第二章+开发放大方法

课外延伸：安棚碱矿中原化学安棚分公司简介•河南中源化学股份有限公司（简称中源化学）位于中国天然碱之都--河南省南阳市桐柏县境内，是在1998年创立的原桐柏安棚碱矿有限责任公司基础上，经河南省商务厅核准成立，由内蒙古博源控股集团、河南石油勘探局等6家股东共同投资组建，主要从事天然碱勘探开发及相关衍生产品加工与销售的大型股份制企业。公司拥有全国最大的天然碱产业循环经济示范基地，是目前中国最大的天然碱和小苏打生产企业。•河南中源化学安棚分公司是迄今为止国内探明的最大天然碱矿床，碱区面积10.74平方公里，天然碱可采储量4849万吨，分别位于亚洲第一，世界第三；具有埋藏深、杂质少等优点，是生产重质纯碱的理想原材料；安棚分公司所属的安棚矿区，西距南阳焦枝线95公里，东距信阳京广线125公里，矿区有公路与312国道相接，均为沥青路面，国家西部开发十大工程之首的“宁西铁路”从矿区穿过，交通十分便利，物资输入输出通畅。•从理论到实践•从实验室研究到工业化大生产•了解化工过程放大很重要！！！第1节化工过程放大方法概述•化工过程开发采用的研究方法主要是模拟研究法，即用模型来研究化工过程发生的各种现象和规律，从中找出开发放大的依据。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•化工过程开发的方法:逐级经验放大法相似放大法数学模拟法部分解析法•物质模型：与生产装置或设备相似，但小于生产规模的实验装置或设备。•非物质模型：描述过程动态规律并与过程运行实际情况等效的数学模型。第2节化工过程扩大的方法•2.1逐级经验放大法•定义：从实验室小试开始，经过若干级放大的模型装置进行试验，逐渐取得接近于工业生产规模的技术信息和设计数据后，一次将化工过程放大成生产规模。•依据：以前一级试验所取得的研究结果和数据为依据。•经验性的放大！•2.1.1研究方法•研究步骤为如下：设备选型：以小试验的方法进行，考察设备的型式和结构的影响，为结构变量试验。优化工艺条件：考察各种工艺条件的影响，筛选出最佳工艺条件，为操作变量试验。反应器放大：采用建立模型装置的方式进行逐级放大，考察放大效应，为几何变量试验。•2.1.2特征只综合考虑输入变量和输出结果的关系，不能深入研究过程的内在规律；试验步骤由人为决定，并非科学合理的研究程序；放大是根据试验结果外推，不一定可靠。2.2相似放大法定义：以相似论和量纲分析为基础的相似模拟放大法放大方法，多用于化工单元操作的开发放大。与逐级经验放大的比较（1）相似放大法依然是一种依赖于实验结果的经验放大方法.（2）相似放大法相似特征数的概念，对实验的变量做了归纳和简化。••方法：运用相似模拟和无因次相似准数的概念，从准数方程中考虑影响过程的各单值间的相互作用关系；试验变量由准数取代了单值变量，简化试验工作，容易得到各个变量间的定量函数关系。•有效性：对于物理过程的放大是有效的，如：单元操作的放大；对于化学过程的放大：不太适合。•一、研究方法相似准数和准数方程如液体搅拌混合系统搅拌功率功率准数雷诺数搅拌弗鲁德准数令不打漩的系统，y=0，),,,,(gDnfNyxFrKPORe53DnNPOnD2RegDnFr2xyKFrPORexKPORe模型试验确定准数方程的定量关系•Re10时，功率曲线为斜率等于-1的直线。•Re↑，K和x的关系只能在图中表示出来。•Re10000（完全湍流），功率曲线为水平线。0.153Re0.71DnNPO1.6PO531.6DnN相似放大•液体搅拌系统：几何相似、运动相似、动力相似。•几何相似：大小搅拌系统的尺寸之比相等。•运动相似：两槽几何相似的基础上，各自在对应点上的速度比也相等。•动力相似：各自对应点上的力之比相等。•在准数方程中每一个无因次准数代表一种放大规律。对于均液相搅拌系统，只要Re相等，达到了流体动力相似，两系统的功率准数也相等，只要测量小的功率，便可算出大系统的功率。为了准确放大，在模型设计时，通常使某些准数受到抑制，使某一主要准数突出。•二、特征属于综合考察，反映了变量间的实质性关系；简化试验，提高了试验效果；用相似论指导模拟，为建立模型提供了可靠依据；运用相似准则放大，避免了依经验结果外推。•例:•搅拌器的大小改变时，各种放大判据中，只有叶轮末梢速度ut不变，因此用确定叶轮末梢速度作为放大判据，计算生产规模时的搅拌器转速。•∵•而•∴生产规模的搅拌釜内搅拌器叶轮直径应为0.9m。•则5DnutmTD9.03/7.23/11min10677.19.05rsrn•由Re查曲线，得•∴所需搅拌器的功率为：2007114009.077.1Re22nD9.4POkWWDnPON46.22224609.077.114009.45353•三、数量放大法和比例放大法数量放大法：采用设备单元数增加的放大方法。如：从单管→列管，保证列管中每一单管与试验时的单管情况相同。比例放大：以一个或多个能表达过程主要特征的参数为依据，按照比例放大的方法。如：湿法磷酸技术中，用过滤强度作为过滤机放大的依据。