化工過程的放大

13應(yīng)化3班林富化學(xué)工藝的放大2023/1/141概述化工過程放大是科學(xué)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合、質(zhì)和量相結(jié)合的工程科學(xué)問題。技術(shù)上的關(guān)鍵問題是：（1）是否開發(fā)出高效催化劑（2）可靠的放大技術(shù)，特別是反應(yīng)器的放大（3）工業(yè)化過程的材料（4）過程所需設(shè)備（5）計(jì)量和檢測技術(shù)核心是放大技術(shù)2023/1/142模擬研究法用模型研究化工過程的現(xiàn)象、規(guī)律模型實(shí)物、數(shù)學(xué)基本方法

經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)部分解析相似2023/1/143第一節(jié)逐級經(jīng)驗(yàn)放大2023/1/144一、幾個(gè)概念1.放大系數(shù)What’sthemeaning?G.E.Davis：在實(shí)驗(yàn)室中幾克物料的小型實(shí)驗(yàn)，對于指導(dǎo)大型工廠的建設(shè)工作，并沒有什么作用。但用數(shù)公斤物料進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，則無疑可提供大型工廠需要的全部數(shù)據(jù)。定義：放大后的實(shí)驗(yàn)（生產(chǎn)）規(guī)模/前表達(dá)：小時(shí)投料量、每批投料量或年產(chǎn)量反應(yīng)器特征尺寸比。2023/1/1452.放大效應(yīng)如：反應(yīng)狀況惡化、轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率下降、產(chǎn)品質(zhì)量劣化等。反應(yīng)得到改善，得到正的放大效應(yīng)因過程規(guī)模變大造成指標(biāo)不能重復(fù)的現(xiàn)象2023/1/1463.逐級經(jīng)驗(yàn)放大定義：放大系數(shù)的確定：在放大過程缺乏依據(jù)時(shí)，依靠小規(guī)模實(shí)驗(yàn)成功的方法和實(shí)測數(shù)據(jù)，加上開發(fā)者的經(jīng)驗(yàn)，不斷適當(dāng)加大實(shí)驗(yàn)的規(guī)模，修正前一級實(shí)驗(yàn)確定的參數(shù)，來摸索化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)器的規(guī)律?；瘜W(xué)反應(yīng)類型、放大理論的成熟度、過程規(guī)律的掌握度、研究人員經(jīng)驗(yàn)。

低放大系數(shù)？高放大系數(shù)？2023/1/147典型反應(yīng)過程放大系數(shù)2023/1/1482023/1/1492023/1/14102023/1/14112023/1/1412二、逐級經(jīng)驗(yàn)放大的步驟反應(yīng)器選型工藝條件優(yōu)化反應(yīng)器放大小型裝置考察“結(jié)構(gòu)變量”小型裝置考察“操作變量”模型裝置考察“幾何變量”2023/1/1413三、逐級經(jīng)驗(yàn)放大的特征1．只注重輸入與輸出關(guān)系，純屬于經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)綜合考察2．試驗(yàn)程序人為確定

3．放大是根據(jù)試險(xiǎn)結(jié)果外推

黑箱三步線性規(guī)律缺乏理論指導(dǎo)，周期較長；方法簡單2023/1/1414例：合成氨技術(shù)開發(fā)2023/1/1415合成氨技術(shù)開發(fā)及啟示基礎(chǔ)研究：哈伯的工作（實(shí)驗(yàn)室）

反應(yīng)基本規(guī)律特點(diǎn)：在常溫常壓下不反應(yīng)。1000℃，常壓，轉(zhuǎn)化率也小于0.01%；提高壓力，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率則提高。催化劑：鋨2023/1/1416（1〕反應(yīng)器選型強(qiáng)放熱的氣固相催化反應(yīng)，高溫高壓。哈伯選用了80g/h固定床管式催化反應(yīng)器。2023/1/1417(2)條件優(yōu)化工藝條件：產(chǎn)品：500～600℃；17.5～20MPa；鋨催化劑氨的體積分?jǐn)?shù)達(dá)6%2023/1/1418（3）預(yù)設(shè)計(jì)工藝流程A.原料循環(huán)B.熱量利用C.冷凍分離2023/1/1419（4）波施的工作（反應(yīng)器放大和工業(yè)化）（a）研制了穩(wěn)定可靠的廉價(jià)催化劑取代了鋨催化劑

含少量鉀、鎂、鋁、鈣為助催化劑的鐵催化劑（b）找到能耐20MPa、500～600C的高壓高溫材質(zhì)、并設(shè)計(jì)出合成氨反應(yīng)器（c）提供廉價(jià)的氮?dú)夂蜌錃?023/1/1420啟示①對于化工過程開發(fā)，在實(shí)驗(yàn)室研究階段即應(yīng)充分考慮實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的可行性。

②在實(shí)驗(yàn)室研究完成之后．還必須解決與工業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的一些技術(shù)問題。③技術(shù)開發(fā)的成功與科學(xué)技術(shù)水平有看密切關(guān)系。在20世紀(jì)初，若不是可以實(shí)現(xiàn)高溫高壓技術(shù)、空氣分離技術(shù)和深度冷凍技術(shù)，合成氨的工業(yè)化也是不可能實(shí)現(xiàn)。隨著合成氨技術(shù)的開發(fā)．又推動(dòng)了催化劑制備技術(shù)，高溫高壓技術(shù)，深冷分離技術(shù)等近代化工技術(shù)的發(fā)展。2023/1/1421例：異丙苯生產(chǎn)苯酚和丙酮的工藝2023/1/1422一級不可逆2023/1/1423（I）反應(yīng)器選型

反應(yīng)特點(diǎn)：

選擇：過氧化氫異丙苯的分解反應(yīng)為液相反應(yīng)，反應(yīng)速率較快。多種型式的反應(yīng)器適用連續(xù)操作管式反應(yīng)器2023/1/1424（2）優(yōu)化工藝條件

選用一根直徑為40mm，長度為1202mm的不銹鋼管（容積約1.51L）作反應(yīng)器試驗(yàn)考察工藝條件對反應(yīng)結(jié)果的影響2023/1/1425根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定的工藝條件為結(jié)果：轉(zhuǎn)化率為98.8％。2023/1/1426（3）反應(yīng)器放大與校驗(yàn)校驗(yàn)試驗(yàn)分兩級進(jìn)行A、不改變管直徑，反應(yīng)管延長，將反應(yīng)器容積放大到2.15L（流量0.1m3/h）B、容積從2.15L放大到10L(流量0.464m3/h)結(jié)果：轉(zhuǎn)化率99.8%，無放大效應(yīng)2023/1/1427（4）計(jì)算反應(yīng)器容積工業(yè)化的要求處理量：過氧化氫異丙苯（濃度為3.2kmol／m3。）的量為3m3/h。計(jì)算所需反應(yīng)器的