大型冷模试验课件
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冷作模具材料教学课件PPT
Cr4W2MoV钢是一个新型 中合金冷作模具钢，性能比 较稳定，其模具的使用寿命 较Cr12、Cr12MoV钢制模具 有较大的提高。
3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢
二、Cr4W2MoV钢 1.Cr4W2MoV钢的力学性能——与回火温度的关系
化学工业出版社
3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢
二、Cr4W2MoV钢 2.Cr4W2MoV钢的工艺性能 （1）锻造性能：Cr4W2MoV钢的热加工温度范围较窄，
变形抗力较大，锻造性较差。锻造工艺一般为：加热温度 1130～1150℃，始锻温度1040～1060℃，终锻温度850℃， 锻后缓冷。
（2）预备热处理 采用等温球化退火，软化困难，其工艺 为：加热温度840～860℃，保温4～6h，等温温度750～ 770℃，保温3～6h，炉冷（≤30℃/ h）至550℃再空冷。退火 后的硬度≤241HBS，切削加工性尚可，可进行微细化处理来 细化晶粒。
化学工业出版社
3.2.2低变形性冷作模具钢
1.CrWMn 钢的力学性能——与淬火温度的关系
化学工业出版社
3.2.2低变形性冷作模具钢
1.CrWMn 钢的力学性能——与回火温度的关系
化学工业出版社
3.2.2低变形性冷作模具钢
2.CrWMn钢的工艺性能
（1）锻造工艺 加热温度1100～1150℃，始锻温度1050～1100℃，终锻 温度800～850℃，锻后空冷至650～700℃后再缓冷。 该钢碳化物偏析比较严重（含W的原因），锻后缓冷易形 成网状碳化物。 对于大规格的钢材，为了避免碳化物不均，有时需要反复 镦粗拔长，以便提高最终热处理后的力学性能。
化学工业出版社
2.CrWMn钢的工艺性能 （2）预备热处理
3.2.2低变形性冷作模具钢
3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢
二、Cr4W2MoV钢 1.Cr4W2MoV钢的力学性能——与回火温度的关系
化学工业出版社
3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢
二、Cr4W2MoV钢 2.Cr4W2MoV钢的工艺性能 （1）锻造性能：Cr4W2MoV钢的热加工温度范围较窄，
变形抗力较大，锻造性较差。锻造工艺一般为：加热温度 1130～1150℃，始锻温度1040～1060℃，终锻温度850℃， 锻后缓冷。
（2）预备热处理 采用等温球化退火，软化困难，其工艺 为：加热温度840～860℃，保温4～6h，等温温度750～ 770℃，保温3～6h，炉冷（≤30℃/ h）至550℃再空冷。退火 后的硬度≤241HBS，切削加工性尚可，可进行微细化处理来 细化晶粒。
化学工业出版社
3.2.2低变形性冷作模具钢
1.CrWMn 钢的力学性能——与淬火温度的关系
化学工业出版社
3.2.2低变形性冷作模具钢
1.CrWMn 钢的力学性能——与回火温度的关系
化学工业出版社
3.2.2低变形性冷作模具钢
2.CrWMn钢的工艺性能
（1）锻造工艺 加热温度1100～1150℃，始锻温度1050～1100℃，终锻 温度800～850℃，锻后空冷至650～700℃后再缓冷。 该钢碳化物偏析比较严重（含W的原因），锻后缓冷易形 成网状碳化物。 对于大规格的钢材，为了避免碳化物不均，有时需要反复 镦粗拔长，以便提高最终热处理后的力学性能。
化学工业出版社
2.CrWMn钢的工艺性能 （2）预备热处理
3.2.2低变形性冷作模具钢
1合成气制二甲醚淤浆床反应器冷模试验
G f (U G , L , cS , , L , S ) 其中 L , cS , , L , S 分别为液体粘度、固含量、液体表面张力、液体密度、固体密度。
利用因次分析方法，可将上式各因素组成无因次数群，构成如下形式：
G 1 G 4
4 U g L f G L , L 3
由实验结果表明，无论有无换热器，随着三相淤浆床反应器中催化剂固含率的增加，气含 率呈下降趋势。这是因为固含率增加，淤浆的粘度也随之增加，增强了小气泡合并成大气泡的 能力，从而引起气含率下降。 换热元件对气含率的影响
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0.1 0.2 0.3
5.5 案例
5.5.1 案例 1：合成气制二甲醚淤浆床反应器冷模试验
对于大型工业化的三相淤浆床反应器，由于生产的需要，使得反应器的高度高(20～40 米)、 直径大(1～8 米)、反应压力大(2.0～4.0MPa)、固体催化剂含量高(30～40％质量分率)，同时当 反应为放热反应时，还需要添加内置换热器，这样的三相淤浆床反应器存在复杂的流体力学行 为，直接影响反应结果，使得在设计和放大三相淤浆床反应器时必须考虑放大效应，因此必须 对三相淤浆床反应器的流体力学行为进行深入而细致的研究。 （1）冷模试验方案 研究三相淤浆床反应器的流体力学，一般采用冷态模拟装置。研究结果可供同体系同类型 反应器参考。冷模试验装置的结构与实际反应器相同或接近；内部构件相同或相似；试验研究 的物系与实际物系相同或接近。冷态模拟试验方法较为简单，投资少，而且在发现问题时，改 进方便，因此应用十分广泛。 气含率是三相淤浆床反应器流体力学行为中最重要也是可以定量的指标，是评价气液传质 状态，确定三相反应器体积及液－固两相用量时必不可少的参数。影响气含率的因素很多，主 要包括操作条件、液体性质、固体颗粒性质、床层特性、反应器结构等。 表观气速是影响气含率的关键因素，气速增大，气含率增加，一般认为气含率与气速的 0.5～1.0 次方成正比。三相反应器的直径对气含率的影响仅限于直径小于 0.15 米的小塔，对 大直径反应器来说影响不大。多数研究者认为气体的性质对气含率的影响很小，可以忽略。因 此很多关于气含率的经验关联式均没有考虑气体性质的影响。 气含率的测定方法有床膨胀法、压强脉冲法及电导探针法。床膨胀法比较直观、方便、 简单，所以应用十分广泛示了三相淤浆床反应器在有(无)内构件条件下气含率随固含率的变化。 由于合成气制二甲醚的反应为放热反应，在三相淤浆床反应器中必须加入换热器，以保证反应 热的及时移走。因此，考察有换热器的淤浆床层气含率十分重要。从上图中可以看出，在有换 热器存在时，床层平均气含率增加。通过观察发现，当存在换热器时，淤浆床层的气泡大小更 均匀，很少有大气泡，同时气泡沿反应器径向分布也更均匀。这说明换热器的加入不仅未破坏 床层的流体力学性质，还起到良好的破碎气泡的作用。 不同液体对气含率的影响 本实验测定了空气－水和空气－石蜡油两相体系的平均气含率，见图 5.11。由图可见，液 体不同，气含率是不同的。空气－水体系的平均气含率略大于空气－石蜡油体系。这是因为液 体石蜡油的粘度大于水的粘度，使得气泡直径较大，导致平均气含率下降。
试论旋流燃烧器冷态模化实验
型 ， 就有 效 地 解决 了 结成 ：焦 的现 】。 这 Ｉ Ｉ ｌ ｝ ． Ｌ 关键 词 ： 沆 燃 烧 器 冷 态模 化 试 验 封 闭 麓
现在一些 单位在使用 旋流燃烧器 时 ， 采用 的是 全 封 闭 的燃 烧 器 ， 践 证 明 ， 实 这种 全封 闭 的燃 烧 器 极 易导 致 煤 粉 燃 烧 不 全 ， 并形 成 黑焦 。 此 ， 需 要 研 制 出不 会 结成 因 急 黑 焦 的 旋 流 燃 烧 器 。 们 采 用 的 方 案是 把 我 封 闭的 旋 流 燃 烧 器 改 造 成 半 封 闭 型 ， 就 这 有 效地 解 决 了结 成 黑 焦 的 现 象 。
模拟的一种方法。 之 所 以 进 行 冷 模 实 验 ， 因为 为 了 寻 是 求 更 加 合 理 的 燃 烧 器 的 改 造 方 案 。 要 掌 只 握住 了燃 烧器 各 区 域 中 的空 气 的 动力 场 的 情 况 即可 。 模 型 和 原型 几何 相 似 的情 况 在 下 ， 流 在 进 入 第 二 自模 化 区 以 及 更 方 面 气 条 件 相 似 便 可 以 了。 首 先 测 量 燃 烧 器 模 型 两 个 进 出 口截 面 的 压 差 ， 以 得 出 Ｒ４ ４ ６ 时 ， 入 第 二 可 －７ ３ ５ 进 自模 化 区 ， 时气 流 速 度 为 ｌ 、 ｍ／ 。 此 ９ ２ ｓ 另外 ， 原燃 烧 器 以及 稳燃 齿 的一 次 风 对 进行 气 固两 相流 的改造 实验研 究 。 实验的 在 过程 中， 气相速 度测量 采用热 膜风速 仪测量 。 经 过 多 次 实 验 ， 终 计 算 所 得 气 相 速 度 为 最 ２ ｍ ｓ 在 实验的 过程 中 ， ６ ／。 可以采 用在燃烧 器 三 对 旋 流 式 燃 烧 器 的 改 造 实 验 风出 口处 多加设 测 孑 来保证 测量 的 精确性 。 Ｌ 经 过 不 断 测 量 ， 孔 流 经 不 同 稳 燃 齿 测 分 析 解 决 该 厂 可 燃物 损 失 大 可 以 从 不 同 的 后 在 一 次风 出 口处 时速度 分 布 在 沿半 径 增 角度 着 手 。 想 防 止结 焦 ， 以注 意 以下 几 大 方 向 呈 现 出 先 增 大 进 而 减 少 的 趋 势 。 要 可 稳 燃 齿 改 造 成 非 封 闭型 稳 燃 齿 后 ， 由 点 ： １ 防止 受 热 面 壁温 过 高 。 控 制锅 炉 （） 要 不超 负荷 运行 ， 证 炉 内 风 粉 射 流 动 量 处 于 气 流 的 方 向得 到 了一 定 程 度 的 改 变 ， 保 使 于 均 衡 状 态 ， 止 气 流 刷 墙 ； ２ 保 持 合 适 气 流 由 原来 的 气 流方 向产 生 了 一定 程 度 的 防 （） 煤 粉 细 度 ， 好 燃 料 管 理 ： 定 煤 种 ， 除 偏 转 ， 样 就 使 速 度 曲线 的 峰 值 更 加靠 近 做 固 清 这 这 石 块 ， 持 合 适 的煤 粉 细 度 ， 使煤 粉 过 粗 中 心 风 管 。 样 就 使 得 稳 燃 齿 在 靠 近 一次 保 不 导 致 火焰 中心 上 移 ， 起炉 膛 出 口结 焦 。 引 并 风 管 侧 封 闭 处 的 气 流 速 度 成 丫 速 度 最 低 注 意做 好 运 行 监视 ， 保证 及时 清 理 结 交 ， 定 点 ， 气 流 在 靠 近 一 次 风 管 侧 顺 利 通 过 。 使
现在一些 单位在使用 旋流燃烧器 时 ， 采用 的是 全 封 闭 的燃 烧 器 ， 践 证 明 ， 实 这种 全封 闭 的燃 烧 器 极 易导 致 煤 粉 燃 烧 不 全 ， 并形 成 黑焦 。 此 ， 需 要 研 制 出不 会 结成 因 急 黑 焦 的 旋 流 燃 烧 器 。 们 采 用 的 方 案是 把 我 封 闭的 旋 流 燃 烧 器 改 造 成 半 封 闭 型 ， 就 这 有 效地 解 决 了结 成 黑 焦 的 现 象 。
模拟的一种方法。 之 所 以 进 行 冷 模 实 验 ， 因为 为 了 寻 是 求 更 加 合 理 的 燃 烧 器 的 改 造 方 案 。 要 掌 只 握住 了燃 烧器 各 区 域 中 的空 气 的 动力 场 的 情 况 即可 。 模 型 和 原型 几何 相 似 的情 况 在 下 ， 流 在 进 入 第 二 自模 化 区 以 及 更 方 面 气 条 件 相 似 便 可 以 了。 首 先 测 量 燃 烧 器 模 型 两 个 进 出 口截 面 的 压 差 ， 以 得 出 Ｒ４ ４ ６ 时 ， 入 第 二 可 －７ ３ ５ 进 自模 化 区 ， 时气 流 速 度 为 ｌ 、 ｍ／ 。 此 ９ ２ ｓ 另外 ， 原燃 烧 器 以及 稳燃 齿 的一 次 风 对 进行 气 固两 相流 的改造 实验研 究 。 实验的 在 过程 中， 气相速 度测量 采用热 膜风速 仪测量 。 经 过 多 次 实 验 ， 终 计 算 所 得 气 相 速 度 为 最 ２ ｍ ｓ 在 实验的 过程 中 ， ６ ／。 可以采 用在燃烧 器 三 对 旋 流 式 燃 烧 器 的 改 造 实 验 风出 口处 多加设 测 孑 来保证 测量 的 精确性 。 Ｌ 经 过 不 断 测 量 ， 孔 流 经 不 同 稳 燃 齿 测 分 析 解 决 该 厂 可 燃物 损 失 大 可 以 从 不 同 的 后 在 一 次风 出 口处 时速度 分 布 在 沿半 径 增 角度 着 手 。 想 防 止结 焦 ， 以注 意 以下 几 大 方 向 呈 现 出 先 增 大 进 而 减 少 的 趋 势 。 要 可 稳 燃 齿 改 造 成 非 封 闭型 稳 燃 齿 后 ， 由 点 ： １ 防止 受 热 面 壁温 过 高 。 控 制锅 炉 （） 要 不超 负荷 运行 ， 证 炉 内 风 粉 射 流 动 量 处 于 气 流 的 方 向得 到 了一 定 程 度 的 改 变 ， 保 使 于 均 衡 状 态 ， 止 气 流 刷 墙 ； ２ 保 持 合 适 气 流 由 原来 的 气 流方 向产 生 了 一定 程 度 的 防 （） 煤 粉 细 度 ， 好 燃 料 管 理 ： 定 煤 种 ， 除 偏 转 ， 样 就 使 速 度 曲线 的 峰 值 更 加靠 近 做 固 清 这 这 石 块 ， 持 合 适 的煤 粉 细 度 ， 使煤 粉 过 粗 中 心 风 管 。 样 就 使 得 稳 燃 齿 在 靠 近 一次 保 不 导 致 火焰 中心 上 移 ， 起炉 膛 出 口结 焦 。 引 并 风 管 侧 封 闭 处 的 气 流 速 度 成 丫 速 度 最 低 注 意做 好 运 行 监视 ， 保证 及时 清 理 结 交 ， 定 点 ， 气 流 在 靠 近 一 次 风 管 侧 顺 利 通 过 。 使
大型冷却设备的检测和验证方法和标准
大型冷却设备的检测和验证方法和标准大型冷却设备运用广泛，如工业制冷、航空航天、医疗设备、计算机系统、核电站等领域。
由于其涵盖的范围非常广泛，因此需要根据不同应用场合，采用不同的检测和验证方法和标准。
在本文中，我们将重点讨论大型冷却设备的检测和验证方法和标准。
大型冷却设备检测方法1. 热平衡法热平衡法是一种常用的大型冷却设备检测方法。
其原理是通过测量冷却水和加热器之间的温度差来计算热量转移。
这种方法需要计算热容和热导率等参数，所以初始数据的准确性和实验过程的可重复性非常重要。
此外，该方法要求设备必须稳定运行一段时间，并且在实验过程中需要保持设备稳定。
2. 热流计法热流计法也是一种常用的大型冷却设备检测方法。
该方法通过测量在冷却水流动的过程中电能的转换来测量热流量。
这种方法需要的设备较少，而且实验过程相对简单。
但是，该方法需要确定热流计的校准和误差，所以在实验过程中，需要注意实验参数的准确性。
3. 热电发电法热电发电法也是一种常用的大型冷却设备检测方法。
其原理是通过电热偶和热电偶，在冷却过程中测量温度和电压的变化来测量热量转移。
该方法对设备的要求较高，需要高精度的仪器。
此外，需要对偶头进行校准和误差分析，以确保实验的准确性和可重复性。
大型冷却设备验证方法1. 冷却能力验证冷却能力验证主要是通过测量冷却水的进出口温差和流量来确定设备的冷却能力。
这种验证方法需要考虑到设备的工作状态和环境因素，以确保它们在实际工作中的稳定性和精度。
2. 温度均匀性验证温度均匀性验证主要是通过测量温度分布来确定设备的温度分布是否均匀。
这种验证方法需要在各种温度条件下进行实验，以检查设备在不同温度情况下保持稳定的能力。
3. 噪声验证噪声验证主要是通过测量设备在运行中产生的噪声来确定噪声水平是否符合规定标准。
这种验证方法需要考虑设备的使用环境和噪声测量仪器的灵敏度。
大型冷却设备的标准大型冷却设备的标准在不同的行业和领域中可能有所不同。
冷作模具材料及其热处理PPT(53张)
课题六 冷作模具材料与热处理
（2）修整：利用修整模沿冲裁件 外缘或内孔刮削一薄层金属，切掉 剪裂带及毛刺，以提高精度，降低 表面粗糙度。与切削加工相似，与 冲裁不同。
外缘修整（外形），
内缘修整（内孔）。
（3）切断：用剪刃或冲模将板沿 不封闭轮廓分离的工序。 剪刃安装 在剪床上，将板料切成具有一定宽 度的条料；冲模安装在冲床上，制 取简单的平板零件。
分类：手工锻和机器锻
设备： 空气锤，蒸汽-空气锤， 液压机等 1. 特点：
工具简单，设备通用性好，适应性强 （1kg~300t)，是生产大型锻件的唯一生产方法；
生产率低，锻件精度差，且只能锻形状简单 的锻件，适于单件小批生产。
课题六 冷作模具材料与热处理
2. 自由锻工序 基本工序 （镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转、 错移）；
常见的塑性成形方法： 锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
课题六 冷作模具材料与热处理
大多数金属和合金均有一定的塑性，可进行各 种塑性加工。
塑性加工特点:
1.切削量小，可实现无屑加工； 2.产品力学性能好，尺寸精度高； 3.自动化程度高，生产率高; 4.材料利用率高，产品范围广泛.
塑性成形广泛应用于机械制造、汽拖、容器、 造船、建筑、包装、航空航天工业部门。
课题六 冷作模具材料与热处理
课题六 冷作模具材料与热处理
辅助工序（压钳口、压痕）； 精整工序（整形、校正等）。
课题六 冷作模具材料与热处理
2. 自由锻基本工序
（1）镦粗（饼类锻件） 坯料高度减小而横截面积增大。 有：平砧镦粗、局部镦粗和垫环镦粗
课题六 冷作模具材料与热处理
（2）拔长（轴杆锻件） —— 坯料横截面积减小而长度增加。
哈工大热处理原理与工艺大作业冷作模具热处理课件
❖ 硬度检测
硬度检查的要求是：冲裁类冷冲模具在离刃口5mm以内硬度必须 达到设计要求，不得有软点；冷镦、冷挤、拉伸及压变类模具，主 要受力工作面硬度必须达到设计要求；凸凹模零件淬火后应100％进 行硬度检查；毛坯退火后碳素工具钢1 80—207HB，低合金工具钢 207—241HB，中高合金工具钢217～255HB；碳素工具钢尾部固定 部分应控制在30一40HRC，其余部分淬硬必须达到设计要求；火焰 表面淬火的大型模具，工作面硬度不低于规定上限，一般不允许有 回火带及低硬区。
解决方法：
（1）淬火完成后可进行一次球化退火，可使碳化物分布均匀。 （2）采用喷丸等表面强化工艺，使线切割后的模具表面拉应力 状态变为压应力，可抑制表面裂纹的产生，降低其脆性。 （3）通过计算机模拟其热处理过程，计算出在热处理过程中其 理论变形量，从而在实际处理前预留出一定的体积，使处理后的 体积与需要的体积更加接近。
Cr12MoV合金钢
•
下料
锻造
球化退火
平磨 淬火+回火 机械加工
线切割加工
组装
1．1锻造工艺：
加热速度 温度 锻造方法：
为了完全消除组织中的带状碳化物和粗大、不均匀碳化物组织，一般应采用变向锻造法(包括十字墩拔 法和二向墩拔法)而且要严格按照正确的锻造操作规程进行。墩拔的次数应视碳化物不均匀的级别和对锻件 碳化物不均匀级别的要求而定。操作过程中应严格执行“二轻一重”的锻造方法，在保证击碎碳化物的同时 防比裂纹产生。
➢Cr12MoV合金钢的简单介绍 ➢加工工序 ➢预处理 ➢热处理 ➢后处理
Cr12MoV合金钢
Cr12MoV合金钢
• 1、化学成分
• 2、性能特点 具有高的耐磨性、淬透性、微变形、高热稳定性、高 抗弯强度。 导热性和塑性低,锻造性能差
硬度检查的要求是：冲裁类冷冲模具在离刃口5mm以内硬度必须 达到设计要求，不得有软点；冷镦、冷挤、拉伸及压变类模具，主 要受力工作面硬度必须达到设计要求；凸凹模零件淬火后应100％进 行硬度检查；毛坯退火后碳素工具钢1 80—207HB，低合金工具钢 207—241HB，中高合金工具钢217～255HB；碳素工具钢尾部固定 部分应控制在30一40HRC，其余部分淬硬必须达到设计要求；火焰 表面淬火的大型模具，工作面硬度不低于规定上限，一般不允许有 回火带及低硬区。
解决方法：
（1）淬火完成后可进行一次球化退火，可使碳化物分布均匀。 （2）采用喷丸等表面强化工艺，使线切割后的模具表面拉应力 状态变为压应力，可抑制表面裂纹的产生，降低其脆性。 （3）通过计算机模拟其热处理过程，计算出在热处理过程中其 理论变形量，从而在实际处理前预留出一定的体积，使处理后的 体积与需要的体积更加接近。
Cr12MoV合金钢
•
下料
锻造
球化退火
平磨 淬火+回火 机械加工
线切割加工
组装
1．1锻造工艺：
加热速度 温度 锻造方法：
为了完全消除组织中的带状碳化物和粗大、不均匀碳化物组织，一般应采用变向锻造法(包括十字墩拔 法和二向墩拔法)而且要严格按照正确的锻造操作规程进行。墩拔的次数应视碳化物不均匀的级别和对锻件 碳化物不均匀级别的要求而定。操作过程中应严格执行“二轻一重”的锻造方法，在保证击碎碳化物的同时 防比裂纹产生。
➢Cr12MoV合金钢的简单介绍 ➢加工工序 ➢预处理 ➢热处理 ➢后处理
Cr12MoV合金钢
Cr12MoV合金钢
• 1、化学成分
• 2、性能特点 具有高的耐磨性、淬透性、微变形、高热稳定性、高 抗弯强度。 导热性和塑性低,锻造性能差
冷模
固定床中的传递过程：
1.床层空隙率 表征床层结构的主要参数为床层空隙率ε。固定床中同一横截面积 上的空隙率是不均匀的，对于粒度均一的颗粒所构成的床层，在于器壁 距离为1~2倍颗粒直径处，空隙率最大，床层中心较小，这种影响，叫 做壁效应。 2.床层压降 在固定床反应器中，流体通过分布板均布后，在床层内的孔道中 流动，这些孔道相互交错联通，而且是弯弯曲曲的，这些孔道的几何形 状相差很大，其横截面积既不规则也不相等。床层各个横截面积上孔道 的数目并不一定相同。流过床层的流体，其径向流速分布也是不均匀的 。从床层中心处算起，随着径向位臵的增大，流速增加，在离器壁的距 离等于1~2倍颗粒直径处，流速最大，然后随径向位臵的增大而降低， 至壁面处为0。
• 总之，由于固定床、流化床、气流床、填料塔、板式塔在流体均布和 苛刻条件下的传递过程无法采用准确而统一的数学方法进行描述，因 此，化学工艺过程中的传递规律是化工过程开发必不可少、无法回避 的技术内容，只有准确得到该工艺的传递规律，才能与化学反应规律 组合形成过程研究的技术成果，才能为工程研究提供基础设计数据。 这也 是必须进行大型冷模试验的客观依据。
是否化工过程开发都必须建设冷模装置，进行冷模实验？？
下述情况可以免去： 1.文献已经提供完整可信的资料，开发者据此可以形成设计与放大依据 2.借鉴已有工业装置经验，开发者可以提出设计与放大依据。但如果这 种经验是综合的，则导入逐级经验放大路线中 3.开发对象简单，容易驾驭，例如反应器内流体流动属活塞流、全混流 理想流型这类流动规律以掌握，或传递规律对反应结果没什么影响的 开发对象 4.用数学方法或其他物理模拟提供的成果足以描述传递过程
• 三相鼓泡淤浆床反应器流体力学性质十分复杂，目前还没能够将不同 结构的反应器的流体规律用统一的表达式进行描述。因此，开发一种三 相鼓泡淤浆床反应器之前，进行流体力学研究是十分必要的。三相鼓泡 淤浆床反应器流体力学研究，一般采用冷态模拟装臵进行。研究结果可 供相同体系同类型反应器参考。 研究对象的选择十分重要，液相介质的物化性质（包括密度、粘度、 表面张力）与实际工况下的液相接近。在实际中，很难找到各方面都十 分接近的液体替代品，因此，一般选择几种液体，实际工况下所采用液 体的物性指标均在所选的替代液体的物性范围之内或偏差不大。气相的 物性对三相淤浆床反应器流体力学性质的影响较小。因此，一般情况下 常选择空气 、二氧化碳、氮气等常见气体作为替代气体。固体的选择与 液体的选择类似，最好在研究工况下采用实际固体作为研究对象。
实验14 冷模塔演示实验
四、操作步骤
1.检查水流量调节阀V1是否全关。开启离心泵，逐渐调节水流量到一定值。 2.检查放空阀V3是否全开，空气流量调节阀V2是否全关。开启风机，逐渐开大V2， 调节空气流量（流量无法增大时，可关小V3）。 3.观察正常操作时的情况。 4.关闭水量或气量到偏小，观察各板情况。 5.开大水量或气量到偏大，观察各板情况。 6.实验完毕，开大回流水阀，关泵；开大放空阀，停风机。
冷模塔主体由优质有机玻璃φ150×5制作，内装有四块不同类型的筛板、泡罩、 浮阀和舌形板塔板，塔板间距为150 mm，各塔板均设有弓形降液管：
筛孔板：板上有67个φ4直孔，呈等腰三角形排列，开孔率5.5%。 泡罩塔板：板上安装φ50×3泡罩两个，泡罩开有15×3气缝30条，板上开有泪孔， 以便在停车时能将塔板上积存的液体排净。 浮阀塔板：装有2个标准F型不锈钢浮阀。升气孔为φ39阀重33 g，浮阀的最小开 度为2.5 mm，最大开度为8.5 mm。 舌形板：板上有五个舌形开孔，喷出角为20°，气液流向一致可减少液面落差 和避免板上液体“返混”，舌形板不设溢流堰。 各板均有引压管，用以测定各单板和全塔压降。
二、基本原理
冷态模型试验的简称，在没有化学反应的条件下，利用水、空气 等廉价的模拟物料进行试验，以探明反应器传递过程的规律。应用数 学模型方法进行反应过程的开发时，其出发点是将反应器内进行的过 程分解为化学反应和传递过程，并且认为在反应器放大过程中,化学反 应的规律不会因设备尺寸而变化,设备尺寸主要影响流体流动、传热和 传质等传递过程的规律。因此，用小型装置测得化学反应规律后，在 大型装置中只需考察传递过程的规律，而不需进行化学反应。这样可 使试验大为简化，试验时间和费用大大节省。
来自风机的空气经转子流量计，由塔底 入塔。经过各塔板，最后经塔顶金属网除雾 器后放空。泵将水打入转子流量计后送入塔 顶，与空气逆向接触后，流入塔底的循环水 槽（同时起水封作用）循环使用。
化工过程开发与的设计 第五章 大型冷模试验
2019/7/27
2019/7/27
2019/7/27
2019/7/27
2019/7/27
物料气 催化剂
2019/7/27
产物
三、大型冷模试验研究的理论基础
1. 相似原理
现象的相似，是指表述此种现象的所有量在空间中相对应 的各点，及在时间上相对应的各瞬间，各自互成一定的比 例关系。包括时间相似、速度相似、几何相似、温度相似 、浓度相似、力的相似等，它必然以空间相似和时间相似 为前提。
反应前后的物料在床层中自己进行换热称作 自热式反应器。
2019/7/27
自热式反应器示意图
目前描述固定床反应器的数学模型可分为拟均 相和非均相的两大类。前者忽略床层中粒子与流 体间 温度与浓度的差别 ， 故 称之为拟均相模型。 根据流动模式与温差的情况它又可分为平推流的 一维模型，有轴向返混的一维模型和同时考虑径 向混合和径向温差的二维模型。至于非均相模型， 则又考虑了气流与粒子表面间的温度差和浓度差。 对于绝大多数情况，拟均相模型已足够．
2019/7/27
2019性质：所有相似的现象都为完全相同的方程组所描述； 空间对应点及对应瞬间各自互成一定比例关系；各量的比例彼 此相互约束；这种约束关系可用“相似准则”表示；必然发生 在几何相似的对象里。 单值条件：能把服从于同一方程组的无数现象，单一地划分出 某一具体现象的独立条件。包括几何条件、物理条件、边界条 件和起始条件。
2019/7/27
2019/7/27
2019/7/27
二、大型冷模试验研究的基本内容
2019/7/27
固定床反应器优点
① 固定床中催化剂不易磨损； ② 床层内流体的流动接近于平推流，与返混 式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的 反应器容积来获得较大的生产能力。 ③ 由于停留时间可以严格控制，温度分布可 以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和 转化率，在大生产中尤为重要。
冷作模具材料PPT课件
火温度的关系 (淬火温度:780℃)
(3)工艺性能 ①锻造性能: ②预先热处理: ③淬火及回火: (4)使用范围 碳素工具钢生产成本低，易于冷、热加工，在退火状态下硬度较低，通过热处理后可以获得较高的硬度，具有一定的耐磨性。但淬透性差，淬火变形大，耐磨性不高。因此，碳素工具钢适于制造尺寸较小、形状简单、负荷较轻、生产批量不大的冷作模具。
冷作模具材料
冷作模具材料的正常失效形式主要是磨损、脆断、弯曲、咬合、塌陷、啃伤、软化等。 要求冷作模具钢应在相应的热处理后，具有高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、不咬合等能力。
6.1 冷作模具材料的工作条件与性能要求
6.1.1 冷作模具材料的工作条件 1.冲裁模 2.拉深模 3.挤压模 4.冷镦模 6.1.2 冷作模具材料的性能要求
6.3 冷作模具的制造工艺路线
常用冷作模具的制造工艺路线如下: (1)一般成型冷作模具 锻造→球化退火→机械加工成型→淬火与回火→钳修装配; (2)成型磨削及电加工冷作模具 锻造→球化退火→机械粗加工→淬火与回火→精加工成型（凸模成型磨削，凹模电加工）→钳修装配; (3)复杂冷作模具 锻造→球化退火→机械粗加工→高温回火或调质→机械加工成型→ 钳修装配。 总之，模具制造工艺路线应根据材质及使用性能，选择合理的热处理工艺方案，并根据模具具体情况在工艺路线中合理安排。但这也不是一成不变的，对于同一材质的不同模具，可采用不同的热处理方法、不同的工艺路线，因而获得的组织及机械性能也不相同。在生产中应针对满足模具的要求适当安排，从而获得最大的经济效益。
3.冷挤压模的热处理
(1)冷挤压模模具的性能要求 冷挤压时，金属在三向不均匀的压力下产生塑性变形，这就需要模具不但具有很高的强度和耐磨性，能承受住反复作用的高压力而不发生破坏，而且还应该具备抵抗微小塑性变形的能力，才能保证模具在高压下工作时不变形。此外，金属变形过程中会产生热效应，使工件和模具的温度升高，因此还需要模具具有较高的回火稳定性。 (2)冷挤压模模具的热处理特点 为了能满足冷挤压模具的性能要求，在制定和实施热处理工艺时应注意以下几点: ①避免材料碳化物偏析 ②采用常用工艺的下限温度淬火 ③控制一定的残余奥氏体量 ④采用等温淬火方法 ⑤应用表面强化处理 ⑥在使用过程中进行低温去应力回火 典型冷挤压模热处理工艺如表6-21所示。
(3)工艺性能 ①锻造性能: ②预先热处理: ③淬火及回火: (4)使用范围 碳素工具钢生产成本低，易于冷、热加工，在退火状态下硬度较低，通过热处理后可以获得较高的硬度，具有一定的耐磨性。但淬透性差，淬火变形大，耐磨性不高。因此，碳素工具钢适于制造尺寸较小、形状简单、负荷较轻、生产批量不大的冷作模具。
冷作模具材料
冷作模具材料的正常失效形式主要是磨损、脆断、弯曲、咬合、塌陷、啃伤、软化等。 要求冷作模具钢应在相应的热处理后，具有高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、不咬合等能力。
6.1 冷作模具材料的工作条件与性能要求
6.1.1 冷作模具材料的工作条件 1.冲裁模 2.拉深模 3.挤压模 4.冷镦模 6.1.2 冷作模具材料的性能要求
6.3 冷作模具的制造工艺路线
常用冷作模具的制造工艺路线如下: (1)一般成型冷作模具 锻造→球化退火→机械加工成型→淬火与回火→钳修装配; (2)成型磨削及电加工冷作模具 锻造→球化退火→机械粗加工→淬火与回火→精加工成型（凸模成型磨削，凹模电加工）→钳修装配; (3)复杂冷作模具 锻造→球化退火→机械粗加工→高温回火或调质→机械加工成型→ 钳修装配。 总之，模具制造工艺路线应根据材质及使用性能，选择合理的热处理工艺方案，并根据模具具体情况在工艺路线中合理安排。但这也不是一成不变的，对于同一材质的不同模具，可采用不同的热处理方法、不同的工艺路线，因而获得的组织及机械性能也不相同。在生产中应针对满足模具的要求适当安排，从而获得最大的经济效益。
3.冷挤压模的热处理
(1)冷挤压模模具的性能要求 冷挤压时，金属在三向不均匀的压力下产生塑性变形，这就需要模具不但具有很高的强度和耐磨性，能承受住反复作用的高压力而不发生破坏，而且还应该具备抵抗微小塑性变形的能力，才能保证模具在高压下工作时不变形。此外，金属变形过程中会产生热效应，使工件和模具的温度升高，因此还需要模具具有较高的回火稳定性。 (2)冷挤压模模具的热处理特点 为了能满足冷挤压模具的性能要求，在制定和实施热处理工艺时应注意以下几点: ①避免材料碳化物偏析 ②采用常用工艺的下限温度淬火 ③控制一定的残余奥氏体量 ④采用等温淬火方法 ⑤应用表面强化处理 ⑥在使用过程中进行低温去应力回火 典型冷挤压模热处理工艺如表6-21所示。
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依靠逐级经验放大
数学模型方法
反应器的放大：转化率和收率 • 微观：转化率和收率------温度、压力 • 宏观：停留时间、分布(不同型式反应器)
2018/11/27
冷模试验：冷态模型试验的简称,在没有化学反应的 条件下,利用水、空气、砂子、瓷环等廉价的模拟 物料进行试验，以探明反应器传递过程的规律。应 用数学模型方法进行反应过程的开发时，其出发点 是将反应器内进行的过程分解为化学反应和传递过 程，并且认为在反应器放大过程中,化学反应的规 律不会因设备尺寸而变化,设备尺寸主要影响流体 流动、传热和传质等传递过程的规律。因此，用小 型装置测得化学反应规律后，在大型装置中只需考 察传递过程的规律，而不需进行化学反应。这样可 使试验大为简化，试验时间和费用大大节省。
一、概述
第五章
二、大型冷模试验研究
的基本内容
大型冷模试验
三、大型冷模试验的理
论基础
2018/11/27
一、概述
一般来说, 化工过程开发包括三个环节: 小 型热模工艺实验研究化学反应规律; 大型冷模 试验研究传递规律; 将小型热模实验与大型 冷模试验所得结果相结合, 建立工业装置的 数学模型,形成过程开发成果, 即通常所说的 工艺软件包。同时, 为了验证工艺软件包的 可靠性, 必须进行相应规模的中间试验, 以该 试验所得数据对数学模型的各种参数进行修 正, 并为进一步真正建立工业生产装置提供 基础设计数据。
2018/11/27
是否化工过程开发都必须建设冷模装置，进行冷模试验？
不是。下述情况可免去：
2018/11/27
2018/11/27
2018/11/27
2018/11/27
2018/11/27
2018/11/27
• 自模性：在一定条件下自行相似的现象。
• 粘性流体在受迫流动过程中，当雷诺数Re大于
2018/11/27
2018/11/27
放大问题的主要原因是(传递规律的重要性)： • 首先：停留时间的不同，导致温度、浓度分 布的不均。 • 其次：产生放大效应（并非所有的条件均同 等放大） • 第三：工业反应器中的反应条件难以保持十 分稳定。（如放热反应热量的移除）
2018/11/27
• 反应器的开发与放大 :
某一值时，流动从层流状态进入湍流，这一Re 值称为第一临界雷诺值，Re小于第一临界雷诺 值的流动处于第一自模化区，此时处在层流状态。 Re大于第一临界雷诺值之后，随着Re值增大流
体紊乱程度变化较大，但其值增大到一定程度这
种影响几乎不存在，该Re值称第二临界雷诺值。 Re大于第二临界雷诺值称流动处于第二自模化 区。
2018/11/27
固定床反应器缺点
① 固定床中的传热较差；
② 催化剂的更换必须停产进行。
2018/11/27
1. 绝热式反应器
结构简单，催化剂均匀堆 置于床内，床内没有换 热装置，预热到一定温 度的反应物料流过床层 进行反应就可以了。
物料气
催化剂
产物
绝热床反应器
2018/11/27
典型的例子是乙苯脱氢制苯乙烯。反应需供热140kJ／
反应器长期连续运转。
2018/11/27
除单层绝热床外，工业上还有用多段的，近代的大型合
成氨反应器采用的是中间冷激的多段绝热床。总之，不论 是吸热或放热的反应，绝热床的应用相当广泛。特别对大 型的，高温的或高压的反应器，希望结构简单，同样大小 的装置内能容纳尽可能多的催化剂以增加生产能力(少加换
热空间)，而绝热床正好能符合这种要求。不过绝热床的温
2018/11/27
例如：在绝热式固定床反应器的开发中，需要考虑大型反 应器中流体流动不均匀对反应结果的影响，通过小型试验
认识了化学反应规律后，即可用以确定流动不均如何设计才能将气流分布不均匀程度限制在允 许范围内，都可通过冷模试验予以认识 。
2018/11/27
2018/11/27
2018/11/27
• 试验方式： 采用物理性质与生产物料相近的惰性物料， 如水、空气、砂等代替生产实际物料在模 型装置上进行的试验。 • 适用场合： 不便或不必要采用生产物料进行试验的情 况，尤其 在需要将过程分解，分别考查一 些工程因素时。
2018/11/27
• 规模： 一般都比小试要大得多，以便表现各种工程 因素的运动规律，所测定参数的可变范围也 相对较宽。 • 注意： 由于试验条件与实际生产过程有差别，在应 用冷模试验结果时，应根据实际条件予以转 换和修正。
2018/11/27
二、大型冷模试验研究的基本内容
2018/11/27
固定床反应器优点
① 固定床中催化剂不易磨损； ② 床层内流体的流动接近于平推流，与返混 式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的 反应器容积来获得较大的生产能力。 ③ 由于停留时间可以严格控制，温度分布可 以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和 转化率，在大生产中尤为重要。
2018/11/27
产物
乙炔法合成氯乙烯反应器
• ① 管径：一般为25～50mm的管子，但不小于25mm。
• ② 催化剂粒径：应小于管径的8倍，通常固定床用的粒径 约为2～6mm，不小于1.5mm。 • ③ 传热所用的热载体： 沸水可以用于100℃～300℃的温度范围。 联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能 用于200～350℃的范围。 无机熔盐(硝酸钾，硝酸钠及亚硝酸钠的混合物)可用于 300～400℃的情况。 对于600～700℃左右的高温反应，只能用烟道气作为热 载体。
度变化总是比较大的，而温度对反应结果的影响也是举足 轻重的，因此如何取舍，要综合分析并根据实际情况来决
定。此外还应注意到绝热床的高／径比不宜过大，床层填
充务必均匀，并注意气流的预分布，以保证气流在床层内 的均匀分布。
2018/11/27
2. 换热式反应器
蒸汽 原料 催化剂 补充水 调节阀
换热式反应器以 列管式为多。通常 是在管内放催化剂， 管间走热载体( 在 用高压水或用高压 蒸汽作热载体时， 则把催化剂放在管 间，而使管内走高 压流体)。
mol，是靠加入高温(710℃)水蒸汽来供应的(乙苯:水蒸汽
=1: 2.6(质量))，混合后在630℃入床，离床时降到565℃。 在此，水蒸汽的作用是： ① 可以带入大量的显热； ② 起稀释作用，使反应的平衡向有利于生成苯乙烯的 方向移动，提高单程转化率； ③ 使催化剂可能产生的结炭随时得到清除，从而保持
数学模型方法
反应器的放大：转化率和收率 • 微观：转化率和收率------温度、压力 • 宏观：停留时间、分布(不同型式反应器)
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冷模试验：冷态模型试验的简称,在没有化学反应的 条件下,利用水、空气、砂子、瓷环等廉价的模拟 物料进行试验，以探明反应器传递过程的规律。应 用数学模型方法进行反应过程的开发时，其出发点 是将反应器内进行的过程分解为化学反应和传递过 程，并且认为在反应器放大过程中,化学反应的规 律不会因设备尺寸而变化,设备尺寸主要影响流体 流动、传热和传质等传递过程的规律。因此，用小 型装置测得化学反应规律后，在大型装置中只需考 察传递过程的规律，而不需进行化学反应。这样可 使试验大为简化，试验时间和费用大大节省。
一、概述
第五章
二、大型冷模试验研究
的基本内容
大型冷模试验
三、大型冷模试验的理
论基础
2018/11/27
一、概述
一般来说, 化工过程开发包括三个环节: 小 型热模工艺实验研究化学反应规律; 大型冷模 试验研究传递规律; 将小型热模实验与大型 冷模试验所得结果相结合, 建立工业装置的 数学模型,形成过程开发成果, 即通常所说的 工艺软件包。同时, 为了验证工艺软件包的 可靠性, 必须进行相应规模的中间试验, 以该 试验所得数据对数学模型的各种参数进行修 正, 并为进一步真正建立工业生产装置提供 基础设计数据。
2018/11/27
是否化工过程开发都必须建设冷模装置，进行冷模试验？
不是。下述情况可免去：
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• 自模性：在一定条件下自行相似的现象。
• 粘性流体在受迫流动过程中，当雷诺数Re大于
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2018/11/27
放大问题的主要原因是(传递规律的重要性)： • 首先：停留时间的不同，导致温度、浓度分 布的不均。 • 其次：产生放大效应（并非所有的条件均同 等放大） • 第三：工业反应器中的反应条件难以保持十 分稳定。（如放热反应热量的移除）
2018/11/27
• 反应器的开发与放大 :
某一值时，流动从层流状态进入湍流，这一Re 值称为第一临界雷诺值，Re小于第一临界雷诺 值的流动处于第一自模化区，此时处在层流状态。 Re大于第一临界雷诺值之后，随着Re值增大流
体紊乱程度变化较大，但其值增大到一定程度这
种影响几乎不存在，该Re值称第二临界雷诺值。 Re大于第二临界雷诺值称流动处于第二自模化 区。
2018/11/27
固定床反应器缺点
① 固定床中的传热较差；
② 催化剂的更换必须停产进行。
2018/11/27
1. 绝热式反应器
结构简单，催化剂均匀堆 置于床内，床内没有换 热装置，预热到一定温 度的反应物料流过床层 进行反应就可以了。
物料气
催化剂
产物
绝热床反应器
2018/11/27
典型的例子是乙苯脱氢制苯乙烯。反应需供热140kJ／
反应器长期连续运转。
2018/11/27
除单层绝热床外，工业上还有用多段的，近代的大型合
成氨反应器采用的是中间冷激的多段绝热床。总之，不论 是吸热或放热的反应，绝热床的应用相当广泛。特别对大 型的，高温的或高压的反应器，希望结构简单，同样大小 的装置内能容纳尽可能多的催化剂以增加生产能力(少加换
热空间)，而绝热床正好能符合这种要求。不过绝热床的温
2018/11/27
例如：在绝热式固定床反应器的开发中，需要考虑大型反 应器中流体流动不均匀对反应结果的影响，通过小型试验
认识了化学反应规律后，即可用以确定流动不均如何设计才能将气流分布不均匀程度限制在允 许范围内，都可通过冷模试验予以认识 。
2018/11/27
2018/11/27
2018/11/27
• 试验方式： 采用物理性质与生产物料相近的惰性物料， 如水、空气、砂等代替生产实际物料在模 型装置上进行的试验。 • 适用场合： 不便或不必要采用生产物料进行试验的情 况，尤其 在需要将过程分解，分别考查一 些工程因素时。
2018/11/27
• 规模： 一般都比小试要大得多，以便表现各种工程 因素的运动规律，所测定参数的可变范围也 相对较宽。 • 注意： 由于试验条件与实际生产过程有差别，在应 用冷模试验结果时，应根据实际条件予以转 换和修正。
2018/11/27
二、大型冷模试验研究的基本内容
2018/11/27
固定床反应器优点
① 固定床中催化剂不易磨损； ② 床层内流体的流动接近于平推流，与返混 式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的 反应器容积来获得较大的生产能力。 ③ 由于停留时间可以严格控制，温度分布可 以适当调节，因此特别有利于达到高的选择性和 转化率，在大生产中尤为重要。
2018/11/27
产物
乙炔法合成氯乙烯反应器
• ① 管径：一般为25～50mm的管子，但不小于25mm。
• ② 催化剂粒径：应小于管径的8倍，通常固定床用的粒径 约为2～6mm，不小于1.5mm。 • ③ 传热所用的热载体： 沸水可以用于100℃～300℃的温度范围。 联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能 用于200～350℃的范围。 无机熔盐(硝酸钾，硝酸钠及亚硝酸钠的混合物)可用于 300～400℃的情况。 对于600～700℃左右的高温反应，只能用烟道气作为热 载体。
度变化总是比较大的，而温度对反应结果的影响也是举足 轻重的，因此如何取舍，要综合分析并根据实际情况来决
定。此外还应注意到绝热床的高／径比不宜过大，床层填
充务必均匀，并注意气流的预分布，以保证气流在床层内 的均匀分布。
2018/11/27
2. 换热式反应器
蒸汽 原料 催化剂 补充水 调节阀
换热式反应器以 列管式为多。通常 是在管内放催化剂， 管间走热载体( 在 用高压水或用高压 蒸汽作热载体时， 则把催化剂放在管 间，而使管内走高 压流体)。
mol，是靠加入高温(710℃)水蒸汽来供应的(乙苯:水蒸汽
=1: 2.6(质量))，混合后在630℃入床，离床时降到565℃。 在此，水蒸汽的作用是： ① 可以带入大量的显热； ② 起稀释作用，使反应的平衡向有利于生成苯乙烯的 方向移动，提高单程转化率； ③ 使催化剂可能产生的结炭随时得到清除，从而保持