開發放大方法放大程度和開發周期放大程度放大程度一般是指由實驗室小試規模一次放大的倍數，即用放大倍數來表示放大倍數直接關系到模型試驗的放大級數和中試的規模放大程度與開發項目所采用的技術成熟程度以及開發放大方法有關放大倍數一般取決于研究者對被開發過程運行規律

掌握的程度及其從事開發工作的實際經驗放大效應化工中的“放大效應”是指小裝置中的某些技術經濟指標在大裝置中不能重現，甚至大裝置根本不能正常運轉反應過程開發中是否會發生“放大效應”，并不完全

取決于“放大”的倍數，而是主要取決于以下兩個因

素：反應器中的濃度分布和溫度分布對反應器規模

的擴大和由此引起的傳遞過程狀況的變化是否敏感；反應結果對反應器中的濃度分布和溫度分布的變化

事否敏感。開發周期開發周期是指從立題研究開始直到建成生產裝置并投入正常生產所經過的時間，即完成化工過程開發各個步驟的總時間開發周期的長短與開發工作的難易程度有關放大－－敏感性分析敏感性分析的任務是確定反應結果對哪些因素不敏感，對哪些因素敏感以及這些因素發生敏感影響的范圍對不敏感因素，在實驗中可不予考慮，以減少開發過程的實驗工作量對可能敏感的因素應盡量選擇在不太敏感的區域內，并確定其允許的波動范圍，以便在反應器設計中采取措施予以控制。因此，敏感性分析也即開發過程中主次影響因素的分析，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，是縮短開發周期、保證開發質量的關鍵敏感性分析方法實驗鑒別在理論分析的基礎上，對可能對反應結果產生敏感影響的各種操作變量，如反應器進口組成、溫度、停留時間、反應物線速度、冷卻介質溫度等對反應結果的影響進行實驗考察模擬計算通過反應器數學模型的數值求解，分析上述各種操作變量和參數，如反應速率常數、傳熱系數等對反應結果的影響（過程研究）概

念

設

計設備選型與關鍵設備的研制中

試生產性示范工程工程放大的一般步驟概念設計方塊流程向生產設備流程的演進與論證工廠設計的依據是生產設備流程，進而去配置輔助設備，公用工程與廠房設計概念設計是按工藝原理，工藝條件要求而設置的概念性工程操作單元。生產設備流程就是要將這些概念性的工藝操作單元具體化，由黑箱或灰箱變成白箱這是開發研究中最關鍵，也是最困難的一步工藝流程與設備放大效應設備制造業與流程工業放大效應的差別裝備制造業－物理過程放大－線性放大流程工業－化學過程放大－非線性放大規模效應規模經濟與生產效率：市場風險承擔能力，技術風險承擔能力規模經濟與社會效益：社會就業、地方經濟繁榮規模經濟與環境效益：污染治理能力、綜合經濟效益規模經濟與投資效益：投資比例＝(規模生產能力比例)n(n＝0.5～0.7)設備放大研究的一般方法設備研究及其改進是工業生產永恒的主題！同一過程可以由不同類型的設備來完成。同一設備內部結構還會千變萬化，不可能一次就做到盡善盡美

對于一個新過程，第一次選用什么設備，如何確定其內部結構？工業反應器的放大化學加工過程規模的變化不僅僅是量變，同時還產生質變。以相似理論和因次分析為基礎的相似放大法適于物理加工過程，不適于反應器的放大。長期以來，反應器放大采用的是逐級經驗放大。六十年代發展起來的數學模型方法是一種比較理想的反應器放大方法。逐級經驗放大法的研究方法研究對象輸入輸出“黑箱”反應的轉化率和選擇性反應器的型式和結構工藝條件反應器的放大逐級經驗放大法只綜合考察輸入變量和輸出結果的關系存在前后試驗結果相互矛盾的個別現象外推放大后的結果可靠性尚存問題設備選型“結構變量試驗”“操作變量試驗”優化工藝條件反應器的放大

“幾何變量試驗”中試中測定與放大有關工程數據的方法特

征研究方法經驗放大方法經驗放大方法是第一次過程開發中設備放大的主要方法這里指的經驗決不限于自己的經驗，而是指類似的、成熟的經驗，要從各種手冊、文獻資料中取找別人的經驗，消化吸收，為我所用不能每個設備都自己去進行放大研究，只有在確實找不到類似的設備可以借鑒時，才設立專題設備研究組，或委托別人去研究經驗放大決不是純粹的黑箱操作：要有自己的分析與判斷經驗放大中的理論分析對別人的應用條件及機理進行理論分析，實地應用考察與本過程的異同比較、分析與計算多方案比較，選優多級過程放大試驗例：K2CrO4加氫還原制Cr2O3的反應器工程放大充分利用鎢鉬合金廠的生產經驗與技術積累，多方案比較，租用生產廠的設備進行工藝試驗先不追求先進性，而追求可靠性中試中測定與放大有關工程數據的方法例：在開發某氧化反應過程時，用100L帶攪拌的搪瓷反應釜作為反應器，測定與放大有關的工程數據，小試中發現，反應放熱量大，且對溫度敏感，當反應溫度低于60℃時反應速率緩慢；當反應溫度超過65℃時，反應劇烈，溫升很快，以至無法控制。因此，反應溫度必須嚴格控制在60～65℃的溫度范圍內。1、中試裝置2、反應工程數據的測算3、測定物料的熱化學性質4、測定反應釜筒體的總傳熱系數反應工程數據的測算反應釜的熱量平衡測定反應釜對環境的給熱系數：以水代替物料時間反應釜內夾套內環境液溫T/℃氣溫T'/℃進水t1/℃出水t2/℃水量/kg溫度τ1溫度τ28:2543.037.563.262.5161.2330.530.58:3552.245.063.662.7162.1431.031.58:4556.550.063.362.8162.9431.331.5……………………10:1540.6037.521.922.4166.9732.633.0（3）測定物料的熱化學性質將159kg物料投入搪瓷反應釜中，開始在夾套內通入熱水加熱升溫（14:00~14:45）。然后在夾套內通入冷水控制釜內溫度在60～65℃范圍內反應（14:45~20:50），每小時取樣分析主反應物的量(mol)。最后在夾套內通入冷水將釜內物料降溫后（20:50~21:30）出料。升溫 反應 降溫計算物料的比熱容cp計算反應熱ΔHr（4）測定反應釜筒體的總傳熱系數在間歇反應過程中，反應放熱量是不均勻的，在進行反應釜設計時，應以最大熱負荷來計算傳熱面積。因此，測定也應在反應放熱量大的階段進行。本例以

15:50~16:50時段反應掉的主反應物量最多，故應以該時段為基準進行計算。反應釜壁總換熱量＝冷卻水帶走的熱量＋環境吸收的熱量數學模型方法數學模型法就是用一組數學方程式去描述所研究的過程中有關參數和變量間的相互關系，并通過方程組的求解對過程的特性進行分析。其實質是通過數學模型來設計反應器，預測不同規模的反應器工況，優化反應器操作條件。實驗是數學模型的主要依據。數學描述數學描述物理模型

數學模型簡化實際過程經驗關聯建立反應過程數學模型的三種途徑反應器模型的實際建立程序實驗室試驗小型試驗中間試驗化學模型物理模型工廠設計過程放大的理論基礎與應用技巧過程設備與系統放大效應以及非線性特征過程工程與設備的種類繁多、千變萬化。包括物理過程、化學過程、生物過程。化學反應設備三傳一反耦合 （反應為主）生物反應設備四傳一反設備 （代謝為主）化工分離設備三傳耦合 （傳遞為主）換熱設備三傳耦合 （傳熱為主）混合與粉碎三傳耦合（動量為主）機械壓縮與輸送三傳耦合（能量為主）單元設備與操作真實的放大方法是經驗技巧與理論技巧的人為結合既沒有純粹的經驗放大方法，也沒有純粹的理論放大方法沒有理論的實踐是盲目的實踐沒有實踐的理論是空洞的理論多尺度分析間歇操作攪拌釜放大應注意的問題在滿足了生產能力所需攪拌釜體積的前提下，必須注意攪拌系統所達到的釜內物料在混合狀態應與試驗時所采用的小釜內物料的混合狀態相同對于兩種液體物料的均勻混合，在設計攪拌器時，可取大小兩個攪拌系統葉輪末梢速度相等的準則。即：

n·D=n‘·D’；或者攪拌強度相等的準則，即：n3·D2

=n'

3·D'2攪拌釜傳熱面積的設計對于不同物料系統和工藝要求的混合，應選擇不同型式的攪拌釜管式反應器放大應注意的問題保持物料流動的Re相等保持幾何相似的前提下，應使兩反應系統內物料流動的停留時間分布函數相同反應器內物料流動所產生的壓強變化與總壓相比，如能忽略不計，則放大后的對于氣相反應，當反應管的管長遠大于管徑，而產生的壓強變化影響到反應器內的總壓強時，除了保證放大前后兩反應系統具有相同的和E(t)外，還必須保持壓強的變化值相同。此時，幾何相似條件可暫不考慮。連續操作攪拌釜放大應注意的問題盡可能滿足或接近理想混合狀態保持F(t)、 和單位容積傳熱面積相等對于多釜串聯反應器的放大，應保證大小兩系統中每一釜內物料流動的停留時間分布相同、溫度相同和反應的轉化率相同；而且反應速率應當不受攪拌速率的影響對于非均相反應系統，放大的依據是保持大小兩系統的

相界面相等，但是測定實際反應器內的相界面積很困難，通常是保持單位容積輸入的攪拌功率相等來代替固定床反應器放大應考慮的問題反應熱效應的影響最佳反應溫度催化劑床層床層的直徑，催化劑的填充高度和填充的均勻性影響反應器內物料流動的停留時間分布，濃度分布和溫度分布等。過程開發工作框圖概念設計技術經濟評價基礎設計工程設計工程研究小型試驗大型冷模試驗中間試驗過程研究實驗室基礎研究化學反應規律傳遞規律驗證和修改數學模型過程開發工作框圖概念設計技術經濟評價基礎設計工程設計工程研究小型試驗大型冷模試驗中間試驗過程研究實驗室基礎研究化學反應規律傳遞規律驗證和修改數學模型過程放大的理論基礎與應用技巧過程設備與系統放大效應以及非線性特征過程工程與設備的種類繁多、千變萬化。包括物理過程、化學過程、生物過程。化學反應設備三傳一反耦合 （反應為主）生物反應設備四傳一反設備 （代謝為主）化工分離設備三傳耦合 （傳遞為主）換熱設備三傳耦合 （傳熱為主）混合與粉碎三傳耦合（動量為主）機械壓縮與輸送三傳耦合（能量為主）單元設備與操作三傳理論的形成與應用化學工程學的發展-三個階段第一階段：各個化工行業的生產工藝學，19世紀90年代始第二階段：從各化工行業總結出共性單元操作，開出化 工原理課程，我國開化學工程機械，化工過程及設備，化 工原理，20世紀20年代始。第三階段：從各個單元操作歸納出傳遞過程原理，20世紀50年代始三傳理論的形成與應用化工原理學科的形成（二十世紀四十年代）速度場

動量傳遞濃度場

質量傳遞溫度場

熱量傳遞相似放大法雷諾類似律：準數方程功能－用于放大設計在物料上能由此及彼在裝置尺寸上能由小見大線性近似與無因次數群（相似準數）三傳耦合系統中相似準數的矛盾及非線性特征例如：傳熱面積＝（體積）2/3對于強放熱過程不能用幾何相似放大方法物理化學(熱力學)：過程靜力學（方向、限度）傳遞原理：過程動力學（速率、推動力、阻力）化工原理：應用物化和傳遞的原理于生產實際－－唯象方程工程處理問題方法：一分為二推動力：由工藝條件和生產要求直接計算阻力：實驗研究化學反應工程的形成與應用生物反應工程生命與非生命的本質差別

自組織、自復制、自適應（信息傳遞）細胞是生命的最小單元細胞膜細胞器線粒體（基因）四傳一反學說動量質量熱量信息靜力學法向周期作用力外界周期刺激強化生物反應原理系統學的提出與老三論（40～60年代）貝特朗費的系統論：還原論

整體論維納的控制論：反饋與控制，非線性濾波申農的信息論：信息熵系統學的新三論（七十年代）普理高金的耗散結構理論哈肯的協同學托姆的突變論混沌學的發現與復雜性科學（八十年代）復雜過程的不確定性蝴蝶效應極限環與混沌吸引子外源隨機過程內源隨機過程不確定性與分叉（支）分形幾何與分數維極限環（振蕩）混沌吸引子真實的放大方法是經驗技巧與理論技巧的人為結合既沒有純粹的經驗放大方法，也沒有純粹的理論放大方法沒有理論的實踐是盲目的實踐沒有實踐的理論是空洞的理論多尺度分析時空多尺度特征和行為是過程工業中所有復雜現象的共同本質和量化的難點間歇操作攪拌釜放大應注意的問題在滿足了生產能力所需攪拌釜體積的前提下，必須注意攪拌系統所達到的釜內物料在混合狀態應與試驗時所采用的小釜內物料的混合狀態相同對于兩種液體物料的均勻混合，在設計攪拌器時，可取大小兩個攪拌系統葉輪末梢速度相等的準則。即：

n·D=n'·D'；或者攪拌強度相等的準則，即：n3·D2

=n'

3·D'2攪拌釜傳熱面積的設計對于不同物料系統和工藝要求的混合，應選擇不同型式的攪拌釜管式反應器放大應注意的問題保持物料流動的Re相等保持幾何相似的前提下，應使兩反應系統內物料流動的停留時間分布函數相同反應器內物料流動所產生的壓強變化與總壓相比，如能忽略不計，則放大后的對于氣相反應，當反應管的管長遠大于管徑，而產生的壓強變化影響到反應器內的總壓強時，除了保證放大前后兩反應系統具有相同的和E(t)外，還必須保持壓強的變化值相同。此時，幾何相似條件可暫不考慮。連續操作攪拌釜放大應注意的問題盡可能滿足或接近理想混合狀態保持F(t)、 和單位容積傳熱面積相等對于多釜串聯反應器的放大，應保證大小兩系統中每一釜內物料流動的停留時間分布相同、溫度相同和反應的轉化率相同；而且反應速率應當不受攪拌速率的影響對于非均相反應系統，放大的依據是保持大小兩系統的

相界面相等，但是測定實際反應器內的相界面積很困難，通常是保持單位容積輸入的攪拌功率相等來代替固定床反應器放大應考慮的問題反應熱效應的影響最佳反應溫度催化劑床層床層的直徑，催化劑的填充高度和填充的均勻性影響反應器內物料流動的停留時間分布，濃度分布和溫度分布等。工藝流程的合成與優化過程分析與合成理論基礎：化學工程和方法論（系統工程理論）工藝流程開發：在功能分析的基礎上對技術方法進行決策，選擇實現該功能的單元設備，確定進入該單元設備的條件和輸出結果，掌握其設計方法把不同功能的單元設備按一定方式連結起來，即確定

系統的結構，得到含物料流程和能量流程的工藝流程

圖，以體現系統的功能，即完成由原料到產品的轉化；各單元設備之間應做到溫度、壓力、組成、相態銜接

匹配。過程合成在給定條件的基礎上，通過選擇單元設備，并確定其連結關系，以實現某種功能為目的，被稱為過程合成。反應路徑合成、分離序列合成、換熱網絡合成、過程控制系統合成，特別是要解決由各個單元

過程合成總體過程系統的整合原料原料貯存反應物料制備化學反應產品加工可資利用原料產品貯存廢料處理產品廢料工藝流程的優化研究在一定條件下，如何用最合適的技術路線和生產設備，以