化工过程的放大课件

化学工艺的放大13应化3班林富2017/10/81RED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2017/10/82RED模拟研究法2017/10/8模型用模型研究实物、数学化工过程的现象、规律基本方法经验数学部分解析相似3RED2017/10/8第一节逐级经验放大4RED1.放大系数一、几个概念What'sthemeaning?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。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。52017/10/8RED2.放大效应2017/10/8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6RED3.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。2017/10/87RED典型反应过程放大系数2017/10/88RED2017/10/89RED2017/10/810RED2017/10/811RED2017/10/812二、逐级经验放大的步骤RED?反应器选型?工艺条件优化?反应器放大2017/10/8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”13三、逐级经验放大的特征RED1．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2017/10/814RED2017/10/8例：合成氨技术开发15RED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2017/10/816RED（1〕反应器选型2017/10/8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。17RED(2)条件优化工艺条件：产品：2017/10/8500～600℃；17.5～20MPa；锇催化剂氨的体积分数达6%18RED2017/10/8（3）预设计工艺流程A.原料循环B.热量利用C.冷冻分离19RED（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2017/10/820RED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。2017/10/821RED例：异丙苯生产苯酚和丙酮的工艺2017/10/822RED2017/10/8一级不可逆23RED反应特点：选择：2017/10/8（I）反应器选型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24RED（2）优化工艺条件2017/10/8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25RED根据试验结果确定的工艺条件为结果：转化率为98.8％。2017/10/826RED（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2017/10/827RED（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