学过程，为设计高效催化剂和优化工艺条件提供理论依据。
化工放大效应的发现和应用为化学工业带来了巨大的推动力。
通过合理利用化工放大效应，我们可以实现更高效、更经济、更环保的化学反应和工艺过程。
化工过程的放大.
模型装置 考察“几何变量”
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三、逐级经验放大的特征
RED
1．只注重输入与输出关系，纯属于经验性质综合考察 2．试验程序人为确定 3．放大是根据试险结果外推
黑箱 三步
缺乏理论指导，周期 较长；方法简单
线性规 律
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例：合成氨技术开发
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例：异丙苯生产苯酚和丙酮的工艺
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一级不可 逆
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（I）反应器选型
反应特点： 选择：
过氧化氢异丙苯的分解反应 为液相反应，反应速率较快。
多种型式的反 应器适用 连续操作管式反应器
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（2）优化工艺条件
化学工艺的放大
13应化3班林富
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概述
化工过程放大 是科学理论和实践经验相结合、质和量相结合的工程科学问题。 核心 是放大技术 技术上的关键问题是： （1）是否开发出高效催化剂 （2）可靠的放大技术，特别是反应器的放大 （3）工业化过程的材料 （4）过程所需设备 （5）计量和检测技术
定义： 放大后的实验（生产）规模/前
表达： 小时投料量、 每批投料量或年产量 反应器特征尺寸比。
5Leabharlann 2017/10/8RED2. 放大效应
因过程规模变大造成指标 不能重复的现象
如：反应状况恶化、转化率、 选择性、收率下降、产品质 量劣化等。 反应得到改善， 得到正的放大效应
化工放大 经验公式
化工放大经验公式
化工放大是指化学反应或化学过程中，将实验室规模的反应放大到工业规模的过程。
在化工放大过程中，经验公式是一种经验性的数学公式，用于预测和计算化工放大过程中的各种参数和变量。
经验公式是通过实验数据和经验总结得出的，通常是一种简化的数学模型。
它可以用于预测反应速率、产量、物料流动、传热传质等各种参数，以及优化反应条件和工艺参数。
但需要注意的是，经验公式是基于实验数据和经验得出的，它的适用范围和精度有限。
对于复杂的化工反应和过程，更加精确和准确的模型和方法可能需要使用物理化学原理和计算机模拟等技术。
化工放大的经验公式可以通过实验数据和经验总结得出，也可以通过文献和专业资料查阅获得。
在实际应用中，需要根据具体情况选择适合的经验公式，并结合实际数据进行验证和修正，以提高预测和计算的准确性。
对化工过程开发的认识
对化工过程开发的认识摘要:化工过程开发是指把在实验室研究出来的新产品、新工艺、新技术在用于工业生产之前，而进行的放大和经济技术评估，它是把一个新产品、新工艺、和新技术用工业生产的关键环节关键词：化工过程；放大；经济技术引言从化学工业发展看，化工过程开发是指把在实验室研究出来的新产品、新工艺、新技术在用于工业生产之前，而进行的放大和经济技术评估，它是把一个新产品、新工艺、和新技术用工业生产的关键环节。
本文主要对化工过程开发的必要性和化工过程开发的步骤进行叙述。
1 化工过程开发的必要性在实验室研究和工业生产之间，由于处理物料量等许多条件相差悬殊，两者的差别很大，实验室研究成果往往不能真实反映工业生产情况。
例如，实验室研究一般为间歇操作；而工业生产一般为连续操作[1]。
关于连续化后可能出现的工艺技术问题，以及在整个生产工艺流程中各个步骤之间配合的为题，在实验室研究中难以了解。
实验室一般不考虑物料的综合回收利用；而化工生产则多数考虑未转化无聊的回收利用。
由于物料循环引起的杂质积累对工艺过程和产品质量的影响，在实验过程中无法了解。
由于实验室研究所获得的产品，往往是经过精密控制工艺条件、采用较纯净的化学试剂、并在严格的物料配比的条件下制备的；而工业生产中的原料纯度和工艺控制条件度很难达到实验室的精准水平，因此实验室获得的产品率、质量和性能都不足以作为生产产品的标准。
另外实验室研究设备的用量小，很难对大型工业设备中出现的传热、传质和无聊的流动与混合等因素充分的考察；实验室所采用的设备多数为玻璃仪器，由于玻璃性脆，在其使用功能上往往受到限制，致使实验操作参数的变化范围受到限制，因此在实验研究中确定的操作参数，未必是工业生产的最佳条件；在实验室中较少考虑设备腐蚀对生产过程和产品质量带来的影响；而工业生产则必须考虑设备材料腐蚀及被腐蚀的问题。
此外，工业生产还必须从技术经济角度去考虑原材料的品级及供应渠道，产品质量及市场销售，能源供应及消耗，建设资本和生产成本，以及三废治理和环境保护等[2]。
化工放大效应
化工放大效应化工放大效应是指在化学反应中，当初始反应物中的一个组分发生了微小的变化时，这个变化会在整个反应过程中被放大，从而对反应的结果产生巨大的影响。
化工放大效应在化学工业中具有重要的意义，对于提高反应效率、降低生产成本和改善产品质量具有重要作用。
化工放大效应的实现依赖于反应体系的复杂性和反应条件的控制。
在一个复杂的反应系统中，反应物之间的相互作用以及反应物与催化剂、溶剂等之间的相互作用都会影响整个反应的进行。
当反应物之间的相互作用发生微小的变化时，这种变化会在整个反应过程中被放大，从而导致反应速率、产物选择性等发生明显的变化。
化工放大效应在催化剂设计和优化中发挥着重要的作用。
通过调控催化剂的活性位点和结构，可以实现对反应物的选择性吸附和转化，从而提高反应效率和产品质量。
例如，铂基催化剂在加氢反应中具有高的催化活性和选择性，通过控制铂的物理状态和晶体结构，可以实现对不同反应物的选择性加氢，从而提高产品的纯度和产量。
反应条件的控制也是实现化工放大效应的重要手段。
反应温度、压力、溶剂选择等参数的变化都会对反应动力学和平衡产物分布产生影响，从而改变反应的结果。
例如，在合成酯的反应中，通过调整反应温度和催化剂的选择，可以实现对不同酯类的选择性合成，从而提高产物的纯度和收率。
化工放大效应还在多相反应中起着重要作用。
多相反应是指反应体系中存在两个或多个相的反应，如气固反应、气液反应等。
在这种反应中，相界面的存在会导致反应物的传质和反应动力学发生变化，从而对反应结果产生影响。
通过调控相界面的性质和反应条件，可以实现对反应速率和选择性的调控，从而提高反应效率和产品质量。
化工放大效应在化学工业中的应用广泛。
例如，在有机合成中，通过合理设计反应体系和反应条件，可以实现对不同官能团的选择性转化，从而提高合成的效率和产物的纯度。
在石油化工中，通过调控催化剂和反应条件，可以实现对原油中的不饱和烃和杂质的选择性转化和去除，从而提高燃料的质量和环境友好性。
化工过程开发4开发放大方法课件
经验放大中的理论分析
对别人的应用条件及机理进行理论分析，实地应用 考察 与本过程的异同比较、分析与计算 多方案比较，选优 多级过程放大试验
例： K2CrO4加氢还原制Cr2O3的反应器工程放大
充分利用钨钼合金厂的生产经验与技术积累，多方案 比较，租用生产厂的设备进行工艺试验 先不追求先进性，而追求可靠性
升温
反应
降温
计算反应热 计算物料的
ΔHr
比热容cp
（4）测定反应釜筒体的总传热系数
在间歇反应过程中，反应放热量是不均匀的，在进行反 应釜设计时，应以最大热负荷来计算传热面积。因此， 测定也应在反应放热量大的阶段进行。本例以 15:50~16:50时段反应掉的主反应物量最多，故应以该时 段为基准进行计算。
简化
数学描述
实际过程
物理模型
数学模型
经验关联 建立反应过程数学模型的三种途径
反应器模型的实际建立程序
实验室试验 化学模型 物理模型
小型试验
中间试验 工厂设计
过程放大的理论基础与应用技巧
过程设备与系统放大效应以及非线性特征
过程工程与设备的种类繁多、千变万化。包 括物理过程、化学过程、生物过程。
化学反应设备
10:15 40.60
37.5
21.9
22.4
166.97 32.6 33.0
… … …
… …
… …
…
（3）测定物料的热化学性质
将159kg物料投入搪瓷反应釜中，开始在夹套内通入热水 加热升温（14:00~14:45）。然后在夹套内通入冷水控制 釜内温度在60～65℃范围内反应（14:45~20:50），每小 时取样分析主反应物的量(mol)。最后在夹套内通入冷水 将釜内物料降温后（20:50~21:30）出料。
最新化工过程开发与放大
目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Keywords (1)前言 (1)1化工过程开发的步骤 (1)1.1收集资料 (1)1.2概念设计 (2)1.3技术经济评价 (2)1.4模型试验 (2)1.5中试 (3)1.6基础设计 (3)1.7工程设计 (3)2化工放大过程的步骤 (3)3过程放大的方法 (4)3.1全流程逐级放大 (4)3.2数学模拟放大 (4)4放大过程应注意的问题 (4)4.1过程放大实验室化学家和过程工程师的任务及相互配合 (4)4.2必须保证设备放大后经济上的合理性和各项指标的先进性及系统调优 (5)5过程优化 (5)5.1大系统优化 (5)5.2系统优化是单元过程优化的前提 (5)5.3系统和单元过程的优化都是以模型为基础 (5)5.4离线优化中有关特殊或专用模块需要使用者自行开发 (6)结语 (6)参考文献 (6)化工过程开发与放大摘要：化工的发展，新技术大多都是从实验室试验开始的，但是在付诸生产之前要进行必要的科学论证，才能过渡到化工的装置生产。
而化工过程的放大是新产品开发过程中的必由之路，是科研转化为生产力的必经途径。
处理好这个环节，就能加速实现新产品的工业化。
关键词：过程开发；过程放大；过程优化Abstract: chemical development, new technologies are mostly from laboratory tests started, but before put into production to conduct the necessary scientific proof to the transition to the production of chemical apparatus. The chemical amplification process is a new product development process in the only way, is to research into productivity necessary way. Handle this aspect, we can accelerate the industrialization of new products.Keywords: process development; amplification process; Process Optimization 前言从化学工业的发展看，各种新产品、新工艺、新技术，在他们实现工业化之前，大多都是从实验室研究开始的。
化工设计课件中试放大
第四章 中试放大
一 概述 二 逐级经验放大 三 数学模型法 四 部分解析法 五 相似放大法 六 中试放大研究总结
1.建立数学模型的方法 怎样建立？--------------------掌握动态规律 动力学、热力学、流动与混合、传热、传质 动力学、热力学、流动与混合、传热、 流动与混合、传热、传质 传质，流动与混合、传热、传质 如反应器进行化学反应的数模建立------方程组：物料、热量、动量衡算
方程组：物料、热量、动量衡算
二 逐级经验放大
2. 放大效应 因过程规模变大造成指标不能重复的现象. 如：反应状况恶化、转化率、选择性、收率下降、产品质量劣化等。 3. 逐级经验放大 1) 定义： 在放大过程缺乏依据时，依靠小规模实验成功的方法和实测数据， 加上开发者的经验，不断适当加大实验 的规模，修正前一级实验确定的 参数，来摸索化学反应和化学反应器的规律。 2）依据：以前一级试验所取得的研究结果和数据为依据。 3)放大系数的确定： 化学反应类型、放大理论的成熟度、过程规律的掌握度、研究人员经验。
介于经验与数模之间，理论分析和实验探索
相结合。 基础：化学工程学科发展：较多的成熟理论 和研究方法。 特点：避免黑箱；易掌握
四 部分解析法
一．研究方法
化学反应器的放大 化学反应结果 化学反应的速率和选择性 浓度效应和温度效应
四 部分解析法
化工过程开发
数学模拟法
数学模拟法一般是在认识过程特征的 基础上，运用理论分析找到过程规律的数 学模型，并验证该模型与实际过程等效， 就可以用来进行放大设计计算。
数学模型通常是一组微分方程或者一组 代数方程，用以描述过程的动态规律。 对于数学模型的要求：能够反映过程、 简单、便于应用。
化工过程开发
任课教师 顾晓利
第四章 化工过程放大
第一节 开发放大方法 第二节 化学反应器 第三节 中间工厂试验
化工过程放大——解决问题
1.小试开发出高效催化剂
中试或工业装置上
工业性实验
2.获得可靠的放大技术参数 3. 材料和设备——解决 4.计量与检测——解决（控制工艺指标）
放大技术是过程开发的核心——重要！ 化工过程放大是科学理论和实践经验相 结合、质和量相结合的工程科学问题。
冷模试验：在无化学反应参与的情况下，专门考察设 备内物料的流动与混合，以及传热和传质等物理过程 规律的试验。 目的：研究化学反应属性，了解反应器型式和结构对 于反应过程的影响。
数学模拟法
⑶ 综合两种特征 建立数学模型预测 工业反应器性能
当可用数学方法将两种规律予以综 合时，就形成数学模型。这种模型如 果经过检验并验证其可靠，即可用来 进行运算求解，可以预测放大后反应 器的性能。
应大的反应。
结构复杂。
结构复杂。
设备费用高、
应用实例
乙烯水合
搪玻璃搅 拌釜 硝化
环氯乙烷 放热水解
反应器传热方式特征（ 续）
工业反应器的基本类型
分类 冷激式 反应器
直接 传热 蓄热式 反应 反应 器器
蒸发式 反应器
特点
使用惰性载热介质 （水或蒸汽）与物 料直接接触实现快 速换热
化工反应过程的放大效应研究
化工反应过程的放大效应研究一、背景和目的化工反应过程是化学工业的核心环节，其效率和稳定性对整个工业生产具有重要影响。
然而，在将实验室规模的反应过程放大到工业规模时，常常会出现所谓的“放大效应”，导致大装置中的技术经济指标无法达到预期效果，甚至装置无法正常运转。
为了解决这一问题，本报告旨在深入研究管式反应器的放大效应，提出可行的解决方案，并验证其效果。
二、研究方法和数据来源本研究采用了理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法。
首先，对管式反应器的放大效应进行了理论分析，明确了其产生的原因和影响。
然后，利用数值模拟软件对管式反应器在不同放大条件下的性能进行了模拟，得到了大量数据。
最后，通过实验验证了模拟结果的准确性，并对解决方案进行了测试。
三、关键发现和结果1.放大效应分析：研究发现，管式反应器的放大效应主要由流体流动、传热和传质过程中的不均匀性引起。
随着装置规模的扩大，这些不均匀性对反应过程的影响逐渐增大，导致放大效应的出现。
2.数值模拟结果：通过对不同放大条件下管式反应器的性能进行模拟，发现采用“数值放大”的方法可以显著降低放大效应的影响。
与单纯尺寸放大的方法相比，“数值放大”能够更好地预测大装置中的性能。
3.实验验证：实验结果进一步证实了数值模拟结果的准确性。
采用“数值放大”的方法可以使管式反应器的性能得到更好的重现，从而提高了产量和经济效益。
四、结论和建议本研究表明，管式反应器在放大过程中存在明显的放大效应问题。
为了降低其影响，建议采用“数值放大”的方法替代单纯尺寸放大的方法。
此外，进一步研究和优化管式反应器的结构、操作条件等也是提高其放大效果的重要途径。
在实际应用中，应充分考虑放大效应的影响，制定合理的放大策略，以确保化工反应过程的稳定性和效率。
同时，加强科研与生产的结合，不断探索和创新，为化工行业的可持续发展提供有力支持。
化工过程开发4开发放大方法
中试中测定与放大有关工程数据的方法
例：在开发某氧化反应过程时，用100L带搅拌的搪瓷 反应釜作为反应器，测定与放大有关的工程数据，小试 中发现，反应放热量大，且对温度敏感，当反应温度低 于60℃时反应速率缓慢；当反应温度超过65℃时，反应 剧烈，温升很快，以至无法控制。因此，反应温度必 须严格控制在60～65℃的温度范围内。 1、中试装置 2、反应工程数据的测算 3、测定物料的热化学性质 4、测定反应釜筒体的总传热系数
工业反应器的放大
化学加工过程规模的变化不仅仅是量变，同时还产生 质变。 以相似理论和因次分析为基础的相似放大法适于物理 加工过程，不适于反应器的放大。 长期以来，反应器放大采用的是逐级经验放大。 六十年代发展起来的数学模型方法是一种比较理想的 反应器放大方法。
逐级经验放大法的研究方法
反应器的型式和结构 工艺条件 反应器的放大
规模效应
规模经济与生产效率：市场风险承担能力，技术风险 承担能力 规模经济与社会效益：社会就业、地方经济繁荣 规模经济与环境效益：污染治理能力、综合经济效益 规模经济与投资效益：
投资比例＝(规模生产能力比例)n是工业生产永恒的主题！ 同一过程可以由不同类型的设备来完成。同一设备内 部结构还会千变万化，不可能一次就做到尽善尽美 对于一个新过程，第一次选用什么设备，如何确定其 内部结构？
传递规律 验证和修改数学模型
过程开发工作框图
概念设计
工程研究
技术经济评价
基础设计 工程设计
实验室 基础研究
小型试验
过程研究
大型冷模试验
中间试验
化学反应规律
传递规律 验证和修改数学模型
过程放大的理论基础与应用技巧
过程设备与系统放大效应以及非线性特征
化工工业放大 (2)
直径/mm 40 40
长度/mm 1202 1712
长径比 30.05 42.8
体积/L 1.51 2.15
流量/m3h-1 0.1 0.1
转化率/% 98.8 99.8
从表5－2可知，反应体积增加了1.42倍（2.15/1.51），
采用同样的物料流量（0.1m3/h），此时停留时间增加了
1.42倍，但转化率仅增加了1.0％。说明反应后期反应速
二.逐级经验放大法的特征
而化工过程的规律很多都不呈线性关系，或者 只在较小的范围内接近直线关系。对不呈线性 关系的过程，用外推法进行放大必然会造成偏 差。为了提高外推法的准确性，一般采用较小
的放大倍数，这样就需要经过多级模拟放大，
必然使开发经费增加，开发周期延长。
二.逐级经验放大法的特征
采用逐级经验放大法时，应该应用化学工程的理论 进行分析，应用已有的经验判断和解决问题，尽量
究。
试验时主要考察设备的结构和形式对反应的转化率
和选择性的影响。因此又称为“结构变量试验”。
2.逐级经验放大法研究过程的步骤
②.优化工艺条件 在设备选型试验后，就在选定的小试试验设备中进 行优化工艺条件试验。
试验时主要考察各种工艺条件对反应的转化率和选
择性的影响，并从中筛选出最佳工艺条件。以改变
由试验最后得到的最佳工艺条件为：
反应物浓度3.2Kmol/m3，反应温度359K，硫酸浓
度3Kmol/m3，物料流量0.1m3/h。此时分解反应转
化率为98.8％。
（3）反应器放大
反应器放大分两步进行 ①一级放大
一级放大试验结果列于表5－2
化工反应器分类、特征、应用及放大方法
9、滴流床
气-液固（催化剂）相 9-2催化剂易分离， 带出少，气-液分布要求均匀， 温度调节较难 9-3焦油加氢精制和加氢裂解，
丁炔二醇加氢等
10、移动床
气-固（催化或非催化）相 10-2固体返混小，粒子传送容 易，固-气比可变形大，床内温 差大，调节困难 10-3石油催化裂化，矿物冶炼 等
数学模型的针对性
每一种数学模型都有一定的限制范围 。
例：管式反应器内物料的返混可以用扩散
模型描述，但扩散模型不能描述物料在管 式反应器的层流或湍流状态。
二、研究方法 以化学反应过程开发为例，按以下步骤 进行：
测定反应热力学和动力学的特征规律及其参数。
实验室研究化学反应特征
冷模试验研究传递过程特征
工业反应器
本科三班 一组侯腾
一、 反应器的分类
均相反应器 （1）按反应物料的相态分类 非均相反应器 釜式反应器 管式反应器 （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
等温反应过程
(4)按反应温度的变化Fra bibliotek二、特征
只综合考虑输入变量和输出结果的关系， 不能深入研究过程的内在规律；
试验步骤由人为决定，并非科学合理的研
究程序； 放大是根据试验结果外推，不一定可靠。
第二种 数学模拟法
定义：在认识过程特征的基础上，运用理论分析 找到描述过程规律的数学模型，并验证模型与实 际过程等效，以此用来进行放大设计计算。
试验结果和理论分析相结合产生技术概
念； 检验技术概念，完善技术方案；
化学技术中的反应工艺优化与放大方法
化学技术中的反应工艺优化与放大方法化学在现代工业中扮演着重要的角色。
为了提高产品质量和产量，减少生产成本，化学反应的工艺优化与放大变得至关重要。
本文将探讨几种常见的反应工艺优化与放大方法，希望能为读者提供一些有益的信息。
一、控制反应条件在化学反应中，反应条件的选择对反应速率和产物选择性起着重要作用。
通过调整温度、压力、溶剂种类和添加剂等条件，可以实现反应速率的优化和产物选择性的调控。
例如，在合成某种有机化合物时，适当提高反应温度和压力可以加速反应速率，提高产物收率。
而在其他情况下，降低温度和压力可能导致特定产物的选择性提高。
除此之外，合理选择溶剂种类和添加剂也可以优化反应条件，增加产品纯度或减少副产物的生成。
二、催化剂的应用催化剂在化学反应中发挥着至关重要的作用。
通过选择合适的催化剂，可以有效提高反应速率和选择性。
常见的催化剂有金属催化剂、酶催化剂和酸碱催化剂等。
金属催化剂通常用于有机合成反应中，如氧化反应、加氢反应和格氏反应等。
酶催化剂主要用于生物化学领域，如酶催化的酯化和酰化反应。
而酸碱催化剂常用于酸碱中和反应和酸催化反应中。
催化剂的选择和催化机理的研究是催化反应优化的重要内容。
通过对催化剂的表面性质、活性位点和反应机理的研究，可以有针对性地设计和合成高效的催化剂。
此外，催化剂的再生和回收也是优化催化反应的关键环节。
开发可再生的催化剂和有效的回收方法，不仅可以减少反应废物的产生，还可以降低生产成本。
三、反应放大的方法化学反应在实际生产中需要进行放大，以满足市场需求。
反应放大的方法主要包括批次反应放大和连续流动反应。
批次反应放大是指将实验室中成功的小型反应放大到工业规模。
这需要考虑反应条件的放大、反应设备的选用和生产过程的控制等方面的问题。
连续流动反应是指将反应物连续地输入反应器中，产物连续地从反应器中取出，从而实现大规模的生产。
连续流动反应具有反应时间短、产品质量稳定和操作简便等优点，逐渐成为化学反应放大的主要方法。
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目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Keywords (1)前言 (1)1化工过程开发的步骤 (1)1.1收集资料 (1)1.2概念设计 (2)1.3技术经济评价 (2)1.4模型试验 (2)1.5中试 (3)1.6基础设计 (3)1.7工程设计 (3)2化工放大过程的步骤 (3)3过程放大的方法 (4)3.1全流程逐级放大 (4)3.2数学模拟放大 (4)4放大过程应注意的问题 (4)4.1过程放大实验室化学家和过程工程师的任务及相互配合 (4)4.2必须保证设备放大后经济上的合理性和各项指标的先进性及系统调优 (5)5过程优化 (5)5.1大系统优化 (5)5.2系统优化是单元过程优化的前提 (5)5.3系统和单元过程的优化都是以模型为基础 (5)5.4离线优化中有关特殊或专用模块需要使用者自行开发 (6)结语 (6)参考文献 (6)化工过程开发与放大摘要：化工的发展，新技术大多都是从实验室试验开始的，但是在付诸生产之前要进行必要的科学论证，才能过渡到化工的装置生产。
而化工过程的放大是新产品开发过程中的必由之路，是科研转化为生产力的必经途径。
处理好这个环节，就能加速实现新产品的工业化。
关键词：过程开发；过程放大；过程优化Abstract: chemical development, new technologies are mostly from laboratory tests started, but before put into production to conduct the necessary scientific proof to the transition to the production of chemical apparatus. The chemical amplification process is a new product development process in the only way, is to research into productivity necessary way. Handle this aspect, we can accelerate the industrialization of new products.Keywords: process development; amplification process; Process Optimization 前言从化学工业的发展看，各种新产品、新工艺、新技术，在他们实现工业化之前，大多都是从实验室研究开始的。
但是，在实验室研究和工业生产之间，由于处理物料量等许多条件相差悬殊，两者的差别很大。
实验室研究成果往往不能真实反映工业生产的情况，而只能在理论上说明该过程的可能性。
若要把实验室的研究成果付诸工业化生产，必须对该成果进行多种形式的研究和反复论证，深入考察在实验室条件下无法考察的各种工程技术问题，并进行必要的技术经济评价。
化工过程有下面两种类型，一是传递过程，包括传动、传热和传质过程，属于没有物系组成变化的物理变化；二是化学反应过程，属于有组分变化的化学过程。
这些过程是在设备中实现的，所以过程放大就是设备能力的放大。
1化工过程开发的步骤化工过程开发是一种高投资、高风险、高效益、涉及面广的工程项目，要经过如下一系列步骤。
1.1收集资料化工过程开发所需的资料十分广泛，除了开发放大和过程优化所需的一切技术资料外，还有原料、产品、副产品、能源以及地理环境等方面的许多重要技术经济信息。
其中只有少数时通过试验取得的，其他资料则需要通过从文献或互联网调查以及由社会调研来收集。
对于从文献或互联网收集的资料，一般都要对它的时效性做出预测后方能采用。
对于从社会调研收集的资料，除了对时效性作必要的预测外，还应考虑不同地方或不同单位提供资料的差别，因此对资料进行校核时提高所收集信息可靠性的有效措施。
1.2概念设计概念设计又称为预设计[1]，是根据实验室取得的研究成果，并结合收集的各种技术经济信息，对被开发过程的工业化方案提出一个初步设想。
它是前期研究成果的表现形式，是开发研究的关键环节。
其目的是承前启后，既检验实验室研究成果是否符合技术开发的要求，又对以后开发步骤的研究或设计工作提供指导。
概念设计的主要内容有工艺技术路线和工艺方法的说明；工艺流程简图；简单的物料衡算和能量衡算；初步确定原材料和能耗指标；主要设备型式等。
设计的重点应放在合理安排工艺流程上，注意流程中各工艺步骤间的配合，不要单纯追求化学反应的优化目标，以免给反应前后处理步骤带来困难。
1.3技术经济评价技术经济评价的目的是对被开发项目的工艺技术方案进行科学论证，以使为该方案的实施做出决策。
在不同开发阶段有：（1）初步评价：是在开发项目之前，对该项目决定取舍的一次评价。
评价的依据是从调查和试验研究中收集的资料，对项目可科学性、实用性和可靠性进行评价；（2）中间评价：是在开发过程中，对各研究阶段的成果所做的评价。
通常侧重于技术方案的科学性和可靠性，以及方案在经济上的合理性。
其评价的依据是各开发阶段的研究报告或设计资料，以及所收集的有关技术经济信息；（3）最终评价：又称为项目评价，是在技术开发工作后期进行的。
其目的是为该项目的投资建设做出抉择。
1.4模型试验模型试验一般都是对工业生产中的某些重要过程作放大的工业模拟实验。
多数情况下不涉及整个工艺流程和各工艺步骤间的衔接。
其考察的重点是工艺和工程问题。
有冷模试验和热模试验两种形式。
冷模试验是采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物质进行试验，不发生化学反应，只单纯考虑过程的物理规律。
这种考虑把化学和物理过程分解后分别加以考虑，有利于寻找产生放大效应的原因。
热模试验是用实际生产物料并按实际操作条件进行的试验，属于综合性试验考虑。
考察内容主要是工艺条件的优化。
这样的试验具有工艺试验性质，便于测区工艺参数和发现放大效应。
1.5中试中试是“中间工厂试验”的简称，它是在小试完成并通过技术经济评价后，在概念设计基础上进行的放大效应试验工作。
其目的在于开发对象进行全面的模拟考虑。
特别是考察各种工程因素对过程的影响。
中试不是实验室装置的放大，而是工业装置的缩小，所用的设备、原料、仪表都已属于工厂类型，属于实验工厂性质。
中试是化工过程开发中的一个重要的试验步骤。
1.6基础设计基础设计是在最终评价得到肯定后，依据中试结果以及有关资料，按照工业化的规模和要求，为建立工业化装置所做的设计和对放大结果的预测。
基础设计的内容比概念设计更详细、完善、准确[2]。
它是开发项目的技术水平，包括实验和设计人员经验、才干和思维及表达水平的综合体现，故应由研究单位编制，由研究人员来承担。
1.7工程设计工程设计是依据基础设计编制的，它是用于指导建立生产装置的最终设计文件。
工程设计已属于工程范畴，应有科研、设计、制造、生产单位的工程技术人员统筹负责进行。
2化工放大过程的步骤化工放大过程一般经历的步骤：（1）实验室研究阶段；（2）小量试制阶段；（3）按预定工艺规模进行概念设计；（4）中试，着重解决概念设计中遇到的问题；（5）编制工艺软件包；（6）按要求的规模进行工程设计；（7）工业装置的建设和投产。
3过程放大的方法3.1全流程逐级放大一种最为传统的方法是通过从小型试验、稍大规模的试验、中间试验、扩大中间试验，逐级地实现大型工业生产。
这种通过多个试验层次的逐级放大过程必然是耗费费资的。
在过程工业开发的早期，经验放大几乎成了唯一的方法。
过程开发技术发展到今天，纯经验放大显然大不可取了，但对于一些过于复杂的、人们认识甚少的过程，有时还不得求助于经验放大。
3.2数学模拟放大建立数学模型[3]（一组数学方程）对过程进行描述，并通过不同规模的实验以确定模型的参数，然后通过计算机模拟过程大型化后的各种行为，以确定放大的准则。
这种放大从理论上是合理的，然而事实表明，单纯地用数学模拟法放大的成功例子不多，其原因是：（1）由于实际过程通常极为复杂，而人们对它们的认识往往还不够系统和全面，因而为数学模型的建立带来困难；（2）即使对复杂的实际过程已完全了解，数学模型的建立必须作出不少简化假定，因而为了便于描述，很可能得到了过度简化的模型；（3）实验测定的模型参数的可靠性往往受实验手段的限制和实验过程中噪音的干扰，因此模型参数存在或多或少的不确定性。
由于数学模拟放大只能适用于人们对过程的认识已相当透彻，参数的测定相当可靠的场合。
随着人们认识水平、测绘手段和计算机应用水平的提高，数学模型与计算机结合，建立全流程的数学模型进行放大，不乏有成功的例子，如低压法甲醇就是一例。
4放大过程应注意的问题4.1过程放大实验室化学家和过程工程师的任务及相互配合实验室化学家的任务是制备催化剂，筛选出最好的催化剂，并通过实验确定适宜的反应条件，如温度，压力，流速和反应物浓度等。
在化学家的工作基础上，过程工程师的任务是选择最适宜的工业反应器型式或称选型。
选型过程包括对多种因素的综合考虑。
例如，所能达到的指标、设备投资、能耗和操作费用、设备制造和材料、环保和安全性。
操作和控制以及人员素质等。
4.2必须保证设备放大后经济上的合理性和各项指标的先进性及系统调优设备放大后还必须保证经济上的合理性和各项指标的先进性。
往往放大后，有一些指标趋于合理，如耗能一般可以降低。
但另一指标，由于在大型化以后，如反应物的收率[4]往往有所降低，温度等操作条件不易控制，这就是通常所说的“放大效应”。
放大效应被认为是一个弊端。
我们的一个重要任务就是尽可能使这些指标在过程放大后仍保持一个较高水平。
另一个现实是，一个实际过程，通常不能处在最优的操作状态下。
这是因为过程的复杂性和人们的认识能力限制所决定的，何况过程的一些参数会随时间变化。
5过程优化优化显然指对一定的目标函数的优化。
这些目标函数一般是指过程的某项重要经济指标，或经简化后得到的一些关键操作指标，如产品质量。
纯度等。
过程的优化包括两类：离线优化和在线优化。
前者一般可以理解为先验优化，绝大多数为定态优化，即在实现过程以前已先验地设计好优化条件，然后在过程实施中予以实现。
在线优化是在过程进行之中，经过对过程行为的观察和了解，然后逐步地进行优化。
5.1大系统优化对于大系统，通常是难以通过人们的经验和知识判断如何进行优化组合的。
用计算机进行组合过程的模拟，是一种很有效的定量方法。
5.2系统优化是单元过程优化的前提组成系统的各类单元过程有各自的优化问题。
但是单个过程的优化往往以系统优化为前提，即系统的优化并不意味着每一个单元过程都处于优化状态。
因此单元过程的优化应受到系统优化的制约，在单元过程的优化时不能脱离系统优化的前提。