化工过程开发与设计
8.1.2 数学模型方法
1.流动模型 本系统的流动模型涉及气相与液相（料浆）。气相因不 参与循环，可近似按平推流处理。
表8-2 不同循环比条件下的全混流反应器级数
实 验 号 1 2 3 4 5 氨流量 料浆中 磷铵料浆 磷酸流量 /kg·h- 和度 w (P2O5 w (P2O5水 3 -1 /m ·h 1 /R 有效)/% 溶)/% 3.0 219.2 1.16 18.94 16.42 2.3 189.1 1.19 22.79 21.01 2.0 177.0 1.18 22.37 20.55 1.65 132.4 1.15 20.78 19.01 1.30 113.1 1.17 22.89 21.07 循环 比 β 9.9 12.3 15.9 17.5 22.1 级数 m
第8章 化工过程放大
8.1 反应过程放大的基本方法 8.2 冷模试验
8.3 中 试
8.4 反应器的设计
化工过程开发与设计
8.1 反应过程放大的基本方法
1
逐级经验放大
数学模型方法
2
化工过程开发与设计
8.1.1 逐级经验放大
1．研究方法 （1）反应器的选型 （2）优化工艺条件 （3）反应器放大
化工过程开发与设计
（7）
（8）
cm
c1 c2 c ln 1 c2
（9） （10） （11）
St Sr
1.22
Ga Q1c1 Q2c2
kG a
Q1c1 Q2c2 c1 ln Vr (c1 c2 ) c2
2.40
kG a 1.64 103 u1.56 g ,0 R
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 k1 k2 k3 极差R
化工过程开发与设计
Na2HPO4 A/g 40 40 40 50 50 50 60 60 60 86.2 83.3 84.4 2.9
HCl B/mL 155 160 165 155 160 165 155 160 165 84.9 86.1 82.9 3.2
8.1.1 逐级经验放大
2．基本特征 （1）只综合考察输入变量和输出结果的关系，未能深入 研究过程的内在规律 （2）试验次序人为规定，并非科学合理的研究程序
（3）放大过程是外推的，并不一定完全可靠
化工过程开发与设计
8.1.1 逐级经验放大
例[8.1] 磷钨杂多酸催化剂（HPW）制备工艺的放大研究。 杂多酸是酸强度较为均一的纯质子酸，其酸性不但强于 硅酸铝和各种分子筛等固体酸，也强于氢氟酸、硫酸等液
体酸。本例采用经典酸化——乙醚萃取法间歇制备12-磷钨
杂多酸。
图8.1
化工过程开发与设计
磷钨杂多酸催化剂的制备工艺
8.1.1 逐级经验放大
（1）反应器选型 （2）条件优化 （3）反应器的放大
（4）放大效应分析
1）结构分析 2）性能分析
化工过程开发与设计
8.1.1 逐级经验放大
表8-1 正交实验方案和结果
G1 G2×10 2 /kg·h -1 /kg·h
-1
kG a /s-1
13.04 16,27 15.11 9.29 9.14 12.43 15.75 14.97 16.11 15.09 14.96 18.33
kG a* /s-1
（4）
化工过程开发与设计
8.1.2 数学模型方法
k Qk k Qk W (1 ) (1 ) G aQa a Qa
(1 ) K k K k a R(1 ) a R
（5）
x St kG a Au g ,0 R Sr
8.1.2 数学模型方法
1．研究方法 （1）实验室研究化学反应规律 （2）大型冷模试验研究传递过程规律 （3）综合上述两过程特征，建立数学模型
（4）通过中试检验数学模型的等效性
化工过程开发与设计
8.1.2 数学模型方法
2．基本特征 （1）过程分解 （2）简化过程运行规律，建立等效模型 （3）建立和检验数学模型
时间 C/h 2.5 3.0 3.5 3.0 3.5 2.5 3.5 2.5 3.0 86.3 84.2 83.4 2.9
温度 D/℃ 80 85 90 90 80 85 85 90 80 81.2 86.8 85.9 5.6
收率 % 84.71 89.43 84.45 84.43 80.11 85.38 85.58 88.76 78.79
Sh b5 Ren1 Scn2 (1 f )
（2） （3）
Sh b6 Re Scf
b4 W g l L k b6us , g f b6us , g A G l g r b1 b2 b3
化工过程开发与设计
（12）
8.1.2 数学模型方法
表8-3 模试实验数据
ug
试验 号
,0
/ m·s
- 1
S
t×10 2/ S r
β
R
1.02 1.07 1.14 0.93 1.05 1.19 1.09 1.08 1.00 1.10 1.15 1.14
Hr/m
1.741 1.312 1.402 2.494 2.276 1.695 1.502 1.573 0.911 0.936 0.865 1.988
2.1 1.65 1.46 1.23 1.10
化工过程开发与设计
8.1.2 数学模型方法
2．宏观动力学模型 （1）模型的选择与简化
W g f A G l
b1 b2
l L b4 g r
b3
（1）
b1
e
（6）
化工过程开发与设计
8.1.2 数学模型方法
（2）实验及模型的参数估值
图8.2 外环流氨化反应器流程图
化工过程开发与设计
8.1.2 数学模型方法
图8.3
化工过程开发与设计
作图法求反应段高度Hr
c1 ) (c2 c2 ) cm (c1 c1 ) ln (c2 c2 )