化工过程开发概要 填空 化学工业发展看各种新产品、新工艺、新技术.docx

化工过程开发概要一 填空1. 化学工业发展看，各种新产品、新工艺、新技术，它们在实现工业化之前大多都是从实验室研究开始的。但是，实验室研究与工业生产之间由于处理物料量等许多条件相差悬殊，两者差别很大。实验室研究成果往往不能反映工业真实情况。2. 将实验室研究成果直接用于大规模生产是不合适的，还必须在实验室研究成果的基础上采用不同形式的研究方法和手段考察实验室条件下未能获得的各种技术经济信息；同时还应论证该研究结果放大成工业规模的可行性。只有经过科学论证确认其工艺技术路线在技术上的可靠性，在经济上的合理性，并能提供设计生产装置的准确数据才能有条件去建立生产装置。这种由实验室研究过渡到建立生产装置的全过程就是化工新产品新工艺或新技术的开发过程，统称为化工过程开发。3. 化工过程开发包括了立项前的可行性研究，在实验室条件下进行的小试，放大的模型试验和半工业化的中间工厂试验，以及对由研究确定的工业技术方案进行技术经济评价，设计生产装置，安装，调试，开车等许多步骤，并涉及化学、化学工艺、化学工程、化工机械、测量与控制以及经验分析和系统优化等许多学科知识，因此只有把整个开发过程看作一个系统，使系统内各个相互联系与相互作用的要素协调配合才能合理而有效的完成化工过程开发任务。4. 虽然化工过程开发步骤很多，所研究的问题与考察的内容又十分广泛，但归纳起来是放大与优化两项工作。5. 化工过程开发是从立项前的可行性研究开始，途经实验研究形成技术方案，设计与建设生产装置，开车调试，直到投入正常生产等过程。步骤：（1）实验室研究：针对开发项目所做的基础研究部分与小试基础研究部分：不同于相对应用研究的基础理论研究，而是开发研究中在实验室进行的筛选技术路线与工艺方法，测定有关物性数据与反应动力学及热力学参数，筛选分析方法与研制催化剂等。目的与理论基础研究不同，它只是一句技术开发要求从试验中收集与过程开发相关的基础数据或技术信息，而不是以探索自然现象来寻找自然规律为目的。小试：化工过程开发的基础研究成果上进行的，当筛选的技术路线和方法被确定之后即可在实验室建立小型试验装置进行工艺模拟实验，由于规模较小称为小试，研究对象主要为工艺路线，其中很重要一项工作是优化工艺条件。（2）收集资料（3）概念设计（4）技术经验评价：初步评价，立项之前对项目确定取舍的评价，“立项评价”；中间评价，各阶段研究成果所做的评价；最终评价，工业化评价或项目评估，为项目投资建设做出抉择（5）模型试验冷模实验：采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物质进行试验热模实验：实际生产物料并按实际操作条件进行实验（6）中试：中间工厂实验，小试或模型试验之后进行的半工业化规模的模拟实验，耗资最大（7）基础设计（8）工程设计（9）建立生产装置6. 凡与化工新产品开发、生产技术改造、新工艺与新技术推广应用等有关研究项目，都是化工过程开发的课题，属于应用性质的研究。大多数是根据国民经济发展需要与市场需求的提出，应有较好的社会效益、经济效益与发展前景。来源：纵向课题，指国家或地方规划内的课题；横向课题，委托研究课题，一般由企业事业单位根据各自发展需要提出课题，并委托研究单位进行研究；自选课题，研究人员根据文献、互联网调查或者社会调查自行确定的研究课题。7.化工过程开发的试验工作量很大，一直贯穿开发工作的始终。开发试验与通常在化学实验室进行的基础研究试验是有差别的，前者着重于确定工业化生产的技术路线与技术方法，后者则着重于认识自然与探索自然规律。虽然在一定条件下，开发试验也可能为人们认识自然和了解自然规律提供信息和数据，但两者的目的和要求是完全不同的。（1）具有探索和验证的双重性质试验之前有文献检索与社会调查提出的初步设想，后应探索设想的可能性，有时需要在探索性试验中取得技术信息用来验证设想的技术方案，有时需要在验证性试验中需要探索一些发现的新问题方能取得验证的结论。（2）才用了解析和综合相结合的研究方法8.试验工作程序：拟定试验程序，试验工作（试验准备阶段，试验阶段），试验总结（1）拟定试验计划多数开发试验都是多因素试验，需要考察的内容一般都十分广泛。为了保证试验工作顺利进行的效率和效果，在项目立项论证的基础上，应先提出一个试验计划。试验计划的内容包括试验的目的要求、考察的内容、试验方法和检测方法、试验装置设计、测定的数据及其测量范围等等。其中的试验内容主要侧重于解决工艺技术方案设想中的技术问题,而试验变量的测定范围,应限定在工艺的可操作范围以内，无须再拓宽测定范围。至于试验方法和检测方法，则应简便可行。可以采用一些简单等效的方法对考察对象进行简化，不一定对考察对象作真实模拟。因此,化工过程开发试验计划与通常的科学研究试验计划，就有了许多差别。（2）试验工作试验工作分为两个阶段，即试验的准备阶段和试验阶段。试验准备阶段试验准备阶段的工作为：设计、制作、装配和调试试验装置，选择分析方法和确定分析仪器，确定测控条件和测控点位置，检查试验现场的水、电、水蒸气供应系统，检查试验现场通风、照明、防火、防爆安全措施，购进试验原材料和药品等。试验准备工作对于保证试验的顺利进行是很重要的。准备工作应周密细致而充分，不要疏漏和急于求成。试验阶段试验阶段的工作主要是观察试验现象，记录试验数据，测定试验结果。对于试验记录，应力求客观、真实、可靠。（3）试验总结开发试验总结主要是为下一步骤的研究工作提供设计或评价的依据以及有关技术信息。其内容应包括试验取得的结果，试验存在的问题和下一步骤待研究的内容。其中试验结果有最佳工艺条件、最佳催化剂配方、测定的模型参数值，以及操作变量影响过程运行结果的规律等等。关于试验数据的表达，一般都应在线性回归之后，形成带有一定规律性的结论，并由此推论技术方案或技术措施。至于试验存在的问题，则必须在总结中充分反映出来，因为它关系到试验结论的正确性和下一步骤应当研究考察的内容。9.工业反应器的基本类型：按反应器构型分类有釜式，塔式，管式，固定床与流化床；按反应物料的相态分类有均相反应器与非均相反应器；按操作方法分类有间歇操作，连续操作与半间歇操作。10.工艺流程的合成与优化是化工过程开发的重要内容，在化工过程开发中以各种形式手机的技术经验信息，最后都要在流程的合成与优化中反映出来。工艺流程的合成，是随着开发研究工作的不断深入而逐步完善的。在不同开发阶段都会涉及流程的合成和优化。但是愈到开发过程后期，工艺流程的设计就会愈加细密、全面和完整。流程也是化工工艺设计的基础，无论概念设计还是基础设计，通常都是先定流程，然后才依流程再进行各种详细的工艺计算。11.任何化学工业产品的生产都会有化学反应过程，以及反应过程之前的物料预处理和反应过程之后对物料的分离与提纯。这种以化学反应为工艺核心，并连接反应前、后对物料处理的工艺步骤，形成一个由原料到产品的生产工艺程序，称为工艺流程。循环产品废料原料预处理化学反应分离提纯12.对于不同产品，由于化学反应和物理在前、后的处理方法和要求不同，而会有不同的工艺流程。即使生产同种产品，因生产物料和生产厂家环境条件有异，也会有不同工艺流程。尽管各种产品生产的工艺流程的繁简程度和组合方式各不相同；但以化学反应为核心，配合反应前、后对物料进行处理这一结构的顺序是不变的。13.市场预测 见名词解释最后个14技术经济评价是从社会、经济、技术和生态环境等方面来预测工艺技术方案实施后所产生的效果，并由此提出一个比较客观的具有可比性的标准，称为评价标准。15技术经济评价属于工程研究，它要求研究者不仅要熟悉开发项目的有关技术和有关评价标准；而且还应该掌握经济及其他方面的评价标准和评价方法。只有掌握这些内容后才能做好技术评价工作 挑重点看：（一）评价标准的确定技术经济评价是从社会、经济、技术和生态环境等方面来预测工艺技术方案实施后所产生的效果，并由此提出一个比较客观的具有可比性的标准，称为“评价标准”。在评价时，通常是将各项评价内容和指标，按其优劣分成若干等级，每一等级都给以相应的分数，然后对该工艺技术方案所能达到的指标记分，并按统一的整理方法求出对该方案评价的综合结果，以此作为衡量该方案所体现的价值。不同评价对象的评价内容是不同的，其评价标准也不相同。从总体看，确定评价标准应注意以下3个方面：(1)评价标准应根据开发对象和要求达到的目标来规定，但必须符合该项目开发的基本指导思想和立项时规定的指标。例如新产品的开发，市场需求的评价标准很重要，如果不首先确定其用途和市场需求量，则可能导致开发的失败。因为开发新产品的指导思想就是提供新产品以满足社会发展的市场需求。如果技术开发项目是针对老产品生产工艺进行技术改造，则劳动生产率、经济效益、产品质量和改善环境状况应为主要的评价标准。因为技术改造的目标就是要提高原生产工艺的各项技术经济指标，此时市场评价标准则是次要的。(2)由评价标准确定的价值等级应为表示评价内容优劣的定量指标，只有这样才能提高评价结果的准确度。如果在评价标准中，有些内容一时难以作出定量评价，也应使之相对规范化和数量化。评价标准中的许多经济指标都是可以定量化的，如投资、成本、盈利等等，但技术价值和市场前景，则只能采用相对数量化的方法来加以解决。例如，技术价值的概念是：在技术方案中取各技术评价指标得分的算术平均值，和评分标准中最高分数(Pmax)之比。设技术价值为x，则x=/Pmax (91)式中：=(Pl+P2+P3+Pn)/n，其中n为技术评价指标的数目，Pl，P2，P3,Pn，分别表示各技术评价指标的得分。理想方案的技术价值x=1，根据德国标准(VDI225)规定，技术价值x0.8为好方案；x=0.7左右为较好方案；x0.6为不可行方案。由此对方案的可行程度可以作定量描述。(3)评价标准必须有明确的时、空边界条件。所谓“时、空边界条件”是指评价对象的价值不能离开该对象所处的时间和空间环境。因此，任何评价标准的量度都具有相对性，它会随着时空环境的改变而变化。例如在开发初期对项目投资、成本、盈利的估算，以及对市场调查所作的市场前景估计，在项目实施时，都必须作较大的修正。因为开发周期一般延续数年，在数年中原材料的供应、产品的销售，以及它们的价格都可能发生较大变化，如果不随着开发研究的进行随时调整和修改评价指标，必然会引起评价结论的不准确甚至错误。二、评价标准评价标准有技术评价，经济评价，社会评价，生态环境评价，原料、能源和水源评价，以及市场评价等6个方面。现分述如下：1技术评价标准技术评价主要考虑技术开发方案的先进性、可靠性和适用性，即评价方案的技术水平。评价时，首先要考虑的是预计方案实施后，投产运行的可靠性，是否能达到立项时所规定的技术指标；其次是考虑方案的适用性，即在现有时间和空间环境下该方案实施的可能性；最后是考虑方案的先进性，即方案的科学价值、技术效果以及适应的范围和发展前景等。任何开发项目的立项首先是出于需要，所以应尽快开发并使之投入生产。凡不可靠和不适用的技术方案，即使十分先进也不能采用。但先进性又是评价技术开发方案的主要条件，因为先进性体现了劳动生产率高，原材料消耗省和生产周期短等特点。这些都是化工过程开发所追求的目标，不能忽视。在选择方案时，不能因为局部条件的限制，而以陈旧落后的方案取代先进可靠的方案，甚至盲目推广陈旧落后的方案，这一点在开发研究中必须注意。技术评价还应特别注意方案所隐藏的风险因素。从技术上考虑，这种因素主要来源于两个方面。一是方案的技术要求违背了自然科学规律；二是方案的技术要求超越了现有的技术水平和技术能力。如果技术开发方案隐藏着这类风险，则失去了对它进行技术评价的意义。通常，对方案风险因素的评价只能凭经验估计，难以进行定量推算。为了保证估计的准确性，所采用的典型方法是对评价对象的功能特性进行分解，并将分解后的每一项技术特性提交相应的专家评议。例如，技术方案的先进性一项，可由专家根据当前科学技术发展速度，预测该方案所采用的技术随着使用时间的延长逐渐变得陈旧而被淘汰的周期来进行评价，并将淘汰周期定为评价指标。对于同一技术开发项目，可以有不同的技术方案，各种方案所表现的技术先进性也各不相同。显然先进技术的淘汰周期长而具有竞争能力。运用淘汰周期这一指标进行不同方案的比较，可以比较准确地评价方案的技术先进性。关于化工产品质量的技术评价，主要考虑技术路线是否能保证产品符合用户要求的质量。产品质量的好坏，不仅说明技术方案的先进性和可靠性，而且也是产品保持市场竞争能力的重要因素。2经济评价标准经济评价主要是从方案实施后对生产单位产品产生的经济效益和对社会产生的经济效果两方面来考虑，具体地说，主要考虑如下指标：(1)投资和成本投资和成本是技术经济评价的重要指标，它是决定项目是否具有开发价值的重要因素。关于投资和成本的概念及其估算方法已在第七章中作了介绍。这里要着重补充说明的是关于开发费用。化工过程开发的投入从立项调研开始，也就开始了费用的支出，随着开发工作的深入，开发费用也逐年增加，其中最大一笔支出是中试费用，通常开发费用约占总投资的20左右。在我国有时把开发费用作为项目投资的一部分，可根据研究与设计投入的人力、物力和工时消耗进行估算。关于中试费用，一般按中试装置费用的三倍计算。(2)盈利盈利是指方案实施后，从生产销售中产生的纯利收入。由生产成本和销售收入核算来确定。但在化工过程开发阶段对方案作评价时，只能粗略估算。盈利的评价指标，可采用“投资回收期”或“投资回收比”。它们的计算方法有所谓“静态盈利”和“动态盈利”两种方法。静态盈利：静态盈利是指方案实施投产后，预计每年从盈利中回收投资的费用与总投资费用之比，称为投资回收比r，即 （9-2a）式中：正为估计企业每年销售产品所得的纯收入值；H为估计企业每年的生产总费用(每吨产品成本年生产能力)；I为估计总费用(建设投资+开发费用)。投资回收比的倒数(1/r)，即投资回收期，即 (9-2b)对于化工生产装置，我国所期望的投资回收期为小于5年。而德国的投资回收期一般为小于4年(投资回收比大于25)。各国的投资回收期略有差别。通常是根据各国国情自定。动态盈利：动态盈利是指除去投资所付出的货币利息和计人货币价值随时间变化贬值后所得的盈利。因为投资是在短期内支付的，而投资回收却要分摊到若干年以后。在计算盈利时，故应考虑投资货款所付出的货币利息和投资回收期以内货币价值的变化。(3)生命周期生命周期又称淘汰周期，有两种含义：其一是指技术方案实施投产后，由于生产装置腐蚀磨损导致报废所经历的时间(自然磨损期)；另一是指开发项目采用的生产技术或生产的产品随着时间的推移逐渐陈旧而被新技术或新产品所取代，致使该工艺技术或产品失去竞争能力而被淘汰的时间(精神磨损期)。在对方案进行评价时，两者均需考虑。两种不同含义的生命周期在实际生产中都是相互并存的。如果技术或产品的陈旧速度慢，而设备的腐蚀磨损破坏速度快，在额定的期限内很难使生产获得较大的经济效益。相反，若技术或产品的陈旧变化速度快，设备的腐蚀磨损破坏速度慢，则完好的设备很快失去竞争能力也会导致经济效益下降。因此，生命周期是对方案进行经济评价的又一重要指标。3社会评价标准社会评价是评估工艺技术方案实施后产生的社会效果。任何开发项目都必须从国家的整体利益出发，不能只顾局部或地区利益而与国家的发展方针政策相违背。如果违背了国家利益，即使是技术先进可靠、经济效益再好的项目也不能采用。社会评价主要考虑以下几个方面：政策：考虑开发项目及其主要的技术经济指标是否与国家现行的或长远的科学、技术、经济、发展等方面的政策相一致。法律：考虑开发项目及其工艺技术路线是否与国家颁布的有关法律、法令、条例等法规相违背，如自然资源保护法、环境保护法等。社会效益：考虑开发项目实施后所产生的社会影响，如填补国家或地区空白、促进行业发展、改变产品结构、出口创汇和脱贫致富等等。劳动组织和结构：考虑项目实施后对于改变社会职业结构、劳动力就业和劳动人口的文化技术水平所产生的作用。对人类生理和心理的作用：考虑项目实施后工业物料和生产操作的特殊条件对人们生理和心理所产生的作用。如有毒、有腐蚀和刺激性气味的物料，以及高温、高压和繁重或紧张的操作条件等，都会给生产人员以及厂区周围群众的生理和心理状态产生不同程度的影响。4生态环境评价标准在化工过程开发项目的评价中，应将生产过程中排放“三废”对生态环境的危害和治理“三废”作为技术经济评价的重要内容。考虑的评价指标有：污染程度：指排放有害物质含量的高低，应与国家环保部门规定的允许排放标准相对照。危害性：指排放的有害物质对人、畜、鱼类和植物可能产生的毒害，有害物质可能扩展的范围，以及有害物质能够降解或不能降解等等。治理方法的有效性：指“三废”治理方法的难易和治理后能否达到国家规定的有害物质排放标准。治理投资：指“三废”治理装置投资和治理操作消耗费用的大小。5原料、能源和水源评价标准将化工生产中的原料、能源和水源作为单独的评价标准单列出来予以讨论,是由于它们在化工过程开发中的重要性不容忽视。任何化工项目如果没有考虑好原料、能源和水源，都很容易导致项目投资的失误。原料评价：主要考虑原料来源、交通运输条件、供应量、晶位及其稳定性，以及原料价格及市场需求情况。能源评价：主要考虑能源的形式、供应条件、能源消耗量及价格等等。水源评价：主要考虑生产用水耗量、供水条件、水质及对净水的要求和净水的成本等等。6市场需求评价标准市场需求评价着重考虑产品销售及销售前景。对于新产品开发项目，应考虑能否取代老产品；如果能取代，还要考虑取代后技术是否简单、成本是否低廉、产品的质量是否优良，以及用途是否广泛等等。关于产品销售不仅要看销售量的大小，而且要看市场销售价格能否产生盈利以及盈利的多少。而产品销售前景则应预测市场需求量及其稳定性、预测产品销售价格及其稳定性等等。以上评价标准是从化工过程开发项目应考虑的评价内容提出的。对于具体的开发项目，由于各自的技术经济条件不同，其评价内容也有所侧重和取舍。不一定把所有的评价标准都列上进行逐一评价，但生产技术、经济效益和市场需求这三项往往不可缺少。三、评价方法技术经济评价的方法有多种，但一般都是凭评价人的经验进行评估。虽然也有一些定量标准，而这些标准大多数也是由评价人凭经验确定的。尽管这些评价方法的定量化程度较低，但其评价结果仍然可以反映一个技术开发方案的优劣。以下主要介绍直观判断的评价方案。这种评价方法是以“分数”为尺度对项目进行评价。在进行评价之前，首先要根据评价对象的特点列出评价的内容和标准，然后对每项评价标准定出评价等级，并人为地确定每一等级的分数。评价时，根据评价内容记分，以得分的多少定优劣。直观判断的评分方法有加和法、连乘法、加乘法和加权法等数种。加和法：是将评价项目的得分数累加,然后按各方案总分数多少为序排列以定优劣。这种方法简便、最优方案和最劣方案都比较明显。但中间方案由于分数相近,排列次序的精度不高。连乘法：是将各评价项目所得分数连乘，得到的连乘分数，可使参加评比方案的分数差距拉大，方案的优劣一目了然，其灵敏性较好。加乘法：是一种加和法和连乘法的组合方法。该法是将方案的评价内容分成若干小项，并将小项分成相应的评分等级进行评分，然后将每项内容中小项得分相加，最后将小项评价内容的加和总分连乘，得出总分数。这种方法集中了加和法和连乘法的优点，精度较高。二名词解释与问答1.放大效应放大效应是指化工过程放大之后，表现于相同条件下在大小两个设备内进行同一过程的结果不同。例如化学反应器放大后与放大前相比较，在相同反应条件下，反应转化率、收率、产品质量可能都不相同，这种现象称为放大效应。2.开发放大的方法、特征与研究方法（1）经验放大法：采用实物模型来模拟放大过程，从实验室小试开始经过若干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，依此将化工过程放大成生产规模，属于经验性质的研究考察，只管输入输出，消除放大效应。研究方法：反应器的选型，采用小型装置在实验室进行试验，“结构变量试验”；优化工艺试验，“操作变量试验”，设备选型之后进行；反应器的放大，“几何变量试验”，逐渐放大，一个放大倍数不宜过高，每放大一级都重复前一级试验确定的工艺条件，观察放大效应的强弱。特征：只注重输入输出关系，纯属于综合考察性质，“黑箱”，没有深入到过程运行规律的内部进行考察，从机理上找到反应器内进行化学反应过程的运行规律；试验程序人为规定，人为把结构变量、操作变量和几何变量分来进行考察，避免出现前后实验步骤所得试验结果互相矛盾；放大是根据试验结果外推，外推只实用于线性规律。（2）数学模型法：在充分认识过程的基础上，运用理论分析，找到描述过程运行规律的数学模型。只要验证了该数学模型与实际过程等效，即可应用于反应器的放大计算。数学模型通常是一组描述过程运行动态规律的代数方程或微分方程，要能表现实际过程运行的规律，又要简单便于应用，通常用物料衡算、热量衡算与动量衡算式联立方程组表示，每个数学模型都有针对性与明确的目标。研究方法：1研究反应过程：研究反应过程的内容是鉴别化学反应的类型和控制步骤，测定反应动力学和热力学数据，分析反应过程中产生的一些特殊现象，以及确定工艺参数变化的范围等等。其目的在于揭示反应过程的内在规律。这项研究工作通常在化学实验室进行。它与逐级经验放大法的试验不同，不再是只考察输入和输出的关系；而是深入过程内部去了解过程运行的本质。2研究传递过程：研究传递过程通常是在假设无化学反应进行的情况下，用冷模试验专门考察反应器内物料的流动与混合、传热与传质等物理过程的运行规律。目的在于了解反应器的构型特征，研究反应器构型对于反应过程的影响。3综合两过程规律，建立数学模型：以上两步研究是将大型反应器内进行的反应过程分解为化学过程和物理过程分别加以研究的。这种分解有利于揭示过程运行的内在规律，但是反应器内进行化学反应的物料转化率和收率等指标，都是化学反应规律和物理过程规律共同作用的结果。因此，建立的数学模型必须综合两种规律。首先应找到它们之间的结合点，然后才能用数学手段予以描述。化学反应规律和物理过程规律的结合点主要体现于物理过程规律对于反应温度和反应物浓度的影响。即所谓“温度效应”和“浓度效应”。4检验数学模型：按上述步骤建立的数学模型，一般都经过了若干简化，这样的数学模型是否会与实际过程等效，则必须经过检验方能确认。检验数学模型的方法通常是建立中试装置来进行中试，将中试结果与数学模型在相同条件下的计算结果对照，如果两者相同或十分相近则证明该数学模型与实际过程等效。否则，应修正数学模型后再进行检验。用数学模型进行放大，应不存在放大效应的问题。特征：1分解过程，不作综合考察数学模型法最明显的特征是分解过程，按化学过程和物理过程分别进行研究，而不是只考察输入和输出关系的综合结果。2合理简化过程运行规律：由于化工过程的复杂性，不简化过程规律，则不易建立实用的数学模型。故数学模型法研究的侧重点，还在于找到简化过程规律的合理途径。3科学试验是为了建立和检验数学模型：建立和检验数学模型都必须通过科学试验，科学试验仍然是数学模型法不可缺少的研究手段，不过试验的目的与经验放大法不同。从方法论的角度看，数学模型法与经验放大法是完全不同的两种开发放大方法。前者是从了解过程运行的规律入手，建立数学模型作为放大依据；后者则把过程当成“黑箱”看待，靠综合考察获得的试验结果作为放大依据。可以实现高倍数放大，缩短开发周期，减少人力物力损耗，但建立正确的数学模型难度较大。（3）部分解析法：部分解析法是介于经验放大法和数学模型法之间的一种开发放大方法，即用理论分析和实验探索相结合来进行化工过程的开发放大。对于一些较为复杂的化工过程，建立数学模型比较困难；而经验放大又耗资巨大且开发周期较长，采用部分解析法则可收到较好的开发效果。研究方法：1.浓度效应：在大型工业反应器中，影响反应物浓度的因素有物料返混、预混合、进料浓度、加料方式、操作方式，以及非均一系的混合状况等工程因素。在实际生产中，不同生产条件下的工程因素及其产生的机理各不相同，但只要使反应器内物料的浓度和浓度分布相同，对于同一化学反应，必然产生相同的反应结果。在影响物料浓度的工程因素中也存在等效性。2.温度效应：温度是影响化学反应速率的主要因素，对于复杂反应除了影响反应速率外，还影响反应的选择性。研究步骤：1.了解过程特征；2.设想技术方案；3.验证设想，改进技术方案；4.确定放大设计方法。特征：1.分解研究与综合分析相结合；2.确定的技术信息主要来源于试验；3.技术方案的形成都通过了反复论证。（4）相似放大法：相似放大法是以相似论和量纲分析为基础的相似模拟放大法，多用于化工单元操作的开发放大。从方法论的角度看，它仍然是一种依赖于试验结果的经验放大方法。与前述经验放大法不同之处，是运用了相似特征数的概念，对试验的变量作了归纳和简化。这种方法对于单一物理过程放大是有效的，但对于复杂的化学反应过程，通常在满足了物理过程相似的同时，很难再满足化学过程的相似。故在化学反应器的放大中，也只是对反应器内进行的物理过程进行模拟(冷模试验)时才应用。研究方法：1.相似条件：几何相似、时间相似（标）、运动相似、动力相似（矢）。2.相思定理：量纲重要（物理参数的单位）(1)相似第一定理：凡彼此相似的现象，必具有数值相同的相似特征数。此定理称为“相似正定理”。(2)相似第二定理：凡具有相同特征数的现象，若表明现象特征的单值条件彼此相似，且由单值条件所组成的相似特征数相等，则它们必相似。此定理称为“相似逆定理”。(3)相似第三定理：当一个现象由n个物理量的函数关系来表示，而且这些物理量中包含了m个量纲，则应有nm个相似特征数。根据这一定理，可以建立由相似特征数组成的函数关系。3.相似特征数及其方程；4.由试验确定特征数方程的为止系数；5.相似放大 P2933特征：1.试验研究属于综合考察，类似黑箱原理，放大依据来源于试验；2.简化了试验，提高了试验效率；3.运用相似特征数相等为放大提供了简单可靠的依据。数量放大法与比例放大法：1数量放大法：数量放大法是采用设备单元数增加的一种放大方法，在固定床催化反应器的放大时常见。2比例放大法：比例放大法是以一个或数个能表达过程主要特征的参数为依据，按比例对该过程进行放大的方法。3.预实验通常是一种定性或者半定量的试验，多用于开发工作初期，用以对开发项目取得初步认识。预实验不可能事先提出详细的试验计划，但必须有明确的试验目的。（1）从认识对象的特征来建立思路；（2）从影响过程的因素出发来建立思路；（3）从工艺特殊条件建立思路；预实验有三种不同形式：（1）认识试验认识试验是针对认识过程特征而专门设计的试验，如考察反应的转化率和收率的高低，考察温度或浓度对过程影响的敏感程度，以及考察传热方式或传质条件改变对过程的影等。（2）析因试验析因试验是专门分析原因的试验。（3）鉴别试验鉴别试验是针对已形成的技术结论或设想的技术措施，判别其是与非而专门设计的试验。4.系统实验（不同形式）系统试验是在预试验的基础上进行，它是有目的有计划地对预试验确定的定性结论或技术方案作系统考察，并定量测取有关设计数据。在化工过程开发中，预试验一般是为概念设计服务的，而系统试验则为基础设计服务。5.冷漠实验冷模试验是化工过程开发中常用的一种研究手段。它是以模型与原型相似为基础，运用相似原理来考察生产设备内物料的流动与混合，以及传热和传质等物理过程，寻找产生放大效应的原因和克制的方法，为过程放大设计或建立数学模型提供依据。冷模试验有如下几种形式：（1） 按相似论进行的冷模试验；（2） 用概率统计方法进行的冷模试验；（3） 测定特殊参数的冷模试验；（4） 类比实验。6.中试中间工厂试验简称“中试”，是实验室研究成果放大成生产规模之前的一种系统试验。在化工过程开发程序中，它是一个重要环节。通常只有在中试完成之后，才能作为技术开发成果进行鉴定，也才能作为技术商品在技术市场上进行转让。中试应具有一定的规模，应能作较长时间的连续运转。这样的试验在人力、物力和财力上的消耗都较为巨大。中试规模，测量与控制，中试装置的完整性中试内容：宏观动力学研究，考察催化剂的寿命，确定分析方法，考察物料对设备材质的腐蚀性（静态介质，流动介质，存在局部应力）7.试验设计（一）正交设计法正交设计法是应用较多的一种多因素试验方案设计法。其设计步骤如下：(1)确定考察因素：由研究者根据试验项目的目的要求提出需要考察的因素，既要满足研究目的，又不能过多而使试验复杂化。故需分清因素的主次，可适当忽略一些次要因素。(2)确定每个因素的变化水平：即确定每个因素进行试验的试验点。应视试验要求和因素的可变范围大小而定，如果水平数目少，则考察不仔细；而水平数目多，则试验的消耗大，在具体设计时，是应当慎重权衡的。(3)选用合适的正交表；正交表是已经规格化了的一种表格，它是正交设计的基本工具。如表3l所示是一种代号为L9(34)规格的正交表，符号的意义如下：L9（34）正交表代号表中行数，需要做的试验次数字码数，因素水平数表中列数，最多可安排的因素数表3-1 L9(34)正交表 列号试验号1234111322211133123412215223363212713138232293331类似的正交表有多种，可供L9(34)表只是其中的一种。（4）表头设计：把需要考察的因素分别填写在选好的正交表头的各列上，即形成试验方案。从正交设计表看，正交设汁具有以下特点：(1)每个因素及各个水平在试验方案中都出现相同次数。(2)任何两个因素的各种不同水平的搭配，在试验方案中都出现了，而且出现的次数也相同，如田31所示。9个试验点均匀分布在立方体的各条线和各个平面上，每条线上都有一个试验点，每个平面上都有3个试验点。这样的试验设计，对任意两列来说都进行了全面试验，制定的试验方案具有代表性，比较全面地反映各因素和各水平对试验结果的影响，从而可获得比较客观的试验结论。（二）均匀设计法均匀设计与正交设计不同之处是不考虑试验点的整齐可比性，而只是让试验点在试验范围内充分地“均匀分散”。均匀设计法也用均匀设计表，和正交设计表的功能相同。试验方案是按已规格化的表格制定的。均匀设计的表头记作Up(Ps),简称u表，其意义如下：Up(Ps)均匀设计表因素数试验次数因素水平数表中：试验次数=水平数例如u6(64)表，表示该表内可安排四因素，每一因素为六水平的试验，试验次数只有六次，显然，均匀设计的试验次数要比正交设计的试验次数少得多。表3-4 u6(64)表因素水平试验号ABCD112362246533624441535531266541将各因素和各水平的数据填入u6(64)表，即为均匀设计的试验点方案。用均匀设计与正交设计相比，同样一个四因素试验，均匀设计选择的水平数较多，试验点的分布比较均匀，但试验点数目少，在分析试验结果时，不能用一般的方差分析取得结论。故常采用多元回归或逐步回归法进行分析。（三）序贯设计法序贯设计是以概率论与数理统计为基础，结合现代信息学知识来确定试验点位置的一种试验方案设计方法。希望用最少的试验次数取得对数学模型的判据和模型参数估值，由此建立正确的数学模型。序贯设计的思路是，分析前面试验取得的结果和数据。按照一定准则，把后面试验的试验点确定在能提供最大信息量的变量格点(即划分点)上。然后进行试验，将试验结果再与以前所有试验结果一起分析，再确定下一个试验点，依此顺序序贯地进行，直到达到预期的试验目的为止，序贯设计的工作程序循环，如图32所示(图中N为试验次数，y为数学模型的因变量)。8.化工过程开发资料专门资料：（一）物性数据，即粘度，气、液相平衡数据，表面张力，催化剂性能（密度，孔径、孔径分布与孔容的测定，比表面积，机械性能测试）（二）化学平衡数据（三）转化率、收率和反应的选择性转化率表示化学反应进行的程度。它是指参与化学反应的某一主要反应物A在化学反应中转化的百分数或分数。即该反应物的转化量和起始量之比。收率是指反应过程中关键组分转变生成目的产物的分数。对于复杂反应还引用反应的选择性概念，用目的产物生成量占已反应物料量的分数来表示。即以生成目的产物量与已转化的反应物之比来定义选择性。如：式中：S为反应的选择性，；nA,0-nA为已知转化了的反应物的物质的量，mol；np为生成目的产物的物质的量，mol。在化学反应过程中，转化率表示反应物中关键组分转化的百分数；收率表示关键组分转化为目的产物的百分数；而反应的选择性则表示主反应和副反应的相对强弱。三者之间存在以下关系：y=xAS （四）化学反应速率：化学反应速率是以单位时间内、单位反应容积中消耗一种反应物或者生成一种产物的物质的量来表示的。（五）物料衡算与能量恒算（1）物料衡算物料衡算即物料的平衡计算。它是以质量守恒定律和化学计量关系为依据的一种化工计算方法。从物料衡算可以求出原料的消耗定额，产品和副产品的产量，以及产生的“三废”量等工艺指标。由此可揭示物料的利用率、产品的质量和生产过程的经济效果等。以物料衡算为基础，还可以进一步进行能量衡算，计算动力和能量消耗定额。这些数据是设备的选型、设计、制造，以及辅助工程和公用设施配备的依据。物料衡算的基本关系为：输人量=输出量当体系内有化学反应发生时，其关系为：输入量+生成量=输出量+消耗量+累积量 （2）能量恒算能量衡算是依据能量守恒定律进行的。在定常态条件下，能量衡算的基本关系为：系统内部积累的能量=环境输入系统的能量-系统输入环境的能量（六）工艺流程图：工艺流程图是描述化工生产工艺步骤和设备连接顺序，并说明物料的流向和能量的传递情况，简单地将生产程序表示出来的图样。关于工艺流程图的内容也是随着开发研究工作的深入而逐渐完善的。例如在概念设计阶段，设计的流程图只能粗略，一般是用方框表示工艺步骤的连接顺序，称为方框流程图。较为形象的流程图是用示意的设备图形来描述设备，用线条把设备联系起来，并用箭头表示物料的流向，这种流程图一般称之为“工艺方案流程图”外围资料：外围资料是在专门资料以外为可行性研究和技术经济评价所需的有关产品生产销售和生产环境方面的一些资料，如原料、产品、副产品、能源、环境和厂址选择等资料，这类资料一般在开发工作的初期即应广为收集。（一） 原料方面的资料：化学工业的原料，关于原料来源、供应量与质量应收集的材料，关于产料用地、交通运输和包装、贮存方面的资料。（二） 产品方面的资料（三） 副产物方面的资料（四） 厂房建筑方面的资料（五） 厂房选择方面的资料（六） 能源方面的资料9.设计工艺流程图及注意问题设计流程应考虑的问题：（1）技术的成熟程度技术的成熟程度是流程设计首先应考虑的问题。如果已有成熟的工艺技术和完整的技术资料，则应选择成熟的工艺技术进行项目的开发与建设。这样既保证了项目开发成功的可靠性，同时也可缩短开发周期和节省开发费用。（2）技术的先进性和可靠性的关系在技术开发中选择工艺技术路线往往较多考虑技术的先进性。因为先进的工艺技术体现了较高的劳动生产力和较大的经济效益。但先进的工艺技术的应用的时间一般较短，由于未经充分地实践检验而不可避免地带来某些技术上的不可靠性。在每一种新技术的发展阶段，都有这样一个过程。（3）流程的可操作性流程的可操作性是指流程中各种设备的配合是否合理，物料的运行是否畅通无阻，各种工艺条件是否容易控制和实现等等。（4）投资和操作费用（5）安全（6）欢迎与生态10.反应器选择方法与基本原则反应器的选型方法：关于反应器选型可采用“形态分析法”，即首先提出所有可能作出选择的方案，然后从分析评比中筛选出最佳方案的方法。其操作可分为两步，第一步找出所有可供选择的方案，称为“分支”。第二步则根据若干判据对各种方案进行评选淘汰，称为“收敛”。选择反应器的原则：1从物料的相态选择反应器：对于均相反应可在间歇操作搅拌釜、连续操作搅拌釜和管式反应器等三种型式的反应器中选择，对于均气相反应或反应速率较快的均液相反应，多选用管式反应器；而大多数反应速率较缓慢的均液相反应，则多用釜式反应器，其中生产规模较小或只需要批量生产时，则用间歇式操作釜，否则可用连续式操作釜。2. 从传热的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，对反应系统就提出了一定的传热要求。对于放热反应往往需要移去热量；对于吸热反应则需要供给热量，无论热量的移出或供给，在反应器的设计中，都应设置热交换构件。当反应热效应较小时，可以考虑绝热操作。绝热操作不宜使温度的变化过大。如果在绝热控制下的温度变化过大而不能保证在最佳反应温度下操作时，往往需要分段控制，如分段间壁式冷却绝热反应器和分段冷激式冷却绝热反应器。这样的反应器均为具有活塞流特征的管式反应器型式。3从相际间的传质选择反应器所有非均相反应都是通过相界面的传质进行的。反应条件和反应过程的控制都不可避免地与相际间的接触方式、相界面积的大小以及传质速率等因素有关。故反应器的构型应充分考虑良好的相际间的传质。在气、固相反应系统中，固体是分散相，从传质效果看，流化床优于固定床。但流化床的返混程度大，以致使其传质良好的优越性不免有所抵消。如果要求反应的转化率高，而过程又不属于扩散控制，则不妨采用固定床反应器倒可以突出其反应体积小的优点；若反应为扩散控制，而对反应的转化率和选择性又无特殊限制时，采用流化床反应器的体积也不会过大。4.从反应的转化率与选择性来考虑反应器对于除了零级反应以外的其他不可逆简单反应，从提高反应速率考虑，应选用活塞流反应器为宜。因为在相同反应条件和相同生产量的情况下，以活塞流反应器所需的容积最小。对于可逆放热反应，为了使反应过程保持一个随着转化率的提高而造成反应温度由高至低的温度序列，一般多采用中间冷却式的多段管式反应器。对于平行反应，为了抑制副反应，提高反应的选择性，可依据主反应和副反应的反应级数的高低来选择反应器。如果主反应级数大于副反应级数，提高反应物的浓度对反应的选择性有利，则采用活塞流反应器或半连续操作的搅拌釜；若主反应级数小于副反应级数，反应物的浓度高会促使副反应加速，会降低反应的选择性，这种情况就应采用返混程度大的反应器，如连续操作的搅拌釜或回路式反应器。对于串连反应，为了抑制副反应，提高反应的选择性，应降低反应系统中目的产物的浓度。可采用具有活塞流特征的反应器或者间歇操作搅拌釜等能控制物料停留时间的反应器。对于产物容易分解的反应，可优先考虑管式反应器；若要实现良好的热、质传递，则用搅拌釜较好。为了两者兼顾，可以采用多釜串联反应器。11.投资与其包括的方面（一）投资估算投资是指实施一项工程建设项目所应投入的资金额度。对于化工过程开发项目而言，其投资通常包括固定资金、流动资金和贷款的利息三部分。(1)固定资金是指为满足生产要求而必须建设的生产场地，包括征购土地、修建厂房、购进和制作生产设备等固定资产所投入的资金，又可以划分为三类：生产用固定资产投资指直接参加生产和直接为生产服务的厂房、机器设备、仪器仪表、管线阀件、保温绝热材料、运输车辆以及厂房建筑和设备安装的基础等等，都属于生产用的固定资产，其所需投入的资金则为生产用固定资产投资。生产用固定资产的内容我国和国外的概念略有差别。如美国则把厂房和运输车辆划人非生产用的固定资产范围，但不影响总的固定资金的计算。非生产用固定资产投资指间接服务于生产的固定资产投资。在我国一般指职工宿舍、食堂、浴室、卫生保健室以及文化娱乐设施的投资。在国外，有的把土地、厂房、办公楼、实验室、运输设备、包装设备以及“三废”治理装置的投资都列入非生产的固定资产投资的内容中。土地指购置生产用地与非生产用地的费用。(2)流动资金流动资金是指工业企业在生产过程中提供周转使用的物资和货币的总和。其中又有生产领域中的流动资金和流通领域中的流动资金之分。主要有以下内容：原料库存量和设备、仪器的备品备件；库存的成品和半成品；为保证生产正常运转的周转资金，如支付工资、购买周转期内消耗的原材料费用、支付能耗费用等。以上为生产领域中的流动资金。财务上应收回的款项；应支付的款项和税金。以上为流通领域中的流动资金。一个具备良好管理水平的企业，应尽可能减少流动资金的占有量，发挥资金周转的作用。大多数化工企业的流动资金一般为固定资产投资总金额的1020。对于一些产品附加值较小的加工企业，由于原材料费用高，其流动资金可能占总投资金额的50甚至更高。(3)贷款利息我国在计划经济时代，建设项目投资一般由国家拨款，贷款利息的问题往往被忽视。在进入市场经济的今天，建设项目所需资金，主要是通过自筹和从银行贷款两条途径获得。无论那一个途径获得的资金，在偿还之前都必须支付利息。从当前银行实行的贷款利率来看，投资所应支付的利息数额比较大。因此把贷款利息计入总投资金额是合理的。这样一来，实际投资金额会相应减少一部分，同时也增加了企业对投资承担的风险。促使企业会更加注重经济效益和加强管理，同时也可避免投资的失误和浪费。在国外，化工企业用于新产品和新工艺开发的投资主要来源于自筹和贷款。以上这些途径筹集的资金在企业的经济核算中均需计入利息。只有除去