1樓：丹追兵
化工生產的過程，一言以蔽之，就是化學實驗技術在工程中的應用。然而化工生產不是僅僅是化學問題，在化學實驗室的理想條件下，實驗的實施相對容易，可以得到比較理想的指標。實驗室的規模，可以使很多過程在間歇條件下實現。
實驗室中的過程通常是在儘可能簡單的條件下進行，並儘可能排除對過程產生不利影響的因素，在所尋求的優化條件下操作，以期得到最好的結果，篩選出最好的催化劑並獲得反應物濃度、流速和反應溫度等要素之間的關係。但是在工業生產中，這些過程比實驗室中進行的同一性質的過程大數萬數十萬倍，並且大型過程多數是連續的，在小型裝置中可不予考慮的不均勻性，在大型裝置中顯得十分突出並且嚴重影響著生產指標。因此，將實驗室中所獲得的結果在工業規模實施就成了一個完全不同的問題。
要將實驗室結果過渡到化工生產，在連續不斷的過程中大規模、動態地完成指定的化學反應及其他物理過程，就必須綜合其它學科和技術，搞清楚並控制住無聊的流動、混合、反應和分離等一系列過程。如果說實驗室化學家的任務是製備催化劑，篩選出最好的催化劑，並通過實驗確定適宜的反應條件，那麼化工專案的開發，即化學實驗原理在工業生產領域的應用，則是化工生產過程工程師的任務。
第二部分：化工專案開發的方法介紹
裝置選型
在化學家工作基礎上，過程工程師的任務是選擇最適宜的工業反應器型式或稱選型。選型過程包括對多種因素的綜合考慮。例如，所能達到的指標、裝置投資、能耗和操作費用、裝置製造和材料、環保和安全性、操作和控制以及人員素質等。
過程放大
所謂放大，是根據所選定的反應器型式，通過實驗或其他可以利用的一切手段，在最短的時間內，用最少的投資，進行裝置的放大，供裝置工程師選購或製造裝置所用。
現代過程工業的標誌之一是裝置大型化，因為過程工業的效益獲得主要依靠裝置的大型化，而不是依靠增加裝置數來實現。化學工業屬於過程工業，隨著技術的進步，化學工業規模不斷增大。例如，單套乙烯裝置生產能力從30萬噸/年 提高到45萬噸/年，又提高到60萬噸/年乃至100萬噸/年。
又如甲醇，單套裝置的能力從10萬噸/年提高到40萬噸/年，又提高到100萬噸/年乃至200萬噸/年。總之，規模是在不斷擴大的。
長期以來，就化學工業來說，小試驗撐過為什麼不能迅速產業化，就技術而論，對以化學反應為特徵的專案來說，認識放大規律和利用化工放大技術以實現規模生產時關鍵，也是我國與發達國家的重要差距。（換個位置）
為了能真正地面對國際競爭，我們必須重視過程放大，建設大型化化工裝置。
化工過程有下面兩種型別，一是傳遞過程，包括傳動、傳熱和傳質過程，屬於沒有物質組成變化的物理過程；二十化學反應過程那個，屬於有組分變化的化學過程。這些過程是在裝置中實現的，所以過程放大就是裝置能力的放大。
過程放大一般經歷的階段
（1） 實驗室研究階段；
（2） 小量試製階段；
（3） 按預定工藝規模進行概念設計；
（4） 中試，著重解決概念設計中遇到的問題；
（5） 編制工藝軟體包；
（6） 按要求的規模進行工程設計；
（7） 工業裝置的建設和投產。
過程放大的方法
1.全流程逐級放大
一種最為傳統的方法是通過從小型試驗、稍大規模的試驗、中間試驗、擴大中間試驗，逐級地實現大型工業生產。這種通過多個試驗層次的逐級放大過程必然是耗時費資的。在過程工業發展的早期，經驗放大幾乎成了唯一的方法。
過程開發技術發展到今天，純經驗放大顯然不大可取了，但對於一些過於複雜的、人們認識甚少的過程，有時還不得不求助於
經驗放大。
2.數學模擬法放大
建立數學模型(一組數學方程)對過程進行描述，並通過不同規模的實驗以確定模型的引數，然後通過計算機模擬過程大型化後的各種行為，以確定放大的準則。這種放大從理論上是合理的，然而事實表明，單純地用數學模擬法放大的成功例子不多，其原因是：
(1)由於實際過程通常極為複雜，而人們對它們
的認識往往還不夠系統和全面，因而為數學模型的
建立帶來困難；
(2)即使對複雜的實際過程已完全瞭解，數學模型的建立必須作出不少簡化假定，因而為了便於描述，很可能得到了過度簡化的模型；
(3)實驗測定的模型引數的可靠性往往受實驗手段的限制和實驗過程中噪音的干擾，因此模型引數存在或多或少的不確定性。
由於數學模擬法放大隻能適用於人們對過程的認識已相當透徹，引數的測定相當可靠的場合。隨著人們認識水平、測試手段和計算機應用水平的提高，數學模型與計算機相結合，建立全流程的數學模型進行放大，不乏有成功的例子，如低壓法甲醇就是一例。誠然，利用數學模型仍需做一些輔助實驗作為補充和驗證，但採用數學模擬放大是過程放大最省時省錢的有效方法。
過程放大應注意的問題
1. 必須保證裝置放大後經濟上的合理性和各項指標的先進性及系統調優
裝置放大以後還必須保證經濟上的合理性和各項指標的先進性。往往放大之後，有一些指標趨於合理，如能耗一般可以降低。但另一些指標，由於在大型化以後，如反應產物的收率往往有所降低，溫度等操作條件不易控制，這就是通常所說的“放大效應”。
放大效應被認為是一種弊端。我們的一個重要任務就是儘可能使這些指標在過程放大後仍然保持一個較高水平。另一個現實是，一個實際過程，通常不能處在最優的操作狀態下。
這是因為過程的複雜性和人們的認識能力限制所決定的，何況過程的一些引數會隨時間變化。
上述僅就單個裝置而言，因為過程是由多套裝置組成完整的流程，即是一個系統。從這個意義上講，過程放大應該是系統放大，系統中單個裝置的放大並不等於系統放大，因此必須要系統優化。所以，完整的過程放大應包括裝置放大與系統調優。
2. 中試規模的確定
為什麼要進行中試?需要驗證小試規律，但更重要的是解決大生產裝置可能遇到的問題，那麼大生產裝置可能會遇到什麼問題?對於一個新產品，尚未工業化是無法回答的，為了儘可能預知可能遇到的問題，就是先搞一個概念設計，概念設計的規模應是預想的工業裝置規模，在進行概念設計的過程中，可以套用現有的過程經驗和消化公開發表的文獻資料，但在假想的工業規模設計過程中，仍會碰到許多問題(如資料、材質、控制方法、反應終點控制、物料平衡等)，這些問題妨礙概念設計進一步深入進行，恰恰就是這些問題要在中試中解決。
為了解決或搞清這些問題，可能要求中試必須達到一定的規模，這就是中試規模確定的依據和中試設計應達到解決這些問題的途徑。
3. 要把工程試驗資料的獲得作為中試的目標之一
許多開發專案不重視基礎資料的開發，將會影響工業裝置的執行，一個實際例子是某裝置建成後，反應釜中物料不進行反應，而反應條件、原材料均符合實驗室要求，影響工期達半年。經多次試驗比較才查明，攪拌器使用了銅軸瓦，銅離子會阻止反應進行，但這一點，在小試時並未作為相關資料提出，以致設計時沒有注意到這一點而影響生產。又如結晶的條件，影響晶粒大小的條件因素是什麼，如果能做好相關資料對放大是大有益處的。
又如多元組分的氣液平衡資料，往往查不到，必須要對反應的全組分進行測定才能獲得。又如反應終點的測定和控制等等，這些均是小試不可能做的，而中試是必須要做的。
4. 材質試驗
材質的耐腐蝕試驗是中試的主要任務，關於這一點，相信大部分可在耐腐蝕手冊及**商獲得足夠資訊。除此之外，還應特別注意少量離子的存在，對腐蝕的作用，如金屬離子的影響、鹵素的影響、熱應力、腐蝕應力等，應測定或做掛片試驗，特別要注意“實際”介質，而不是純介質。如醋酸介質的腐蝕性在有關的手冊上也能查到，但醋酸中含有微量的鹵素，到底有多大的腐蝕性，沒有現成的資料，必須對實際介質進行研究。
5. 注意關鍵裝置的選型
一一般的泵、風機、壓縮機的放大不應存在大的問題，精餾、分離的放大，目前也可解決。但反應器是中試要解決的重點，反應器採用何種型式為好，對傳熱、反應溫度控制、催化劑壽命、中毒、再生，通過中試要搞清，為放大設計提供依據。另外特殊的如干燥型式，特別是漿料，應由試驗選定裝置。
又如過濾，看似簡單而實際不同物料的過濾機型式選擇，濾布選擇，也應由試驗確定，避免工程返工。
6．對原材料中間產品及成品的研究
一般實驗室階段只用試劑級產品作原料，中試儘可能採用工業級產品作原料，其少量雜質對產品質量有無作用，是什麼影響，採用什麼方法進行預處理，這些問題要在中試中搞清楚。有些可能要脫水，有些可能要預蒸餾。小試數量少，有些雜質不一定分離出，中試數量多了，儘可能作全分析，把中間體、成品、殘渣的組成、成分搞清楚，有利於做物料平衡及對全過程作通盤分析。
7．安全、生產、環保
應收集全部原料中間體及成品的msds，對其物料化學特性、毒性全面瞭解，並採取相應的防護及消防，安全措施。
對排出物、廢渣、廢液、廢水的成分及處理方式作認真研究，以指導工程設計進行。
8. 注意放大過程中，研究人員與工程設計人員的密切配合
因為研究人員主要是在機理上理論上研究較多，工程設計人員會更多考慮工藝佈置系統放大等問題。發揮各自特長，有利於工作順利進行。
總結：總之，化工過程的放大是新產品開發過程中的必由之路，是科研轉化為生產力的畢竟途徑。這個環節處理好了，就能加速實現新產品的工業化。
過程放大過程中，不能停留在拿出產品，打通流程；也不僅追求裝置和單元過程的優化，而是最終追求全系統的優化。
實驗室階段的小試是探索性的，著重研究機理、可行性、物性資料、查(測定)找出工藝路線。這是以研究人員為主，工程人員參加，在小試的基礎上，進行目標規模的概念設計，從中找出中試(放大)需要解決的問題，用於指導中試裝置的設計。概念設計可由研究人員完成，也可由工程人員完成，當然兩者結合共同進行更好。
中試裝置規模和流程的確定，應能滿足概念設計的需要，期間必須做到工程人員和研究人員的密切配合。中試應該是全流程的，否則達不到要求。由於可以借鑑現成有效單元過程和進行計算機模擬，並不機械地要求全流程，避免低水平的重複，集中精力解決難題。
在中試完成的基礎上完成軟體包的編制、基礎設計，然後進行工程設計。當然在上述每一階段均要做技術經濟分析，以判斷專案的前景，可行性。
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