混和过程的工业放大

混 过程， 匕 歧 和过程的工业放大 INDU STRIA乙 S0 ALE—UP FOR MIX ING PROCESS 一 混和足化学工业中常见的化工单元操作，在化 工过程开发中经常会遇到混和过程的工业放大，濉 们过程工业放大的 坏直接影响到产品的质量， 备的生产能力和厂尔的 经济 效益 ，由 于混和过 的工业放大失败可能会导致 整个 工厂 无法正 常运 行，因此，对混和过程的工业放大进行分折探讨， 有一定的工业现实意义 本文主要对导致混和过程工业放大失败的原因 及混和过程工业放大的方法进行了分析探讨，并给 出了作者亲身经历的两个涉及混和过程工业放大的 实例 1 混和过程工业放大失败原因分析 涉及到混和过程的工业放大的成功的可能性比 其它化工单元操作的化工工业放大的成功可能性要 低，导致出现这种情况的原因很多，归纳起来，包 括以下几个方面。 (1)混和过程的基础 究不及其它化工单元操 作成熟。混和过程尽管很古老，人们亦对其进行过不 少研究，但由于混和过程自身的复杂性，决定了对 于混和过程难以定量描述，同时，由于受到测试。二 段的限制，对于混和过程的微观机理亦缺乏认识， 特别是对于大型设备内混和过程的研究尤 为缺乏， 而在设备几何相似前提下，大型设备与实验设备呈 现不同的流体力学和传真特征，这是导致混和过 较其它化工单元操作难于放大的客观原因。 (2)人们在对混和过程进行放大时，对化工过 程自身缺乏认识，对于工艺混和过程的 实 质 性 婴 求不甚明确，比如在生化反应器开 发 时， 为 了 使用固体颗粒悬浮，还是要保证气液传质。或是 保证营养物的调匀都不甚清楚，这是导致混和过程 _亡业放大失败的最主要原因，由于对于不同的工业 实质性要求，人们对于混和过程所采用的放大方法 · 53 · 不一样，有时可能采用的混和设备的结 也不太一 样。 (3)化学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师在对混和过程进行放人时，时 f混和的放大缺乏足够的重视，这亦是导致混和过 程失败的一个重要原因，一般来说，对于象固体悬 浮，调匀，传热，包含有慢反应的这类对混和要求 不太高的混和设备的放大而言，忽视混和过程的放 大，而不致于造成严重后果，而列于混和对工艺过 程起控带 怍用的时候，象反应速率大于混和速率， 混和速率影响到化学反应的选择性，由传真过程所 决定的化学反应 (对于多相反应)，混和速率影响 到晶体的生长等，若忽视混和过程的放大，则会造 成严重后果。 2 混和过程放大方法的探讨 通过上面对混和过l程放j大失{败的原因进行分 折，我们可以发现通过化学工程师的努力有些在混 徊过程中出现的问题是完全可以避免的，虽然有的 不可能完全避免，也可以在小型设备上发现大型设 备可能出现的问题，并寻 求 一定 的解 决问 题的途 径。为了使混和过程的放大尽可能科学的进行，对 于混和过程的放大可以采取下述方法： (1)首先对整个化工工艺过程进行分析，弄清 工艺过程对混和过程的实质性要求，这种实质性要 求有时可能会很明显，有时也可能会很隐蔽，特别 是对于包含有化学反应的混和过程，应当特别 Sl起 注意，凶为在包含有化学反应的混和过程，其实质 要求往往会比较隐蔽。 (2)通过实验对工艺过程的实j贞性要求进行iJI= 史，分析在混合过程中可能会出现的问题，并通过 弱点强化 的方法找到解决问题的途径，有时可能根 据对混和过程的实质性要求需要对混和设备的结构 作必要的改进，如果采用相似结构’进行放大则通过 《化学工程师 )),3[1993 G2,第33期) 维普资讯 http://www.cqvip.com 。 】-㈨ J 验法则确定 l：艺 数 ．． (3)采用逐级放大的方法、对混和过程进行放 大，逐步发现并解决问题直至工业化生产。 5 混和过程放大的实例 随着社会主义市场经济 的发展，对于精细化工 产品的开发越来越引起人们的兴趣，我们在进行精 细化工产品开发时，曾经遇到过这么一个实例，我 们的目的产物是一定粒径范围内的高聚物颗粒，制 备过程是将某一激活的单体连续的加入装有反应介 质的搅拌槽，强烈搅拌使单位分散并形成一定粒径 的固体颗粒。在一实验室规模(51)的搅拌槽中，在搅 拌转过为500转／min时，形 成的高聚物颗粒的质量 很好，接着我们在0．5m。的搅 拌槽中进 行放 大实 验，在搅拌转速低于300转／min时，在搅拌槽内会形 成大块的高聚物，在搅拌转速大于300转／min时，产 品质量基本能达到要求，最后放大~1]5m 的工 业装 置，在可调的搅拌转速范围内。由于高聚物结块而 无法正常进行生产，后来，我们对该聚合反应过程 进行了分析，发现该聚合反应的速度很快，聚合物的 粒径主要由混和分散的液体单体的粒径所决定，于 是我们在搅拌槽内改变了进料的位置，发现进料距 搅拌浆越远，聚合物就越易结块，产品质量越差， 这说明该混和过程的放大的关键是使进料开始应得 到很好的分 ，为了保证这一点，进料位置必须在搅 拌浆附近，最后我们对工 业规模的5m 的搅拌槽的 进料位置进行了改变，结果在搅拌转速为8O转，min 时，产品质量就能满足用户要求，试想，若在混和 过程放大之初考虑到这一点就不会导致失败。 生物过程的开发常常伴随生物反应器的开发， 生物反应器内的搅拌的作用是多方面的搅拌用来分 散气休，调匀底物与反应产物，保持固体颗粒 (如 细胞)悬浮，同时也使反应器内具有一定的剪切应 力，根据具体的生物过程，从而确定过程的控制因 素显得很重要，比如我们在进行一微生物多糖发酵 开发过程中，到发酵的后期发酵液的粘度很高，上 述提到的各种都有可能成为过程的控制因素，我们 在小试实验中通过改变反应器的结构从而确定传真 (气休分散)与反应底物 (产物)的调匀为过程的 控制因素，我们进一步通过弱点强化的方法，试图 找到在混和放大过程中可能出现的传质和调匀问题 的解决途径，通过对多种结构的搅拌器进行分析， 川癌成 ⋯ ·种新的搅拌浆组合结构一INT红¨ =ff 搅拌浆，较好的解决了发酵过程中的传质与调匀问 题，现在已具工业规模，其运行状态良好。 混和放大作为--I'3科学，同时也 作为一门技 艺，还需要人们不断的去认识、去探索。 麦 I 对于几何相似设备在湍流条件下的放大准则 过程要求 相同的最大剪切力简单调匀 固体颗粒的悬浮 相同的混和时间 (与怏反应相关的况和过程) 相似的热传递 相似湍流分散 相似的气液传质 相似的微观混和 放大准则 等尖端速度即ND=常数 易悬浮固体粒子 ND。·。‘= 常数 一 般情况 ND。·”=常数 难悬浮固体粒子 ND。·” = 常数 等搅拌转速 N=常数 等 雷诺数 ND o· ：常数 位体积ND。．· ：常数 功率相等 ·N搅拌转速 D搅拌浆直径 企业闯关需掌握三种信息 今年我国将加入关贸总协定，大多数企业都将 进入 “国际级较量”，面临更严峻的竞争局面。为 顺利过 “关”企业急需掌握三种信息： 一 是国际市场产品质量厦价格信息 “入关”后企业要站在国际市场中重新估量自 身的实力，认识本企业产品的优劣之势，以便了解 竞争对手 。 =是预测关税调整幅度信息 “入关”后许多企 业进 口产品 的关 税将要调 整，调整幅度大小直接影响企业受冲击程度。 三是经济政策调整信息 目前我国为了 “入关”，正从各方面调整经济 政策，企业应了解这方面的信息，以适应闯 “关” 需要。 化学工程师 》3／1993(总第33期) · 53 · 维普资讯 http://www.cqvip.com