232中试放大的基本方法

（2）中试试验装置年生产能力100kg，欲建立 工业装置年产能力20t，放大系数为: 200000／l00＝200。
近年也出现以反应器特征尺寸比为放大系数的 说法。
经验放大
放大系数的确定
确定放大系数，要依据化学反应的类型，放大 理论的成熟程度，对所研究过程规律的掌握 程度以及研究人员的工作经验等等而定。
据统计，实际放大过程中应用较多的是以单位体 积液体中搅拌功率相同或体积氧传质系数相同 的放大。
经验放大方法
几何相似
（1）几何相似放大—— 按反应器的各个部件的几何尺寸比例进行放大。
H1/D1 = H2/D2= A = 常数 V2/v1 = (D2/D1)3 = m H1/H2 = m1/3 ； D1/D2 = m1/3
经验放大方法
搅拌功率相同
（2）以单位体积液体中搅拌功率相同放大——
以单位体积液体所分配到的搅拌功率相同这一准 则进行反应器的放大，是一般化学反应器的放 大准则，即：
P / VL = 常数
经验放大方法
搅拌功率相同
①对于不通气的搅拌反应器，由于：
②对于通气搅拌反应器，可取单位体积液体分 配的通气搅拌功率相同的准则进行放大，即 有：
（1）相似模拟放大 ——又称因此分析法
运用相似理论和相似无量钢特征数（相似准数）， 以保持无因此准数相等的原则进行放大。
相似模拟放大
时间常数法
（2）时间常数法——
指某一变量与其变化速率之比。
反应时间、扩散时间、混合时间、停留时间、传 质时间、传热时间、溶液临界时间等。
中试放大的基本方法
（3）数学模拟法——
影响反应的因素复杂，不可能用数学方程全面、 定量描述过程的真实情况。
数学模拟
方法概述
一般地，先对过程进行合理简化，提出物理模 型，模拟实际过程。再对物理模型进行数学 描述，从而得到数学模型。
对数学模型，在计算机上研究各参数的变化对 过程的影响。
数学模拟放大法以过程参数间的定量关系为基 础，能进行高倍数放大，缩短放大周期。
数学模拟
应用
• 数学模拟进行工程放大，主要取决于预测 大设备的行为的数学模型的可靠性。
• 比较分析模型计算结果与中试放大或生产设 备的数据，对模型进行修正，可提高数学模 型的可靠性。
• 精确的模拟需要大量的基础研究工作，过程 参数的定量关系等，因此在实际应用有效的 事例并不多见，但代表着放大的发展方向。
一般对于气相反应，取较高放大系数，主要是 由于对气体的性质研究较多，对其流动、传 递规律也掌握较好。
对液体和固体的性质、运动规律认识依次减少， 涉及它们的放大依据更模糊。
经验放大
放大系数的确定
对复杂的多相体系认识更浅，缺乏足够数据， 放大工作困难，甚至只能按10～50倍进行放 大。
➢ 放大过程缺乏依据时，只能依靠小规模试验 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次试验的 参数，摸索化学反应过程和化学反应器的规 律。这种放大方法，称为逐级经验放大。
23.2 中试放大的基本方法
• 23.2.1 逐级经验放大 • 23.2.2 其它放大方法
放大的方法
经验放大
23.2.1 逐级经验放大
➢ 主要凭借经验通过逐级放大（试验装置、中 间装置、中型装置、大型装置）来摸索反应 器的特征。
➢ 在合成药物的工艺研究中，中试放大主要采 用经验放大法，也是化工研究中的主要方法。
经验放大方法
等空气线速度
（4）以空气线速度相同的原则进行放大——
亦即
经验放大方法
等氧传质系数
（5）以KLa相同的原则进行放大——
由于：
则：
故：
又因：
经验放大方法
所以： 又因：
故：
等氧传质系数
经验放大方法
等叶端速度
（6）搅拌器叶尖速度相同的准则——
即
N1D1 = N2D2
所以：
经验放大方法
混合时间
逐级经验放大
优缺点
逐级经验放大是经典的放大方法，至今仍常 采用。
优点：每次放大均建立在实验基础之上，至 少经历了一次中试实验工厂，可靠程度高。
缺点：缺乏理论指导，对放大过程中存在的 问题很难提出解决方法。因放大系数不可 能太高，开发周期较长。对同一过程，每 次放大都要建立装置，开发成本高。
逐级经验放大
应用
采用经验放大法的前提条件是放大的反应装 置必须与提供经验数据的装置保持完全相同 的操作条件。 经验放大法适用于反应器的搅拌形式、结构等 反应条件相似的情况，而且放大倍数不宜过 大。
逐级经验放大
应用
由于化学合成药物生产中化学反应复杂，原料与 中间体种类繁多，化学动力学方面的研究往往 又不够充分，因此难于从理论上精确地对反应 器进行计算。反应器的放大问题还没有解决， 主要采用经验放大。
数学模拟放大
根据有关的原理和必要的实验结果，对实际的 过程用数学方程的形式加以描述，然后用计 算机进行模拟研究、设计和放大。
机理模型 经验模型 混合模型
数学模拟
方法概述
数学模拟放大是用数学方程式表述实际过程和 实验结果，然后计算机模拟研究、设计，放 大。
建立数学模型的方法有导师型、无导师型和混 合型。
经验放大方法
等空气量
（3）以单位培养液体积的空气流量相同的原则 进行放大——
① 单 位 培 养 液 体 积 内 通 入 的 空 气 量 VVM （ 标 准 态），即：
经验放大方法
等空气量
②操作状态下空气的线速度 ug(m/h)。两者的 相互换算关系为：
经验放大方法
等空气量
②操作状态下空气的线速度 ug(m/h)。两者的 相互换算关系为：
（7）混合时间相同的准则——
通过因次分析，得到以下关系：
对于几何相似的反应器， 可以得出：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
时，从上式
经验放大方法
各方法比较
以 10L 反应器（n＝500r/min，通气 1VVM）放 大到10000 L时为例，按不同放大原则得出的 结果列表如下：
中试放大的基本方法 相似模拟放大
23.2.2 其它放大方法
➢ 这些规律大多是半定性的，是简单和粗放的 定量。
经验放大
放大系数
在放大过程中，称放大后的试验(或生产)规模与 放大前规模之比为放大系数。
比较的基准：每小时投料量、每批投料量或年产 量等等。
经验放大
放大系数
例如： （1）实验室每小时投料量20g，中试试验每小
时投料lkg，放大系数为l000／20＝50。