2.2内容简述 2.2.1两种典型的开发方法 应用研究成果总是在实验室的理想条件下、小规模、有限运行时间内取得的。如果成果是 涉及工艺领域，例如采用新原料、获得新产品、研制出新催化剂、实现了新的化学反应等等， 而且基本评价认为发展前景良好，人们就期望将这一成果工业化，转化为生产力。实验室研究 成果与第一套工业装置之间的技术研究活动被称为开发研究，简称为开发。 应用研究成果还不足以进行工程设计，还有一系列问题需要通过开发研究来回答。从这个 意义上讲，应用研究成果和开发研究是成果实现工业化的串联步骤，前者是后者的起点与前提， 后者要回答在实现工业化时前者没有回答的问题。例如，如何回答下列问题：(1)工艺条件（操 作变量)：(2)反应器型式（结构变量）：(3)反应器的几何尺寸与放大依据：(4)热力学数据：（⑤）含 副产品的原料循环使用对主反应的影响：(6)流程合成，净化、分离等相关技术：（⑦）材质与腐 蚀：(8)检测与控制；(9)装置系列、规模与运行周期：(10)环境保护：(11)公用工程；(12)经济 效益与社会效益，等等。上述问题中有的比较容易回答，有的则很难回答。在以往约200年的 化学工业发展史中，在探索实验室研究成果过渡到第一套工业装置的道路上，形成了两种有代 表性的开发方法，即逐级经验放大法与数学模型法。 本世纪初，氨合成技术取得划时代的成功。哈柏取得成功时的实验室装置规模为每小时生 产80克氨。有记载的资料表明进行过两种不同规模的“模试”一考核与筛选催化剂、开发 反应器材料、考察反应器行为。第一套工业装置生产规模为日产30吨氨，是逐级经验放大的 范例。这就是说，在实验室取得成功之后，还需要进行规模稍大些的模型试验（模试）和规模再 大一些的中间工厂试验（中试），然后才能放大到工业规模的生产装置。这就是逐级经验放大， 每级的放大倍数很低，视系统而异，放大倍数为10一30倍。 逐级经验放大方法长期曾被广泛采用，但其缺点是显而易见的，主要表现在：耗资甚巨、 费时甚长、并不十分可靠等三个方面。发达国家研究开发费约占销售额的5%一10%，以美国 1991年最大的25家化工及石油化工公司为例，销售额约为1150亿美元，研究开发费估计在 80亿美元左右，其中实验室研究费占25%，75%用于开发，相当于60亿美元。可以估计，从 实验室成果到商业装置，费时3一5年可能是最快的了。而且还不十分可靠，在逐级放大过程 中，经常发现某些技术经济指标下降了，达不到小试水平，被称之为“放大效应”：高温反应 出现的工程问题，被统称为材料问题，催化反应则说成全是催化剂问题，等等。 化工过程开发核心是反应过程开发，需要解决的问题主要是：反应器的合理选型，优选操 作条件，反应器的放大依据。逐级经验放大方法与之相应的对策是采用小试验确定反应器型式： 并优选工艺条件：用逐级模试、中试考察几何尺寸的影响，解决放大问题。分析上述三个步骤， 可以发现逐级经验放大方法具有如下基本特征。着眼于外部联系，不研究内部规律。逐级经 验放大方法首先在各种小型反应器中进行试验，以反应结果好坏为标准，评选出所谓最佳型式： 在稍放大的反应器中进行工艺条件试验，同样，用反应结果优劣为标服，决定适宜的工艺条件： 以此为基础，再逐级地进行不同规模的反应器试验，观察反应结果变化，推测进一步放大（工 业规模)的反应结果，进而完成设计、施工。这无异于将反应过程视为“黑箱”，只考察其输入 与输出的关系，即变量与结果的关系，亦即外部联系，置内部过程于不顾。前面谈到，逐级经 验放大方法所以“经久不衰”，原因之一是研究输入输出关系也能对反应过程有一定程度的了 解。当人们对一些过程知之不多，或对象极为复杂，暂时无法分解，采用经验放大也就变得可 以理解了。b着眼于综合研究，不试图进行过程分解。从反应工程的理论看，在化学反应进行 的同时，伴随着传递过程，两者串联，相互影响，各自均有特定的运动规律。逐级经验放大方 法不将它们分解开，单独研究。而综合研究的结果，只能找到宏观（己经综合起来的）原因，例 如温度、压力、浓度、空速、放大效应、材料问题、催化剂问题等笼统的原因，无法找到具体、 真实的原因，例如流体速度分布、停留时间分布、物理、传递、竞争、协同效应等方面的原因。2.2 内容简述 2.2.1 两种典型的开发方法 应用研究成果总是在实验室的理想条件下、小规模、有限运行时间内取得的。如果成果是 涉及工艺领域，例如采用新原料、获得新产品、研制出新催化剂、实现了新的化学反应等等， 而且基本评价认为发展前景良好，人们就期望将这一成果工业化，转化为生产力。实验室研究 成果与第一套工业装置之间的技术研究活动被称为开发研究，简称为开发。 应用研究成果还不足以进行工程设计，还有一系列问题需要通过开发研究来回答。从这个 意义上讲，应用研究成果和开发研究是成果实现工业化的串联步骤，前者是后者的起点与前提， 后者要回答在实现工业化时前者没有回答的问题。例如，如何回答下列问题：(1)工艺条件(操 作变量)；(2)反应器型式(结构变量)；(3)反应器的几何尺寸与放大依据；(4)热力学数据；(5)含 副产品的原料循环使用对主反应的影响；(6)流程合成，净化、分离等相关技术；(7)材质与腐 蚀；(8)检测与控制；(9)装置系列、规模与运行周期；(10)环境保护；(11)公用工程；(12)经济 效益与社会效益，等等。上述问题中有的比较容易回答，有的则很难回答。在以往约 200 年的 化学工业发展史中，在探索实验室研究成果过渡到第一套工业装置的道路上，形成了两种有代 表性的开发方法，即逐级经验放大法与数学模型法。 本世纪初，氨合成技术取得划时代的成功。哈柏取得成功时的实验室装置规模为每小时生 产 80 克氨。有记载的资料表明进行过两种不同规模的“模试”——考核与筛选催化剂、开发 反应器材料、考察反应器行为。第一套工业装置生产规模为日产 30 吨氨，是逐级经验放大的 范例。这就是说，在实验室取得成功之后，还需要进行规模稍大些的模型试验(模试)和规模再 大一些的中间工厂试验(中试)，然后才能放大到工业规模的生产装置。这就是逐级经验放大， 每级的放大倍数很低，视系统而异，放大倍数为 10—30 倍。 逐级经验放大方法长期曾被广泛采用，但其缺点是显而易见的，主要表现在：耗资甚巨、 费时甚长、并不十分可靠等三个方面。发达国家研究开发费约占销售额的 5％一 10％，以美国 1991 年最大的 25 家化工及石油化工公司为例，销售额约为 1150 亿美元，研究开发费估计在 80 亿美元左右，其中实验室研究费占 25％，75％用于开发，相当于 60 亿美元。可以估计，从 实验室成果到商业装置，费时 3—5 年可能是最快的了。而且还不十分可靠，在逐级放大过程 中，经常发现某些技术经济指标下降了，达不到小试水平，被称之为“放大效应”；高温反应 出现的工程问题，被统称为材料问题，催化反应则说成全是催化剂问题，等等。 化工过程开发核心是反应过程开发，需要解决的问题主要是：反应器的合理选型，优选操 作条件，反应器的放大依据。逐级经验放大方法与之相应的对策是采用小试验确定反应器型式； 并优选工艺条件；用逐级模试、中试考察几何尺寸的影响，解决放大问题。分析上述三个步骤， 可以发现逐级经验放大方法具有如下基本特征。a 着眼于外部联系，不研究内部规律。逐级经 验放大方法首先在各种小型反应器中进行试验，以反应结果好坏为标准，评选出所谓最佳型式； 在稍放大的反应器中进行工艺条件试验，同样，用反应结果优劣为标服，决定适宜的工艺条件； 以此为基础，再逐级地进行不同规模的反应器试验，观察反应结果变化，推测进一步放大(工 业规模)的反应结果，进而完成设计、施工。这无异于将反应过程视为“黑箱”，只考察其输入 与输出的关系，即变量与结果的关系，亦即外部联系，置内部过程于不顾。前面谈到，逐级经 验放大方法所以“经久不衰”，原因之一是研究输入输出关系也能对反应过程有一定程度的了 解。当人们对一些过程知之不多，或对象极为复杂，暂时无法分解，采用经验放大也就变得可 以理解了。b 着眼于综合研究，不试图进行过程分解。从反应工程的理论看，在化学反应进行 的同时，伴随着传递过程，两者串联，相互影响，各自均有特定的运动规律。逐级经验放大方 法不将它们分解开，单独研究。而综合研究的结果，只能找到宏观(已经综合起来的)原因，例 如温度、压力、浓度、空速、放大效应、材料问题、催化剂问题等笼统的原因，无法找到具体、 真实的原因，例如流体速度分布、停留时间分布、物理、传递、竞争、协同效应等方面的原因