化工过程放大 从实验室试验到成功的工业规模设计PDF电子书下载

第一章 绪论 1

Ⅰ．放大的基本问题 1

Ⅰ．主要问题 3

A．放大率 3

B．有关放大的偏见和误解 6

c．放大的一个实例 7

Ⅱ．放大方法 8

A．相似原理 9

B．模型 10

c．用什么方法、在什么时间进行反应器研究 10

Ⅲ．过程系统的描述方法 11

A．工艺系统的形成过程 14

B．过程文件 15

Ⅳ．均衡解决不确定性问题 17

附录：工艺设计范畴 18

参考文献 20

第二章 数学模型化 21

Ⅰ．模型化的主要研究内容 21

2．初步设计阶段 22

1．问题的归纳和阐述时期 22

A．如何建立模型 22

4．评定阶段 23

B．模型化过程中的一般问题 23

1．模型的简化 23

3．详细设计阶段 23

2．模型的证明 24

3．计算机程序的证明 24

4．模型参数估算 24

5．过程变量的随机性 24

Ⅱ．建立数学模型的基本原理 25

A．引言 25

1．线性和非线性 25

2．稳态和非稳态 25

4．连续变量和离散变量 26

3．分布参数与集总参数 26

B．以传递原理为基础的模型 27

D．频率域中的模型 31

C．根据方程解法进行模型分类 31

1．传递函数 33

2．经验传递函数 33

E．经验模型 35

Ⅲ．因次分析 36

A．变因次方程为无因次方程 37

B．获得无因次数群的快捷方法(观察法) 40

C．实验数据的关联 41

D．放大 41

Ⅳ．建立模型中的具体问题 42

A．模型的验证 42

B．建立模型时的注意事项 43

符号表 44

参考文献 46

第三章 反应动力学 47

Ⅰ．化学反应器放大的主要研究内容 47

Ⅱ．基本原理 47

A．速率概念 47

1．变化速率和过程速率 47

2．反应速率的推导 48

3．变化速率的测量 49

B．热力学 51

1．作用和局限性 51

2．热效应 51

3．最高转化率 52

1．相行为 56

4．在建立速率方程式中的作用 56

C．物理数据 56

Ⅲ．速率信息的关联 57

A．信息交流和数据采集 57

2．溶解度 57

D．分析、综合和数据处理 57

3．热特性 57

4．危险因素 57

B．速率方程式 58

1．定义、来源和目的 58

2．均相反应 59

3．多相反应 60

4．Arrhenius方程 65

5．热力学一致性 65

Ⅳ．不确定性 66

A．反应体系的确定 66

2．数据基础的质量 67

符号表 67

C．出现的新因素 67

1．数据基础的广度 67

B．放大的数据基础 67

参考文献 68

第四章 均相反应体系 70

Ⅰ．均相反应中的主要问题 70

Ⅱ．质量平衡 71

A．一般衡算方程式 71

B．各类反应器的分析 71

1．间歇式 71

2．管式活塞流 74

3．管式层流 76

4．连续操作搅拌釜 78

5．半间歇操作 79

2．绝热过程 80

A．平衡的性质 80

1．等温过程 80

Ⅲ．能量平衡 80

3．其它 81

B．各类反应器分析 81

1．间歇式反应器 81

2．管式反应器 82

3．连续操作搅拌釜 83

4．半间欧式反应器 85

Ⅳ．均相反应器放大的一个实例 85

A．动力学 85

B．质量平衡和等温操作 89

C．能量平衡和热效应 94

D．容积、形状和运行条件 97

Ⅴ．不确定性 98

A．非理想流动 98

C．竞争反应和杂质 99

D．反应器的不稳定性 99

符号表 99

B．传热和传质效应 99

参考文献 100

第五章 固体催化的流体相反应器 102

Ⅰ．固定床反应器设计中的主要问题 102

A．单相流体 102

1．温度变化的控制 102

2．压降的限制 104

3．催化剂失活 104

B．多相流体 104

1．逆流流动和并流流动 104

A．相似性 105

Ⅱ．直接实验模拟 105

B．模型(mockup) 107

Ⅲ．数学模型 108

A．单相流体 108

1．一维模型 109

2．二维模型 113

1．基本原理 114

3．关于单元模型(Cell Model)的说明 114

B．多相流体 114

2．工业模型 115

Ⅳ．存在问题的领域 116

A．复杂原料的动力学模型 116

B．催化剂失活 117

C．流体的不均匀分布 118

符号表 119

参考文献 120

第六章 流体—流体反应器 123

Ⅰ．主要问题 123

Ⅱ．放大 124

A．实例 124

A．存在问题的领域 125

B．速率控制步骤的确定 126

C．填充床吸收器 128

D．鼓泡塔 131

1．放大中非可调参数的变化 131

Ⅲ．各种模型对放大的适用性 138

A．非等温操作 139

B．反应器性能的变化 140

1．快反应区 140

2．慢反应区 142

C．模型的简化及其实例 142

1．固体的作用 147

A．返混系数 149

B．气体滞存率和比界面面积 149

Ⅳ．不确定因素 149

符号表 150

C．流区 150

E．传热和稳定性 150

参考文献 151

第七章 反应器类型的选择 155

Ⅰ．反应器选择的主要问题 155

Ⅱ．反应器类型 156

A．容器和流动 156

1．间歇反应器 156

4．多级串联CSTRs 157

5．管式反应器 157

6．循环反应器 157

3．连续搅拌釜反应器(CSTRs) 157

2．半间歇反应器 157

C．反应器选择一例 158

B．按反应器中存在的相分类 158

D．动力学数据 160

Ⅲ．选择的目的 160

A．反应器的操作弹性 161

B．成本最低 161

C．产品的选择性 161

D．温度的控制 162

E．反应器类型的比较 163

1．固体催化的汽—液反应器 163

2．带反应的溶液中的吸收 164

Ⅳ．反应器选择的总结 165

Ⅴ．一些实际问题 165

A．操作方式 165

B．难以预测的现象及安全问题 166

C．缩小 167

D．经验的作用 167

参考文献 168

第八章 流型与停留时间分布 169

Ⅰ．引言 169

Ⅱ．停留时间分布 170

A．分布函数 170

B．分布函数的矩 171

C．正归化分布 171

D．特殊分布函数 172

Ⅲ．直接的应用 172

A．波动的阻抑 172

B．一级反应 173

C．其它简单反应 174

D．复杂反应 175

Ⅳ．测量技术 176

A．封闭系统 176

B．敞开系统 177

A．活塞流与理想混合 178

Ⅴ．解析的分布函数 178

B．多级串联搅拌釜 179

C．层流流动模型 180

D．轴向分散 181

Ⅵ．放大 183

A．拟Delta分布 183

B．层流流动系统 184

C．准指数分布 185

Ⅶ．复杂情况与推广 187

A．中间分布 187

B．未混合进料 187

C．非等温或非均相反应 188

符号表 189

参考文献 190

A．基本知识 191

第九章 混合过程 191

Ⅰ．搅拌器混合流体 191

B．搅拌器流体力学基础 192

C．流体剪切速率 193

1．动力相似 194

2．剪切速率关系 196

Ⅱ．放大关系 199

A．放大参数 199

B．最大和平均剪切速率 199

C．中试研究的必要性 200

D．放大手段 201

E．功率测量 203

F．粘度 203

Ⅲ．基本放大指南 204

B．针对某一化工产品的间歇过程一例 204

A．一般规律 204

C．聚合反应一例 206

D．多级连续气—液浆态过程一例 207

E．液—液乳化过程一例 208

Ⅳ．用户—承包商—卖主的关系 209

符号表 210

参考文献 211

第十章 流化床 212

Ⅰ．流态化放大中的主要问题 212

Ⅱ．基本概念 214

A．最小流化速度 214

B．气泡特性 215

1．单气泡上升速度 215

3．床层膨胀 216

2．连续流化时的气泡速度 216

4．通过气泡的气体流动 217

C．终端速度和夹带 218

D．反应和气—固接触 219

E．传热 221

F．气塞流的重要性 223

Ⅲ．预测大型设备中的操作 224

A．气泡尺寸 224

B．混合速率 227

C．分布板设计 228

D．夹带 230

E．旋风分离器 230

Ⅳ．实际工业经验 232

A．流化焦化 232

B．流化临氢重整 234

C．壳牌公司制氯过程(SCP) 236

Ⅴ．放大存在的问题 239

A．颗粒粒度平衡 239

1．反应的影响 239

2．粉碎 239

3．团聚作用 239

B．磨蚀 240

C．反应器模型和模型参数的选择 240

符号表 242

D．操作中的不可靠性 242

参考文献 243

第十一章 层淀过程 245

Ⅰ．放大的主要问题 245

Ⅱ．管内无扰动的流动 247

A．衡算方程 247

B．等温流动 248

C．层流热交换器 249

Ⅲ．静态混合器 250

D．伴随反应的流动 250

A．掺合上的应用 251

B．传热上的应用 252

C．反应方面的应用 253

Ⅳ．移动壁装置 254

A．空腔流动 254

B．挤压机 256

C．搅拌槽 257

符号表 258

Ⅴ．小结 258

参考文献 259

第十二章 多级传质过程 260

Ⅰ．主要问题 260

Ⅱ．基本考虑 260

Ⅲ．汽—液系统——蒸馏 262

A．主要问题 262

B．相平衡 262

C．操作性能估算 264

1．级计算 264

2．其它物性数据 264

1．扩散系数 264

2．设备水力学——板式塔 265

3．传质效率 270

4．塔板上的液体混合 273

5．塔板上的夹带 275

D．实验室放大 276

1．分离性能示范 276

2．效率预测 276

E．理想化和假定 276

A．主要问题 277

Ⅳ．气—液系统——吸收和解吸 277

F．结论 277

B．操作性能估计 278

1．相平衡 278

2．级计算 278

3．设备水力学——板式塔 281

Ⅴ．液—液系统——萃取 281

A．主要问题 281

B．萃取的符号表示 282

C．相平衡 283

1．级计算 284

D．操作性能估算 284

2．溶剂选择 285

3．萃取装置 287

4．传质关系 291

5．筛板萃取器的传质效率 292

E．为放大进行的实验室研究 293

Ⅵ．能量问题 294

符号表 295

参考文献 297

B．逆流传质 300

A．相平衡和相际扩散 300

第十八章 放大：综述、束语及注意事项 300

第十三章 连续传质过程 300

Ⅱ．基本考虑 300

C．相接触的力学 305

Ⅲ．汽—液体系——蒸馏 307

A．主要问题 307

B．操作性能估算 308

C．液体分布 308

D．压降 308

E．最大蒸汽流量 310

F．传质效率 310

G．传递单元和理论级 313

H．放大程序 313

I．总结 314

Ⅳ．气—液体系——吸收和解吸 314

A．主要问题 314

B．操作性能估算 315

C．传质效率 315

D．放大方法 316

E．总结 316

C．操作性能估算 317

B．逆流萃取的符号表示 317

A．主要问题 317

Ⅴ．液—液体系——萃取 317

D．相的分布 318

E．最大生产能力(液泛) 319

F．传质效率 319

G．放大方法 322

H．总结 323

符号表 323

参考文献 325

A．固液分离的效率 326

Ⅰ．固—液分离过程中的主要问题 326

第十四章 固—液分离过程 326

B．滤饼洗涤 327

C．脱水 328

D．固—固分离 328

E．悬浊液的预处理 328

Ⅱ．基本考虑 329

A．颗粒的描述 329

1．适宜特征粒径的选择 329

2．粒度分布的描述及平均粒度 329

2．同向絮疑 330

1．异向絮凝 330

3．颗粒形状与密度 330

4．颗粒的其它性质 330

B．聚并与絮凝 330

1．低浓度下的重力沉降 331

C．颗粒与流体间的相互作用 331

2．高浓度下的干涉沉降 331

3．低浓度下的离心沉降 332

4．高浓度下的离心沉降 333

D．通过填充床的流动 333

1．Carmao—Kozeny方程的局限性 333

2．基本滤饼过滤方程——Darcy定律 334

3．深床分离 334

Ⅲ．固—液分离设备 335

A．重力沉降槽和浓密机 335

B．离心机和水力旋流器 335

C．浮选 336

D．表面过滤机——滤饼过滤 337

E．深床过滤机 338

Ⅳ．为设备设计与选择进行的小型研究 339

A．重力沉降槽和浓密机 339

B．离心机和水力旋流器 339

C．浮选 340

D．滤饼过滤机与脱水筛 340

E．深床过滤机 340

Ⅴ．放大技术 341

A．重力沉降槽与浓密机 341

B．水力旋流器 342

1．低固体浓度下的因次分析 342

2．高固体浓度下的因次分析 344

3．级效率曲线 345

C．沉降离心机 345

D．浮选 347

F．滤饼过滤机与脱水筛 348

B．设备的湍效应 349

Ⅵ．不确定因素 349

F．深床过滤机 349

A．絮凝的状态与预处理 349

D．滤饼的可压缩性 350

E．回带 350

符号表 350

C．颗粒沉降对Stokes定律的偏差 350

第十五章 放大中的环境问题 352

Ⅰ．主要环境问题的评价 352

A．环境问题 352

B．三大环境污染对象 352

1．开发与条例的相互影响 353

2．机构的职权范围 353

C．条例 353

3．申请环境许可的支持工作 354

4．联邦法规与条例 354

a．向空气的排放 355

b．向水中的排放 356

c．向土地排放固体/有害废料 358

参考文献 361

Ⅱ．废料的控制和减少 361

A．中间工厂产生的有害废料 361

B．化学工业为受约束的工业 362

C．满足环境规定 362

D．减少环境忧虑 362

Ⅲ．环境考虑与放大 363

A．环境数据的收集 364

B．环境影响——过程评价的一部分 364

C．排放的取代方案 364

D．新产品的难题 365

E．了解权 365

参考文献 366

Ⅳ．环境的挑战 366

第十六章 用中间工厂腐蚀试验对结构材料进行评价 367

Ⅰ．进行小型腐蚀试验的主要问题 367

Ⅱ．小型腐蚀试验的原则 368

A．目标和目的 368

B．设计腐蚀试验的考虑 368

2．常用结构材料 369

1．影响材料选择的因素 369

c．材料选择判据 369

3．腐蚀剂的实质 370

D．腐蚀预测与防上指南 371

1．均匀腐蚀 371

2．点腐蚀 372

3．原电池腐蚀 372

6．应力腐蚀 373

4．裂隙(浓差电池)腐蚀 373

5．晶间腐蚀 373

7．失锌现象 374

8．腐蚀疲劳 374

9．冲蚀/腐蚀 374

10．氢损伤 374

Ⅲ．在中间工厂进行腐蚀试验 375

A．选择试验材料 376

B．试验样件的选择 376

C．表面预处理、测定与称量 376

D．暴露技术及试验时间 379

E．暴露后样件的检验和清洗 379

F．非金属材料的评价 380

B．快速腐蚀试验设备 381

Ⅳ．补充中间工厂数据的特种试验室试验 381

A．可能的实验室试验 381

Ⅴ．中间工厂腐蚀试验的不确定性 383

参考文献 384

第十七章 通过中间工厂和示范装置取得经验 386

Ⅰ．中间工厂研究的主要问题 386

A．由不确定性引起的风险因素 386

B．中间工厂装置的费用 386

C．时机选择 387

D．基础数据还是经验数据 387

E．为市场调研生产产品 388

F．循环流的研究 388

G．安全问题 388

Ⅱ．中间工厂项目的基本考虑 390

A．项目的目的 390

B．卖方试验 391

D．联动中间工厂 392

E．示范厂 392

C．代表管 392

Ⅲ．预测生产厂的运行 395

Ⅳ．中间工厂的经验法则 396

Ⅴ．中间工厂的较新发展 397

参考文献 397

Ⅰ．放大是否有捷径? 399

Ⅱ．实验 401

Ⅲ．模型化 402

Ⅳ．本构方程中的有因次参数 404

Ⅴ．放大回顾 406

参考文献 406