化工过程的放大全解
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。
化工过程放大_宋世权
理过程； 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。
$
过程放大一般经历的阶段
过程放大一般经历下列阶段： , ! - 实验室研究阶段； , $ - 小量试制阶段； , & - 按预定工艺规模进行概念设计； , # - 中试， 着重解决概念设计中遇到的问题； , ’ - 编制工艺软件包； , + - 按要求的规模进行工程设计； , ( - 工业装置的建设和投产。
提条件， 多次反复， 直到获得最好的方案。 !" # 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。 往往放大之后， 有一些指标趋于合 理， 如能耗一般可以降低。但另一些指标， 由于在大 型化以后， 如反应产物的收率往往有所降低， 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种弊端。 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（ 如催化剂的失活） 。即使今天找 到了最优条件， 明天还可能发生变化。 上述仅就单个设备而言，因为过程是由多套设 备组成完整的流程，即是一个系统，从这个意义上 讲， 过程放大应该是系统放大， 系统中单个设备的放 大并不等于系统放大， 因此必须要系统优化。所以 $ 完整的过程放大应包括设备放大与系统调优。
质不同的过程的组合） ， 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 （ 或称流程模拟） ， 是一种很有效的定 量方法。目前已有各类商业化的流程模拟系统，如 *+,-.、,/0+、12+-.+ 和 ,345-++ 等，可以提供 离线优化的基础。 )" # 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。 """# $%&%’(()*# &+( 上海化工 !""#$ %%
化工过程的放大与转化
化工过程的放大与转化化工过程是生产出各种化学物质的过程，它们可以是日常生活中所使用的产品、食品添加剂和药品等。
化工工业是全球经济增长的重要组成部分，它为人们提供了各种生活所需的产品，也为发展国家的经济建设做出了重要贡献。
在化工过程中，放大与转化是核心部分。
在实验室内生产出可行的化学反应，但如何将其放大到工业规模，以及如何进行合理的转化，是化工发展的关键所在。
本文将分别对两者进行探讨。
一、放大所谓化工放大，就是将实验室的小规模化学反应放大到工业规模进行生产。
这是化工工业必不可少的环节。
放大的过程需要考虑一些细节问题，例如参与反应的物质的质量、数量、热量和温度等。
因此在进行放大前，需要进行实验室规模的反应研究，根据实验结果对进行规模放大的参数进行调整。
化工放大过程并不容易。
通常情况下，实验室中的反应操作能够掌控、监测，并且方便调整。
但是化工厂的反应则需要面对更多的操作实现问题。
由于大规模反应难以进行监测，关键是在反应的过程中不能接受不必要的损失。
为了避免反应失败，人们通常会使用先进的技术，在反应过程中控制化学反应的阶段性，即使反应不能完成，也不会出现危险性与浪费。
然而，化学反应放大与小规模实验相比，是更多变化和复杂的。
在反应的过程中，需要考虑更多的因素，光满足最佳的参数设置还达不到成功反应的目的。
例如，在进行规模反应时，应选择最适宜的反应时间、温度和介质等，以确保反应过程充分进行，但此外需要考虑到放大过程的物理性质（如流态模式和混合性能）和商业潜力等。
因此，放大过程需要考虑多种因素带来的变化，并确保大规模生产的可持续性和稳定性。
二、转化在化学生产工艺中，化学反应的产物必须被进一步转化为最终产品。
然而，转化过程通常是耗时的，包括低效的过程，会导致损耗、间歇停机、质量不良等问题。
因此，加快转化过程非常重要。
目前的转换技术是在更短的时间内获得更高的产量，同时维持精度和质量。
这是通过创新性生产技术来实现的，通常涉及自动化和过程优化。
化工过程的放大
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典型反应过程放大系数
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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
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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”
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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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模拟研究法
模型 实物、数学
用模型研究 化工过程的 现象、规律
基本方法 经验 数学 部分解析 相似
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第一节 逐级经验放大
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1. 放大系数
一、几个概念
What’s the meaning?
G.E.Davis：在实验室中几克物料的小型实验， 对于指导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。
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(2) 条件优化
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
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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
2017/10/8
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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
2017/10/8
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一级不可 逆
2017/10/8
23
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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
2017/10/8
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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
化工及制药工业中常见的过程放大方法
化工及制药工业中常见的过程放大方法嘿，朋友！咱今天来聊聊化工及制药工业里那些常见的过程放大方法。
这可真是个有意思的话题，就像从小小的种子长成参天大树，充满了挑战和惊喜。
你想啊，在实验室里，咱们能把一个小反应做得稳稳当当，可一旦要放大到工业规模，那难度就跟让小猫咪变成大老虎似的，完全不是一回事儿！比如说，反应的温度和压力控制，在实验室里，就像在小池塘里划船，咱能轻松掌控方向。
可放大之后呢，就变成了在大海里航行，风浪一大，方向可就不好把握啦！先说物料的传递和混合吧。
在实验室，物料可能就那么一点点，搅拌均匀不是啥难事。
但到了工业规模，那物料量可是成百上千倍地增加，就像一群调皮的孩子，要让他们规规矩矩地待在一起，均匀地混合，可不容易哟！这时候就得设计厉害的搅拌装置，就像给孩子们找个厉害的老师，能把他们管得服服帖帖。
还有热传递呢！实验室里的热量传递，就像家里的小火炉，温度好控制。
可放大到工业规模，那就是大火炉啦，一不小心就会过热或者过冷。
这就得考虑更大更好的传热设备，就跟给大火炉装个高级的调温器一样。
再说说化学反应本身。
实验室里，反应条件可以精细调整，就像给花精心修剪枝叶。
但放大后，各种因素相互影响，就像一群人七嘴八舌，要让反应乖乖听话，可得下大功夫。
过程放大的时候，还得考虑设备的放大效应。
小设备就像小巧的玩具车，跑得顺溜。
大设备呢，就像大卡车，不仅自身庞大，还得应对各种路况。
所以设备的材质、结构都得重新设计和优化，不然就容易出岔子。
另外，放大过程中的安全问题可不能忽视。
这就好比走钢丝，稍微不小心，后果不堪设想。
得把各种危险因素都考虑周全，制定严格的安全措施，给这个过程穿上厚厚的“防护服”。
总之，化工及制药工业中的过程放大，可不是简单地把小的变大，而是一场精心策划的大冒险。
只有把方方面面都考虑到，把各种难题都解决好，才能让这个放大的过程顺顺利利，生产出高质量的产品。
这可真是个技术活，也是个精细活，需要咱们不断探索和创新，不是吗？。
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化学工艺的放大
13应化3班林富
2018/10/24
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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
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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
3. 逐级经验放大 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 放大系数的确定： 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。
低放大 系数？ 高放大 化学反应类型、放大理论的成熟度、 系数？ 过程规律的掌握度、研究人员经验。
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（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3.2 kmol／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：45.3L
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放大关键
•催化剂 •国外采用低活性催化剂，将反应器放大 7 000倍获得了成功。
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模拟研究法
模型 实物、数学
用模型研究 化工过程的 现象、规律
基本方法 经验 数学 部分解析 相似
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第一节 逐级经验放大
2018/10/24
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1. 放大系数
一、几个概念
What’s the meaning?
G.E.Davis：在实验室中几克物料的小型实验， 对于指导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。
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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
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（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 。
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(2) 条件优化
工艺条件： 产品：
500～600℃ ； 17.5～20 MPa ； 锇催化剂 氨的体积分数达 6%
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（3）预设计工艺流程
A.原料循环 B.热量利用 C.冷冻分离
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（ 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
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。
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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。 反应得到改善， 得到正的放大效应
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含少量钾、镁、铝、钙为助催化剂的铁催化剂 （b）找到能耐 20 MPa、 500～600 C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
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Rபைடு நூலகம்D
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。
选用一根直径为 40 mm，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
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根据试验结果确定的工艺条件为
结果：转化率为98. 8％。
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（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 2.15 L （流量 0.1m3/h） B、容积从2.15 L放大到10L(流量0.464m3/h) 结果：转化率99.8%，无放大效应
模型装置 考察“几何变量”
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三、逐级经验放大的特征
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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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典型反应过程放大系数
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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
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小型装置 考察“结构变量”
小型装置 考察“操作变量”