化工过程开发概论29164.pptx

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1、 第三章 开发放大方法用模型研究化工过程发生的各种现象和规律用以取得放大设计的依据，是化工过程开发中常采用的开发放大方法。研究化工过程放大规则的模型有“物质模型”和“非物质模型”两种形式。前者是指那些与生产装置或设备相似，但小于生产规模的试验装置或设备，后者则为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，凡根据模型模拟过程所得研究结果将过程加以放大的方法，统称为“模拟放大”。目前化工过程开发有四种方法，它们是逐级经验放大法，数学模拟法，部分解析法和相似放大法。第三章开发放大方法一、逐级经验放大法 逐级经验放大法是运用物质模型从实验室规模的小试开始，经过逐级放大的模型试验研究直到将化工过

2、程放大成为生产规模。这种放大方法每放大一级都必须建立相应的模型装置，详细观察和记录模型试验中发生的各种现象和结果。而每一级放大设计的依据主要是前一级试验所取得的研究结果和数据，故为经验性质的放大。第三章开发放大方法逐级经验放大法1、研究方法 化工过程开发需要解决的问题通常是如何合理选择设备型式，确定最佳的工艺条件，以及将设备放大达到过程开发的目标。而逐级经验放大法的研究方法则主要是通过试验来取得设备选型，条件优化和设备放大的信息和结论。1）设备选型 设备选型通常都以小试验的方式进行。因为过程开发初期技术方案尚未确定，不可能花费大量投资建立各种型式的大型设备作设备型式的筛选试验，例如化学反应器选

3、型是采用不同型式和结构的小型反应器，在实验室对所开发的反应过程进行试验研究。从试验结果的优劣，即可确定最佳型式的反应器。这种试验考察的因素仅仅是设备的型式和结构，故为结构变量试验。第三章开发放大方法逐级经验放大法 2）优化工艺条件优化工艺条件的试验研究应在设备选型试验之后进行，如果设备型式未定，则条件优化将无意义。这种试验仍然可以在设备选型所确定的小型试验设备内进行。试验考察的因素是各种工艺条件，并从不同操作条件的试验结果对比中筛选出最佳工艺条化。由于试验仅仅改变工艺操作条件，故为操作变量试验。3）反应器放大反应器放大的试验研究是采用建立模型装置的方式进行逐级放大，每放大一级都必须重复前一级试

4、验确定的条件，考察放大效应，并取得设备放大的有关判据或数据。这种试验所考察的因素是设备几何尺寸改变以后对于过程结果产生的影响，故为几何变量试验。第三章开发放大方法逐级经验放大法通过以上三种独立的变量试验基本上可以取得化工过程开发所需要的设备型式，最佳工艺条件，以及放大设计的判据和数据等信息和资料，为建立生产装置提供了比较可靠的依据。从以上研究方法的讨论可见，逐级经验放大法具有如下特征：只综合考察输入变量和输出结果的关系，未分解过程，不能深入研究过程的内在规律。试验步骤由人为规定，并非科学合理的研究程序。放大是根据试验结果外推，并不一定可靠。但是化工过程开发技术的发展和人们在开发工作中已经能够运

5、用理论分析和经验判断解决许多放大问题，在一定程度上弥补了逐级经验放大法的缺陷。当前这种方法仍然是广泛采用的成熟的化工过程开发方法。第三章开发放大方法逐级经验放大法例1.用异丙苯为原料生产苯酚和丙酮。采用逐级经验放大法对过氧化氢异丙苯分解反应器进行放大。异丙苯生成苯酚和丙酮的反应分两步进行：（1）异丙苯氧化生成过氧化氢异丙苯（2）过氧化氢异丙苯用硫酸作催化剂在液相中分解生成苯酚和丙酮苯酚和丙酮的收率取决于第二步反应，而且硫酸的浓度越高，分解速率越高。分解反应为一级不可逆反应。第三章开发放大方法逐级经验放大法(1)反应器选型对于均液相反应，釜式反应器和管式反应器均可应用。但试验结果说明，在相同反应

6、条件和相同反应器体积的情况下，采用连续流动管式反应器的转化率为98.8%，而采用连续操作搅拌釜的转化率只能达到97.8%左右。至于间歇操作搅拌釜与连续流动管式反应器比较，显然由于间歇釜在操作过程中必须保留一定的非生产性辅助时间，而且一般釜式设备都各有一定的有效容积，必须保留一定的自由空间，要达到相同的转化率和相同的反应物料处理能力，则所需的设备体积要比连续流动管式反应器的体积大许多。考虑到苯酚和丙酮为重要的基本有机化工产品，生产量较大。选用连续流动管式反应器比较适宜。第三章开发放大方法逐级经验放大法(2)工艺条件优化在实验室选用一根直径为40mm，长1202mm的反应管(1.51L)进行试验，

7、分别考察反应物浓度、反应温度、催化剂浓度和反应物料流量等工艺条件对反应结果的影响。试验发现上述工艺条件对反应结果都有不同程度的影响。其中过氧化氢异丙苯的分解速率随着反应物料浓度、反应温度和催化剂浓度的提高而加快，但达到一定数值后，分解速率的变化逐渐减缓。至于反应物料的流量则不宜过大，因为流量过大，反应物科在反应器内的停留时间较短,物料分解不完全，而致转化率和收率下降。根据试验结果，选定的较佳工艺条件为：反应物料浓度：3.2kmol.m-3反应温度：359K硫酸浓度（催化剂）：6N反应物料流量：0.1m3.h-1此时过氧化氢异丙苯的转化率为98.8。第三章开发放大方法逐级经验放大法(3)反应器放

8、大放大试验分两级进行，首先取一根直径为40mm，长1719mm的反应管(2.15L)按上述工艺条件进行试验，反应转化率提高至99.8%。然后按2.15L反应管的尺寸比例将反应管体积放大至10L，并将反应物料流量相应增大至0.464m3.h-1,进行试验,反应转化率仍可达到99.8%，未发现放大效应。从上述试验结果看，维持小试工艺条件将反应器体积由1.51L增大至2.15L，反应转化率仅增加1%，而反应器体积则要增大30%，说明反应后期反应速率已经变得十分缓慢，此时若要提高产品收率就必需增大反应器体积，从技术经济观点考虑，片面追求高转化率并不一定妥当。因此反应器放大设计应依转化率达到98.8的要

9、求计算。第三章开发放大方法逐级经验放大法(4)反应器设计生产要求每小时处理过氧化氢异丙苯浓度为3.2kmol.m-3的反应物料3m3，确定反应器的体积。由于过氧化氢异丙苯的分解为均液相反应，反应温度和催化剂浓度等工艺条件的要求不苛刻，反应过程进行得比较完全，经放大试验考察末发现放大效应，所以生产用反应器的设计可以按试验用反应器的尺寸，依要求完成的反应物料处理量，保持反应器几何相似，用外推法按比例放大。因放大倍数较小，可认为符合线性变化规律。当要求反应转化率达到98.8%，用反应管体积为1.51L模型反应器作几何相似放大时，由外推法算出的生产用反应器的体积为0.0453m3(45.3L)。如果要

10、求反应转化率达到99.8%，则用反应管体积为2.15L的模型反应器作几何相似放大，由外推法算出的生产用反应器的体积为0.0645m3(64.5L)。第三章开发放大方法逐级经验放大法二、数学模拟法数学模拟法是一种新开发方法，它不一定要通过试验去取得放大的判据和数据，一般是在认识过程特征的基础上，运用理论分析找到描述过程规律的数学模型，并验证该模型与实际过程等效，就可以用来进行放大设计计算。1.数学模型数学模型通常是一组微分方程或者一组代数方程，用以描述过程的动态规律。由于化工过程一般都比较复杂，要找到真实描述过程动态规律的数学模型往往十分困难，即使是能够找到，也常因模型过于复杂，而无法实际应用。

11、因此，对于数学模型的要求，既要能够描述过程，又要简单而便于应用。第三章开发放大方法数学模拟放大法1）建立数学模型的思想方法建立数学模型首先应掌握化工过程运行的动态规律，然后才能找到描述这种动态规律的数学方法。例如，描述反应器内进行化学反应的数学模型，必须在掌握了化学反应热力学和动力学规律的基础上，结合不同型式反应器内物料流动与混合规律，以及传热和传质规律，才能建立以物料衡算式、热量衡算式和动量衡算式联立方程组表示的数学模型。该模型反映了反应器内物料进行化学反应的动态规律。求解联立方程组，可以设计任何、生产规模的反应器容积，预测生产条件下的反应结果，确定最佳工艺条件。第三章开发放大方法数学模拟放

12、大法2）数学摸型的简化如果化工过程运行的动态规律十分复杂，则必须寻求描述这种规律的简化方法，以使建立的数学模型容易运算求解。而简化数学模型的关键，在于如何找到与实际过程等效的简化方法。因此，作为工程放大设计的数学模型，并不一定要求真实地反映过程运行的机理；只要能够达到与实际过程等效。第三章开发放大方法数学模拟放大法3）数学模型的针对性任何数学模型都有明确的模拟目标，即使模拟对象相同而模拟目标不同，数学模型的型式也各异。例如，管式反应器内物料的返混可以用扩散模型描述，但扩散模型绝不能描述物料通过反应管的滞流或者湍流流动状态。由于数学模型是根据模拟目标建立的，每一种数学模型都有一定的限制范围，而这

13、种限制一般多为工程因素。例如，反应器的热交换措施，限制了模型的温度范围；物料预混合状态的好坏，决定了模拟对象是均相体系还是非均相体系；物料的循环和分离决定了流动模型的型式和限制了模型的浓度范围等等。如果事先明确了数学模型的描述目标及其限制条件，不仅容易掌握过程运行的动态规律，而且在一定程度上能使模型简化，有利于提高数学模型的可靠性。第三章开发放大方法数学模拟放大法2、研究方法根据建立数学模型的思想方法，以化学反应过程开发为例，数学模拟法可以按以下研究步骤进行。1）实验室研究化学反应特征实验室研究化学反应特征的主要任务是测定反应热力学和动力学的特征规律及其参数。由于研究目的是掌握过程运行的内在规

14、律，其研 究内容和研究手段都与逐级经验放大法的实验室研究 有很大差别。它已不再是反应器选型和条件优化，而 是希望从过程内在规律上去揭示过程运行的实质。因 此应尽可能排除外界因素对于过程内在规律的干扰，试验装置并不一定要求与生产装置相似，但对于试验 测定的精度要求较高。第三章开发放大方法数学模拟放大法2）冷模试验研究传递过程特征冷模试验是在无化学反应参与的情况下，专门考察设备内物料的流动与混合，以及传热和传质等物理过程规律的试验，目的在于研究化学反应器的属性，了解反应器型式和结构对于反应过程的影响。这种试验应有一定规模，而且试验装置也应与生产装置相似。反应器内各种物理过程的规律只随反应器的型式或

15、结构的改变而改变，只要反应器的型式和结构相同，无论反应器内进行何种类型的化学反应，反应器内物料的流动与混合，以及传热和传质等传递过程的规律相同。因此，传递过程的规律对于化学反应过程的影响具有共性。了解这一点，就为分解过程建立数学模型提供了方便。第三章开发放大方法数学模拟放大法3）综合两种特征，建立数学模型，预测工业反应器性能当化学反应特征和传递过程特征以及描述两种特征规律的函数关系式确定之后，即可用数学方法将两种规律予以综合，形成数学模型。这种模型已充分考虑了化学反应过程的内在规律和外界环境的影响因素，如果经过检验并验证其可靠，即可用来进行运算求解，可以预测放大后反应器的性能。由于数学模型所描

16、述的对象是某种型式反应器内进行某一化学反应的动态规律，只要反应器的型式结构和化学反应相同，由数学模型表示的过程动态规律应不受设备几何尺寸的限制。故运用数学模型进行工业反应器设计，应不存在放大效应。数学模型求解一般采用电子计算机。如果将数学模型编成程序输入计算机，只要改变输入的工艺条件，即可获得该条件下的反应结果，它能够反映工业反应器操作参数改变时可能出现的问题，也可以优选最佳工艺条件和预测反应器的性能。第三章开发放大方法数学模拟放大法4）中试检验数学模型的等效性 按上述步骤取得的数学模型是否能够模拟实际生产过程，还有待于通过实践检验。因此应建立中试装置进行中试，以检验数学模型与实际过程的等效性

17、。这是数学模拟法的一个不可缺少的环节。但试验目的与逐级经验放大法的中试不同。当数学模型经中试证明与实际过程等效后，就能用于预测工业反应器性能和进行反应器设计。3、特征分解过程，考察过程的内在规律简化过程，寻找建立等效模型的途径 科学试验的目的是为了建立和检验数学模型第三章开发放大方法数学模拟放大法例2用数学模拟法开发与例1相同的由过氧化氢异丙苯分解生产苯酚和丙酮的反应过程。当硫酸浓度为6N，在359K等温条件下每小时分解浓度为3.2kmol.m-3的过氧化氢异丙苯溶液3m3，要求转化率达到99.8%，计算所需的反应器体积。(1)化学反应特征该反应过程为等温、等容均液相催化分解反应，为不可逆一级

18、反应，其动力学模型为：由试验测得分解速率常数k0.08s-1第三章开发放大方法数学模拟放大法(2)传递过程特征根据等温、等容、均液相等反应过程特征，考虑选用长径比较大(l/d3040)的连续流动管式反应器作为生产设备。由于物料的粘度较小，通过反应器的物料流量较大(3m3.h-1)，反应器内流动物料应基本上处于活塞流状态，所产生的阻力损失与总压强相比，也可以忽略不计，而且由于反应器等温，器内应无温度梯度，故在反应过程中基本上不存在物料的流动与混合，以及传热和传质等传递过程对于化学反应结果的影响。上述分析与模型试验的结果相符。第三章开发放大方法数学模拟放大法(3)数学模型按活塞流反应器特征，对于不

19、可逆一级反应，表示反应器有效容积与物料流量和反应转化率关系的数学模型为：式中，VR为反应器的有效容积m3；Fo为反应物料流量，m3.h-1；k为化学反应速率常数s-1；xA为化学反应转化率，%。(4)计算结果 当要求转化率xA=99.8%时，反应器体积为：第三章开发放大方法数学模拟放大法 若将分解转化率降低1%，即xA98.8%时，反应器体积为：数学模拟法的计算结果与例l用逐级经验放大法的外推结果基本相符。从两种开发方法都看到，分解转化率只降低1%，而所需反应器体积却减少30%。由此可见，过多的提高转化率，必导致设备庞大，因为反应后期的反应速率已极为缓慢。若过分追求高转化率指标，从经济效益方面

20、考虑，并不一定恰当。第三章开发放大方法数学模拟放大法第四章 试 验试验是化工过程开发的主要工作，从立题之初的实验室研究开始，直到建成生产装置后的调试开车为止，似乎每一步都离不开试验研究。严格地说化工过程开发的试验研究与通常化学实验室所进行的科学实验是有差别的。前者研究的目的是确定技术路线、技术方法和技术措施，而后者则着重于探索自然、研究自然规律。虽然在一定条件下由化工过程开发试验所取得的数据和资料也会成为人们认识自然的宝贵信息，但两者的目的要求不同。因此化工过程开发试验表现了如下特征：(1)具有试探性和验证性的双重性质(2)力求解析性和综合性统一第四章试验一、试验工作程序1.拟订试验计划试验计

21、划通常包括以下内容：1）试验目的2）试验提纲试验的任务和目的试验考察的内容确定试验方法及试验结果检测方法提出试验设计方案确定测取哪些数据及其测量范围；预计结果和可能达到的精度。3）试验准备第四章试验试验工作程序2.进行试验在试验准备工作一切就绪后，就可开展试验考察。3.撰写试验报告 试验工作的简要说明。包括试验内容、试验方法、试验条件、试验装置和测试数据等的说明。试验数据处理。即按合理的处理方法将测定的试验数据整理成具有一定规律的简明图表、坐标曲线或者数学模型。试验结果分析和结论。包括在试验数据处理的基础上，分析试验结果精度及误差范围，提出考察结论，讨论结论适用的范围和存在的问题，提出发展建议

22、。参考文献。列举试验研究所依据的有关文献和调查收集的有关资料。第四章试验试验工作程序二、预试验和系统试验预试验和系统试验相结合是化工过程开发中最常采用的一种研究方法，这种方法能收到以较少的试验次数和较少的消耗而取得准确的技术信息的效果。1.预试验其任务是定性地或半定量地认识开发对象，以便在开发初期，对研究方案或技术开发方案提出一些初步设想。预试验不需要事先提出一个全面的试验计划，但必须有明朗的试验目的。试验内容一般是根据前面试验取得的结果或发现的问题提出的。第四章试验预试验和系统试验根据预试验的考察目的，可将其划分为以下三种试验方式：1）认识试验它是为了认识过程特征而专门设计的试验，例如考察化

23、学反应过程的温度效应和浓度效应，定性鉴别工艺方法或工艺路线的优劣，了解传递因素对于过程影响的大小以及转化率和收率的高低，产品质量和性能的好坏等。最常采用的方法是对比方法，如不同路线和方法的对比、或不同条件的对比。通过对比，来了解过程特征，建立技术概念，形成技术方案和技术措施。第四章试验预试验和系统试验2）析因试验它是一种分析过程结果产生原因的试验。由于化工过程大多是复杂的动态系统，涉及的影响因素很多，过程的结局往往都是许多因素综合作用的结果，要从复杂因素中查明影响结果的主要因素，可以借助于析因试验。在设计这种试验时，应充分注意许多工程因素的等效性，并不一定要对各种因素逐个进行试验；应分清可调因

24、素和不可调因素，对于不可调因素不必作专门考察；应分清敏感因素和非敏感因素，对于非敏感因素不必着重考察。3）鉴别试验它是为试验研究者的推论中形成的一些结论而设计的试验。这些结论一般是对技术方案提出的某些设想，如果设想一旦经试验验证，即可形成技术决策。第四章试验预试验和系统试验2.系统试验是在预试验的基础上，针对预试验确定的某些重要结论或技术设想，有目的、有计划地探明过程规律，并取得定量数据的一种试验。在化工过程开发中，预试验为概念设计服务，而系统试验则为基础设计服务。系统试验又分为数学模拟放大的系统试验和经验放大的系统试验。前者是围绕建立数学模型而进行系统地定量测试，包括：动力学试验、传递过程试

25、验、中试验证试验；后者则是为放大设计提供定量的技术参数，包括：寻找克服放大效应的条件、测定反应热、优化工艺条件和防腐试验。第四章试验预试验和系统试验三、模型试验模型试验是一种对研究对象进行间接研究的试验方法，必须建立模仿研究对象、并与研究对象相似或等效的模型。由模型试验取得的试验数据，通过一定的转换方法，即可转变为反映研究对象某些本质特征的数据。这种试验方法在化工过程开发中是一种重要的研究手段。模型试验所采用的模型有“物理模型和“数学模型”两种形式。选用何种模型进行试验，取决于化工过程开发的方法。物理模型试验：以模型和原型之间物理量相似为基础建立模型实体所进行的试验。数学模型试验：依据模型与原

26、型之间表征研究对象规律的数学函数关系一致。即数学模型与实际过程的变化规律等效，或达到数学形式的相似。第四章试验模型试验四、中间工厂试验（中试）它是将实验室研究成果放大成生产规模之前的一种过渡性试验。目前，即使采用数学模拟法进行开发放大，也仍然要用中试来验证数学模型，所以，中试是化工过程开发步骤中不可缺少的环节。中试规模一般都比小试大，而比实际生产规模小。但对于过程的模拟则比较接近实际生产情况，故能反映出小试中许多不易观察到的现象，有利于考察工程因素对于过程的影响。中试的内容和任务：检验小试确定的工艺方法和工艺条件，以及工艺系统连续运转的可靠性考察放大效应，寻找其产生的原因和消除的办法检验数学模

27、型与实际过程的等效性考察物料对于设备材质的腐蚀作用考察工艺过程中微量杂质积累对于过程以及最终产品质量的影响提供一定量的产品供进一步加工应用考察考察工艺过程中产生的“三废”情况，寻找综合治理的方法第四章试验中间工厂试验五、试验方案设计试验方案设计是为了科学地、系统地进行试验研究而对试验研究工作预先作出一个具体的实施计划。设计时，应力求用少数试验取得具有代表性的试验结果。1.基本概念因素：温度、时间、配比等水平：表示试验因素在试验中所选取的具体量的等级。如温度水平：55、75、95判据（指标）：是一种表征试验研究对象的指标，它表示该试验研究对象整体技术水平的高低。如转化率、产品质量等2.试验方法单

28、因素试验法：一次只试验一个因素多因素试验法：将多个因素组合在一起进行试验第四章试验试验方案设计3.单因素试验法均分法：将某一因素要试验考察的范围，等间距地分成56个试点进行试验。将试验结果以因素为横坐标，指标为纵坐标，制成图（或表格），从变化趋势确定因素的最优水平。此法适用于某一确定因素的条件试验。在使用此法进行因素水平变动的定量试验时要注意三个问题：试验范围试验间距试验顺序第四章试验试验方案设计平分法总是在试验范围的中点安排试验。设试验范围在ab之间，中点以x1表示，则：第四章试验试验方案设计ax2x1bx1=(a+b)/2若第一次试验结果表明x1取大了，则舍去大于x1的一半，在（a,x1)

29、的中点x2处作第二次试验；反之，若取小了，则舍去小于x1的一半，把第二点取在（x1,b）的中点。显然，应用此法时必须先有一个标准或具体指标，且能从一个试验的结果直接分析出该因素的值是取大了还是取小了，从而决定下次试验的方向。黄金分割法黄金分割法又称“0.618法，是一种单因素试验设计方法，适用于单因素优化。设有一线段为L，将它分割为两部分，长的一段为x，短的一段为L-x。如果分割的比例满足以下关系：这种分割称为黄金分割。式中为比例系数，即整个线段与分割后长的一段的长度之比，等于长的一段与短的一段的长度之比。对上式求解得：x=L=0.618L即黄金分割点在线段L的0.618处。黄金分割法是一种消

30、去法，每找到一个新的对称点，试验范围即缩小38.2%。第四章试验试验方案设计4.多因素试验法在多因素试验中，每个因素都要选择若干水平等级和因素搭配，如果因素多，而选择的水平也多，则搭配的数量很大，有时可使试验工作量大到无法按受的程度。例如：某化工产品生产转化率受反应温度(A)，反应时间(B)和物料配比(C)三个因素的影响，而规定各因素的试验范围为：A:353363K,B:90150min,C:5%7%试验的目的是为了解A、B、C三个因素对转化率的影响，并确定最适宜的生产条件。首先从试验范围选定三个水平等级：A1=353K,A2=358K,A3=363KB1=90,B2=120,B3=150mi

31、nC1=5%,C2=6%,C3=7%第四章试验试验方案设计按常规网络设计方法，将所有因素和水平搭配，则有A1B1C1,A1B2C1,A1B3C1,，共计33=27次试验。这种设计对因素与水平之间的关系剖析得比较清楚，但试验次数多。如果将因素维持不变，将选择的水平由3增至6个，则试验次数为36=729次。显然，这样的各种量是无法接受的。正交试验设计正交设计法与网络法相比，具有试验次数少，又能全面反映研究对象指标的优点。因为它是根据试验目的和数、据来选择试验点，能使所选择的点在试验范围内分布均匀，具有典型性和代表性。例如上述三因素三水平试验，按正交设计法进行试验设计，首先要选据好正交表。正交表是已

32、经规格化了的表格，它是正交设计的基本工具。第四章试验试验方案设计表中列数，最多可安排的因素数表1.L9(34)正交表 正交表代号表中的行数，表示需做的试验次数因素的水平数第四章试验试验方案设计L9(34)列号列号试验号1 2 3 41 1 1 1 12 1 2 2 23 1 3 3 34 2 1 2 35 2 2 3 16 2 3 1 27 3 1 3 28 3 2 1 39 3 3 2 1按正交表安排进行试验的具体步骤为：排表头：按照预先排好的因素水平表，将三个因素A、B、C顺序分别填入L9(34)正交表上方的三个纵列，第四个没有因素填入，可以删去。各因素水平对号入座：按照先前排好的因素水平

33、中所确定的关系，将其对号列入表内。表2.试验方案表第四章试验试验方案设计因素试验号A（温度，K）B(反应时间,min)C(配料比,%)1 A1(353)B1(90)C1(5)2 A1(353)B2(120)C2(6)3 A1(353)B3(150)C3(7)4 A2(358)B1(90)C2(6)5 A2(358)B2(120)C3(7)6 A2(358)B3(150)C1(5)7 A3(363)B1(90)C3(7)8 A3(363)B2(120)C1(5)9 A3(363)B3(150)C2(6)正交设计的特点：每个因素及各个水平在试验中都出现相同的次数任何两个因素的各个不同水平搭配，在试

34、验中都出现，且出现的次数也相同。第五章技术经济资料专门资料第五章技术经济资料以建立化工生产装置为目标所需的技术经济资料可分成：专门资料：与设计和建立生产装置直接有关的资料，如设计所需的数据和判据。外围资料：围绕建立生产装置和保障装置正常运行所需的外部条件的有关资料，如产品、原料、能源和劳动力等方面的资料。一、专门资料1.物性数据：粘度、扩散系数、导热系数、蒸汽压、汽化潜热、沸点、凝固点，以及气、液平衡数据等等。是确定工艺方法和设计工艺步骤的重要依据。第五章技术经济资料专门资料2.化学平衡数据：Kc、Kp，是研究化学反应过程，确定工艺方法和进行技术评价的重要数据。3.转化率和收率：对于反应：aA

35、+bBpP+qQ转化率:XA=(nA0-nA)/nA0表明反应物中关键组分A的转化程度。收率:Y=(a/p)(nP/nA0)表明反应物中关键组分A转化为目的产物P的相对生成量。选择性：=(a/p)(nP/(nA0-nA)表明主反应和副反应的相对强弱。三者关系：Y=XA产率：=反应得到某产物的量/按理论计算全部反应完全得某产物的量第五章技术经济资料专门资料4.化学反应速率：rA,是反应器放大的重要依据之一。5.物料衡算和能量衡算：是设计生产装置和工艺流程的基础，也是技术经济评价的依据。物料衡算稳定条件下：输入量=输出量当衡算体系内有化学反应发生时：输入量+生成量=输出量+消耗量+累积量如果过程处

36、于稳定状态，上述关系中的累积量为0，则上式变为：输入量+生成量=输出量+消耗量能量衡算稳定条件下：输入能量=输出能量当反应体系内有热效应时：输入能量+反应放出能量=输出能量+系统中累积能量化工系统的能量衡算主要有机械能衡算和热量衡算。第五章技术经济资料专门资料4.流程图：是用来展示整个工艺过程中设备和单元操作的关联顺序，说明物料流动和能量传递的情况，简明地将生产程序表示出来的图样。按照不同的使用目的，可分为：工艺流程图：用以表明生产中物料流向，所包含工艺方案流程图的单元操作和所需的设备。物料平衡图：表示工艺操作中原料和产物（副产物）在各设备中的定量关系。工艺施工流程图：是带控制点的工艺流程图，

37、应画出所有生产设备及全部管路、控制点、阀件。工艺流程图都应有相应的技术说明书，以说明各工艺步骤的作用、工艺条件及技术要求等内容。苯十二烯烷基化反应 AlCl3AlCl3淤泥精馏轻馏分杂质重馏分杂质磺化反应含SO320%的发烟硫酸油水分离器水78%的废硫酸中和反应 20%的NaOH干燥产品图1.十二烷基苯磺酸钠生产工艺流程方框图第五章技术经济资料专门资料第五章技术经济资料专门资料图2.制备十二烷基苯磺酸钠的工艺流程图第五章技术经济资料专门资料图3.生产十二烷基苯磺酸钠的物科平衡图第五章技术经济资料外围资料二、外围资料1.原料方面化工生产中原料费用往往是生产成本的主要组成部分，因此，收集原料价格、

38、产地、品位、供应量，以及国家资源政策和工业发展规划等方面的信息和资料，是决定项目开发的工艺技术路线、生产规模，甚至项目取舍的重要依据之一。表1.几种重要化工产品原料费用在成本结构中的比重第五章技术经济资料外围资料化工产品的原料主要有：矿产品：贮量、品位、开采规模、价格及国家对自然资源的开发规划及对矿产品的分配计划。农副产品：产地、产量，作为工业原料的可能性，非收获季节供应的可能性，价格，贮存条件。化学合成产品：生产厂家的规模，产品规格，质量及价格，市场供应情况，进口的可能性，国内发展前景。2.产品方面产品特性：纯度和有害杂质的限量。产品的社会需求市场价格第五章技术经济资料外围资料3.副产品方面

39、主要应收集副产品的种类、性能、数量、对环境的危害性，以及可能采取的处置方法。其中特别注意收集对环境影响的详细数据和不同处置方案的经济价值，以便在考虑产品开发技术方案时注意综合利用和综合治理。4.能源热能：用作加热介质和设备动力电能：用于动力设备，电加热设备和电化学反应5.厂地选择方面主要是气象条件、地形、工程地质资料、交通运输、环境保护、水源、厂区及邻近地区情况、排洪及排水资料、供电及电讯资料。第六章反应器及其放大第六章反应器及其放大在化工过程开发中，反应器的投资只占装置总投资的一小部分，但它却是化工生产的核心。化工产品开发的成败，在一定程度上取决于反应器结构型式和材质选择是否恰当，放大设计是

40、否合理，以及操作条件是否优化。反应器型式和材质选择主要依据是化学反应特征、反应物料特性以及工艺要求；反应器放大设计的目标是放大前后产品的收率相等；而操作条件优化则主要从化学反应速率和反应选择性考虑，选择最佳反应条件，使产品质量和收率达到最优。化学反应过程的产物收率主要由反应的平衡状态、反应速率和反应物料在反应器内的停留时间分布等三个因素控制。第六章反应器及其放大一般化学反应平衡规律和速率规律不会因反应器的型式和大小而改变，因此，只要保持放大前后两系统的绝对压强和绝对温度相等，则平衡常数和速率常数的数值也会相等。影响化学反应速率的因素除反应温度外，还有反应物浓度。物料在反应器内的停留时间分布对反

41、应体系内物料的浓度和浓度分布有很大的影响，这种现象出现在除了活塞流反应器以外的所有连续流动的反应器内。因此，在放大时应考虑两系统的停留时间分布相同。第六章反应器及其放大反应器选择反应器的基本类型按反应器的构型特征分：釜式、管式、塔式、固定床、流化床按反应物料的相态分：均相反应器：釜式反应器、管式反应器非均相反应器：塔式、固定床、流化床按操作方法分：间歇操作、连续操作、半间歇操作第六章反应器及其放大反应器选择反应器的选择选择反应器不仅是化工过程开发的重要内容，而且也是比较困难的一项开发工作。由于实际生产过程中所涉及的影响因素很多，要从反应器的型式上兼顾各种因素均能处于最佳状态，一般很难做到。但应

42、尽可能满足化学反应特征和对工艺的要求。选择反应器原则一般应考虑以下几个方面：根据物料相态选择反应器均液相反应：间歇或连续操作搅拌釜，或活塞流管式反应器气相反应：管式反应器气固反应：固定床反应器或沸腾床反应器气液反应：半间歇或连续鼓泡反应器，或逆流塔式反应器第六章反应器及其放大反应器选择第六章反应器及其放大反应器选择第六章反应器及其放大反应器选择第六章反应器及其放大反应器选择第六章反应器及其放大反应器选择根据传热要求选择反应器凡化学反应都伴随着热效应，而又必须维持一定的反应温度，因此对反应系统提出了传热要求，在反应器的设计中，应设置热交换构件。一般对于反应热效应较小的反应过程可以考虑绝热操作。而

43、对于反应热较大的反应过程则采用非绝热操作。第六章反应器及其放大反应器材质化工生产中常常涉及各种腐蚀性介质，因此，正确选择反应器及其它化工设备材料，无疑是化工过程开发中应于着重考虑的问题。这一问题否妥善解决，有时甚至是决定整个开发工作成败的关键。碳素钢、合金钢等黑色金属材料普通碳素钢、不锈耐酸钢、高硅铸铁铅、铝、钛等有色金属材料耐酸搪瓷及其它无机耐腐蚀材料耐酸搪瓷、陶瓷和玻璃、辉绿岩铸石、石墨塑料、橡胶和玻璃纤维增强塑料第七章技术经济评价技术经济评价内容第七章技术经济评价技术经济评价的任务是论证技术开发方案的可行性。在化工过程开发中每一个开发步骤都必须经过技术经济评价，只有通过评价证明该步骤所取

44、得的结果和所作出的结论在技术上可靠和经济上合理，才能转入下一个开发步骤。故随着化工过程开发工作的进展，技术经济评价随之深入，而技术方案的形成也随之完善而具体。因此，技术经济评价是化工过程开发不可缺少的环节。技术经济评价属于工程研究。它要求研究者不仅应熟悉过程的有关技术内容，而且还应掌握投资、成本、价格和市场等经济信息以及评价标准和评价方法。第七章技术经济评价技术经济评价内容技术经济评价的内容主要是从社会效益、经济效益和环境效益等方面对技术开发方案进行评价，以决定取舍。评价时，首先应确定一个用以衡量方案价值的综合标准，作为评价的依据。价值标准：是从社会、经济、技术和生态环境等方面预测方案实施后所

45、产生的效果，而提出的一个具有可比性和比较客观的标准。技术经济评价内容技术评价：即评价方案的技术水平。主要考虑技术开发方案的先进性、可靠性和适用性。经济评价：主要是从方案实施后生产单位产品产生的经济效果和对社会产生的经济效果两方面考虑。具体有：成本、盈利、生命周期。社会评价：是对方案实施后可能产生的社会效果进行评估。第七章技术经济评价技术经济评价内容生态环境评价：主要考虑生产中排放的“三废”对于自然环境可能产生的污染。主要有：污染程度、危害性、治理方法的有效性、治理投资等。原料、能源和水源评价：市场评价：着重考虑产品的销售及销售前景。评价方法：专家评价法：函询、专家会议直观判断法：是一种以“分数

46、”为尺度对项目进行评估的一种定量的评价方法。经济评估法：以各种经济指标为尺度评价和选择方案的方法。有指数评价法和投资回收期法。价值工程评价法：是对新产品或新工艺的技术开发方案进行功能和成本分析，以选择提高功能和降低成本最优方案的评价方法。第七章技术经济评价第八章技术成果鉴定、专利申请和技术合同第八章技术成果鉴定、专利申请和技术合同技术成果是在解决生产建设中的科学技术问题时所取得的新颖、先进和具有实用价值的成果。包括：新产品、新技术、新工艺、新材料、新设计和生物、矿产新品种等。专利申请：中华人民共和国专利法技术合同：中华人民共和国技术合同法成果鉴定：科学技术成果鉴定办法第八章技术成果鉴定、专利申

47、请和技术合同一、技术成果鉴定1.科技成果的类型科学理论成果：凡阐明自然现象的特征、规律及内在联系的，在学术上具有新见解，并对科技发展具有指导意义的研究成果。包括：基础理论研究成果和部分应用研究理论成果。应用技术成果：凡解决生产建设中科学技术问题的，具有新颖性、先进性和实用价值的研究成果。包括：新产品、新工艺、新材料、新设计和生物、矿产新品种。软科学成果：凡推动决策科学化和管理现代化，对促进科技、经济与社会的协调发展起重大作用的研究成果。第八章技术成果鉴定、专利申请和技术合同2.需要鉴定和能够鉴定的成果执行国家科技计划项目所完成的科技成果申报科学技术奖励的科技成果根据有关规定应当进行鉴定的科技成

48、果未列入国家科技计划的科技成果，需要鉴定时，应先向上级主管部门或所在的地区科委的成果管理机构提出鉴定申请，经审查批准后，才可按办法规定的形式和程序进行鉴定。3.申请鉴定应具备的条件完成项目任务，达到规定的技术要求。学术或技术资料齐全，并符合科技档案管理部门的要求。应用技术成果应经过实践证明已经成熟，并具备应用推广条件。软科学成果应经有关单位采纳或应用。第八章技术成果鉴定、专利申请和技术合同4.鉴定内容科学理论成果所需文件是否齐全并符合要求,论文发表后被引用的情况对项目的研究目的和意义的评价该成果的论点、论据是否明确，有关数据是否准确该成果的学术价值，与国内外相同学科比较，其成果的创新点，学术意

49、义和所能达到的国内外实际水平该成果存在的缺点和改进建议应用理论研究成果应补充经过实践检验的效果，应用范围及对可能产生的经济效应和社会效应的分析报告应用技术成果所需技术资料和文件是否齐全并符合要求是否达到计划任务书（合同书）规定的技术指标有关技术文件中的技术数据和图表是否准确完整与国内外同类技术比较，其特点、独创性和水平第八章技术成果鉴定、专利申请和技术合同实践检验效果、应用范围和推广方案的可行性社会、经济效益分析和估算的可靠性存在问题及改进的建议软科学成果所需文件是否齐全并符合要求是否达到课题要求的标准和目的应用情况和实践检验效果成果所达到的实际水平存在问题及改进的建议5.鉴定形式检测鉴定：由

50、专业检测机构按照国家标准、行业标准或有关技术指标进行检验、测试和评价，并作出结论验收鉴定：由验收单位按照计划任务书或所规定的验收指标和方法进行测试和评价，并作出结论专家评议：由同行专家对科技成果的有关技术资料，以书面形式进行审查和评价，并由组织鉴定的单位汇总后作出结论。第八章技术成果鉴定、专利申请和技术合同视同鉴定需要鉴定的成果，如果满足下列条件之一，则视同已经通过鉴定：已经生产实践证明技术成熟，取得经济和社会效益，并由实施单位出具证明者经技术合同登记机关登记的技术项目，已按合同约定验收合格，在生产实践中应用后取得社会、经济效益，并由签署合同的对方或当事人出具证明者经中国专利局授予专利权的发明