3.2.4工艺条件与反应器的选择 前已述及，小型工艺试验的任务是：确定工艺条件框架（含最优工艺条件）、优选反应器型 式，确定设计、放大依据。上述三项任务的基础是开发对象的特征，即反应类型（简单反应， 复杂反应，串联副反应，并联副反应等)、热力学行为（可逆反应、不可逆反应、放热反应、吸 热反应、平衡常数与平衡组成等)、动力学行为（快反应、侵反应、与传递过程的相对关系、相 态等)以及工程环境（材质、杂质、寿命、加热、冷却、惰性组分、上下游工况变化范围等）。上 述三项任务的目标是：经济效益、社会效益、环境保护、安全等。鉴于化工过程的原料一般占 产品成本的70%一80%，所以衡量经济效益时往往以转化率、选择性为指标，而社会效益、 环境、安全则难以定量表达。 换言之，小型工艺试验这种科学、技术行为有其特定的前提和出发点，也有其特定的追求 目标，只能在给出的约束领域内工作。而三项任务虽全都立足于开发对象特征，但彼此并不独 立，而是相互交联与协同的，不过有程度强弱之分。 (1)工艺条件选择 工艺条件主要指温度、压力、浓度、进料组成、空速（流量）、循环（返回）比、放空（排放）量 与组成等，工艺学对特定过程的工艺条件选择均有详细的论述，本文仅从开发角度笼统地介绍 一般原则。 在上述工艺条件中，以温度、浓度最为重要。从微观看，是反应场所（反应发生处）的温 度、浓度：从较大尺度看是催化剂颗内、滴内、泡内、膜内、孔内、界面的温度与浓度分布： 从宏观的角度看，就是反应器内、塔内、炉内、床内的温度与浓度分布。①上述三级（反应场 所级，滴、粒、膜级，反应器级)温度分布与浓度分布，与反应特征有关，更主要的是与工程 因素（由反应器型式、尺寸、操作方式、工艺条件综合生成）有关。所以小试优选的工艺条件， 在不同级别的模试与工业反应器中，未必还是最优。原因很简单，上述三个级别的温度与浓度 分布变了。②就本征反应速率而论，其值仅与催化剂（或理解为反应自身特征一涉及频率因 子与活化能)、浓度、温度有关，而且一般情况下，它们是相互独立的。但如果因其中之一变 化引起反应机理变化（例如，催化剂的催化机理变化：由反应控制转化为扩散控制等）：温度变 化，除自身通过阿累尼斯关系影响反应速率外，还通过物性一传递一浓度分布，影响反应结果： 浓度变化，除自身通过反应级数影响反应速率外，还通过物性（热容）一传递一温度分布，影响 反应结果，则产生协同效应的。还应指出，在多数情况下，这种协同效应可以略而不计。 b以反应结果最优为目标，工艺条件、反应器型式、几何尺寸、操作方式应相互补充、彼 此匹配，以体现综合效果。通过反应器的加热、冷却，催化剂的粒度、原料固体的粒度尺寸、 液体原料的雾化与分布，填充床的结构与流体分布，塔式反应器结构，搅拌反应器的桨叶结构 等等，有可能营造出满意的第二、第三层次因素。因此，在选择工艺条件时，应充分考虑第一 层次因素之间既独立、又联合的效果。 C在选择工艺条件时，应进行热力学计算，以掌握反应进行的极限。如果某组工艺条件预 示的平衡状态与技术目标不符，则应设法改变工艺条件或反应器型式。有时候，希望反应在新 的工艺条件下达到或趋近平衡：也有时候，则希望新的工艺条件能通过反应动力学抑制平衡出 现。 选择工艺条件时还必须考虑材质等因素的约束。如果开发对象为吸热反应，提高温度对 热力学和动力学都是有利的。处于工艺上的要求、有的为了防止或减缓副反应：有的为了提高 设备生产强度，希望反应在高温下进行。此时，必须考虑材质承受能力，在材质的约束下选择 工艺条件。 在系统工程观点指导下选择工艺条件。选择工艺条件既要着眼于具体的化工过程，又要 立足于全系统最优，必要时要牺牲局部，保证全局。压力，特别是对大系统气体为原料过程而 言是全局性因素。系统压力不可能时高、时低，多次起伏。因此，在选择系统压力时，一定要 立足于系统，不仅要考虑一个反应过程，而是要考虑全部反应过程：还要考虑净化、分离过程， 在发生矛盾时，要以系统最优（投资、成本、单耗、效益）决定弃取。3.2.4 工艺条件与反应器的选择 前已述及，小型工艺试验的任务是：确定工艺条件框架(含最优工艺条件)、优选反应器型 式，确定设计、放大依据。上述三项任务的基础是开发对象的特征，即反应类型(简单反应， 复杂反应，串联副反应，并联副反应等)、热力学行为(可逆反应、不可逆反应、放热反应、吸 热反应、平衡常数与平衡组成等)、动力学行为(快反应、侵反应、与传递过程的相对关系、相 态等)以及工程环境(材质、杂质、寿命、加热、冷却、惰性组分、上下游工况变化范围等)。上 述三项任务的目标是：经济效益、社会效益、环境保护、安全等。鉴于化工过程的原料一般占 产品成本的 70％一 80％，所以衡量经济效益时往往以转化率、选择性为指标，而社会效益、 环境、安全则难以定量表达。 换言之，小型工艺试验这种科学、技术行为有其特定的前提和出发点，也有其特定的追求 目标，只能在给出的约束领域内工作。而三项任务虽全都立足于开发对象特征，但彼此并不独 立，而是相互交联与协同的，不过有程度强弱之分。 （1）工艺条件选择 工艺条件主要指温度、压力、浓度、进料组成、空速(流量)、循环(返回)比、放空(排放)量 与组成等，工艺学对特定过程的工艺条件选择均有详细的论述，本文仅从开发角度笼统地介绍 一般原则。 a 在上述工艺条件中，以温度、浓度最为重要。从微观看，是反应场所(反应发生处)的温 度、浓度；从较大尺度看是催化剂颗内、滴内、泡内、膜内、孔内、界面的温度与浓度分布； 从宏观的角度看，就是反应器内、塔内、炉内、床内的温度与浓度分布。① 上述三级(反应场 所级，滴、粒、膜级，反应器级)温度分布与浓度分布，与反应特征有关，更主要的是与工程 因素(由反应器型式、尺寸、操作方式、工艺条件综合生成)有关。所以小试优选的工艺条件， 在不同级别的模试与工业反应器中，未必还是最优。原因很简单，上述三个级别的温度与浓度 分布变了。② 就本征反应速率而论，其值仅与催化剂(或理解为反应自身特征——涉及频率因 子与活化能)、浓度、温度有关，而且一般情况下，它们是相互独立的。但如果因其中之一变 化引起反应机理变化(例如，催化剂的催化机理变化；由反应控制转化为扩散控制等)；温度变 化，除自身通过阿累尼斯关系影响反应速率外，还通过物性一传递一浓度分布，影响反应结果； 浓度变化，除自身通过反应级数影响反应速率外，还通过物性(热容)一传递一温度分布，影响 反应结果，则产生协同效应的。还应指出，在多数情况下，这种协同效应可以略而不计。 b 以反应结果最优为目标，工艺条件、反应器型式、几何尺寸、操作方式应相互补充、彼 此匹配，以体现综合效果。通过反应器的加热、冷却，催化剂的粒度、原料固体的粒度尺寸、 液体原料的雾化与分布，填充床的结构与流体分布，塔式反应器结构，搅拌反应器的桨叶结构 等等，有可能营造出满意的第二、第三层次因素。因此，在选择工艺条件时，应充分考虑第一 层次因素之间既独立、又联合的效果。 c 在选择工艺条件时，应进行热力学计算，以掌握反应进行的极限。如果某组工艺条件预 示的平衡状态与技术目标不符，则应设法改变工艺条件或反应器型式。有时候，希望反应在新 的工艺条件下达到或趋近平衡；也有时候，则希望新的工艺条件能通过反应动力学抑制平衡出 现。 d 选择工艺条件时还必须考虑材质等因素的约束。如果开发对象为吸热反应，提高温度对 热力学和动力学都是有利的。处于工艺上的要求、有的为了防止或减缓副反应；有的为了提高 设备生产强度，希望反应在高温下进行。此时，必须考虑材质承受能力，在材质的约束下选择 工艺条件。 e 在系统工程观点指导下选择工艺条件。选择工艺条件既要着眼于具体的化工过程，又要 立足于全系统最优，必要时要牺牲局部，保证全局。压力，特别是对大系统气体为原料过程而 言是全局性因素。系统压力不可能时高、时低，多次起伏。因此，在选择系统压力时，一定要 立足于系统，不仅要考虑一个反应过程，而是要考虑全部反应过程；还要考虑净化、分离过程， 在发生矛盾时，要以系统最优(投资、成本、单耗、效益)决定弃取