化工过程放大.ppt

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1、第六章化工过程放大7/30/20211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。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）计量和检测技术核心是放大技术7/30/20212模拟研究法用模型研究化工过程的现象、规律模型实物、数学基本方法经验数学部分解析相似7/30/20213第一节逐级经验放大7/30/20214一、几个概念1.放大系数What’sthemeaning?G.E.Davis：在实验室中几克物料的小型实验，对于指导

2、大型工厂的建设工作，并没有什么作用。但用数公斤物料进行的实验，则无疑可提供大型工厂需要的全部数据。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。7/30/202152.放大效应如：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，得到正的放大效应因过程规模变大造成指标不能重复的现象7/30/202163.逐级经验放大定义：放大系数的确定：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

3、学反应器的规律。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。低放大系数？高放大系数？7/30/20217典型反应过程放大系数7/30/202187/30/202197/30/2021107/30/2021117/30/202112二、逐级经验放大的步骤反应器选型工艺条件优化反应器放大小型装置考察“结构变量”小型装置考察“操作变量”模型装置考察“几何变量”7/30/202113三、逐级经验放大的特征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线性规律缺乏理论指导，周

4、期较长；方法简单7/30/202114例：合成氨技术开发7/30/202115合成氨技术开发及启示基础研究：哈伯的工作（实验室）反应基本规律特点：在常温常压下不反应。1000℃，常压，转化率也小于0.01%；提高压力，反应的转化率则提高。催化剂：锇7/30/202116（1〕反应器选型强放热的气固相催化反应，高温高压。哈伯选用了80g/h固定床管式催化反应器。7/30/202117(2)条件优化工艺条件：产品：500～600℃；17.5～20MPa；锇催化剂氨的体积分数达6%7/30/202118（3）预设计工艺流程A.原料循环B.热量利用

5、C.冷冻分离7/30/202119（4）波施的工作（反应器放大和工业化）（a）研制了稳定可靠的廉价催化剂取代了锇催化剂含少量钾、镁、铝、钙为助催化剂的铁催化剂（b）找到能耐20MPa、500～600C的高压高温材质、并设计出合成氨反应器（c）提供廉价的氮气和氢气7/30/202120启示①对于化工过程开发，在实验室研究阶段即应充分考虑实现工业化的可行性。②在实验室研究完成之后．还必须解决与工业生产有关的一些技术问题。③技术开发的成功与科学技术水平有看密切关系。在20世纪初，若不是可以实现高温高压技术、空气分离技术和深度冷冻技术，合成氨的工业

6、化也是不可能实现。随着合成氨技术的开发．又推动了催化剂制备技术，高温高压技术，深冷分离技术等近代化工技术的发展。7/30/202121例：异丙苯生产苯酚和丙酮的工艺7/30/202122一级不可逆7/30/202123（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7/30/202124（2）优化工艺条件选用一根直径为40mm，长度为1202mm的不锈钢管（容积约1.51L）作反应器试验考察工艺条件对反应结果的影响7/30/202125根据试验结果确定的工艺条件为结果：

7、转化率为98.8％。7/30/202126（3）反应器放大与校验校验试验分两级进行A、不改变管直径，反应管延长，将反应器容积放大到2.15L（流量0.1m3/h）B、容积从2.15L放大到10L(流量0.464m3/h)结果：转化率99.8%，无放大效应7/30/202127（4）计算反应器容积工业化的要求处理量：过氧化氢异丙苯（浓度为3.2kmol／m3。）的量为3m3/h。计算所需反应器的容积：按1.51L模型尺寸，根据物料处理量的扩大，按比例外推计算。结果：45.3L7/30/202128第二节数学模型法7/30/202129定义：在

8、充分认识过程的基础上，运用理论分折，找到描述过程运行规律的数学模型，应用于反应器的放大计算。试验的目的是为了建立和检验数学模型。试验的方式和要求与经验放大方法有很大差别。是否还需