第四章過(guò)程放大課件

第四章過(guò)程放大

研究化工過(guò)程放大規(guī)則的模型有所謂“物質(zhì)模型”和“非物質(zhì)模型”兩種形式。前者是指那些與生產(chǎn)裝置或設(shè)備相似，但小于生產(chǎn)規(guī)模的試驗(yàn)裝置或設(shè)備；后者則為描述過(guò)程動(dòng)態(tài)規(guī)律并與過(guò)程運(yùn)行實(shí)際情況等效的數(shù)學(xué)模型。凡根據(jù)模型模擬過(guò)程所得研究結(jié)果將過(guò)程加以放大的方法，統(tǒng)稱為“模擬放大”。目前，化工過(guò)程開發(fā)有四種放大方法，它們是逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法，數(shù)學(xué)模擬法，部分解析法和相似放大法。本章將以化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的開發(fā)放大，分別說(shuō)明四種方法的研究方法和主要特征。

1精選課件ppt第四章過(guò)程放大4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

4.2數(shù)學(xué)模擬法

4.3部分解析法

4.4相似放大法

2精選課件ppt4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法是運(yùn)用物質(zhì)模型從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小試開始，經(jīng)過(guò)逐級(jí)放大的模型試驗(yàn)研究，直到將化工過(guò)程放大成為生產(chǎn)規(guī)模。3精選課件ppt4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

4.1.1研究步驟

1．設(shè)備選型：結(jié)構(gòu)變量試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)考察因素僅僅是設(shè)備的型式和結(jié)構(gòu)

設(shè)備選型階段用小試還是中試？為什么？

4精選課件ppt4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

4.1.1研究步驟

2．優(yōu)化工藝條件：操作變量試驗(yàn)

為什么優(yōu)化工藝條件必須在設(shè)備選型之后進(jìn)行？

5精選課件ppt4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

4.1.1研究步驟

3．反應(yīng)囂放大：幾何變量試驗(yàn)

反應(yīng)器結(jié)構(gòu)改變，造成放大效應(yīng)6精選課件ppt4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

4.1.2逐級(jí)放大法的特征

1.只綜合考察輸入變量和輸出結(jié)果的關(guān)系，不能深入研究過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律

“黑箱模型”、“放大效應(yīng)”

7精選課件ppt4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

4.1.2逐級(jí)放大法的特征

2.試驗(yàn)步驟由人為規(guī)定，并非科學(xué)合理的研究程序

認(rèn)為割裂、忽略相互聯(lián)系

后果：前后矛盾

8精選課件ppt4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

4.1.2逐級(jí)放大法的特征

3.放大是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果外推，并不一定可靠

解決辦法：多級(jí)模擬、縮小放大倍數(shù)

后果：開發(fā)費(fèi)用、開發(fā)周期

理論分析、工程經(jīng)驗(yàn)9精選課件ppt4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

舉例：用異丙苯為原料生產(chǎn)苯酚和丙酮。采用逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法對(duì)過(guò)氧化氫異丙苯分解反應(yīng)器進(jìn)行放大。第—步為異丙苯氧化生成過(guò)氧化氫異丙苯。第二步為過(guò)氧化氫異丙苯用硫酸作催化劑在液相中分解生成苯酚和丙酮10精選課件ppt4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

舉例：選型：連續(xù)管式反應(yīng)器工藝條件反應(yīng)物料濃度：3.2kmol/m3反應(yīng)溫度：359K硫酸濃度(催化劑)：6N反應(yīng)物料流量：0.1m3/h此時(shí)過(guò)氧化氫異丙苯的轉(zhuǎn)化率為98.8％。反應(yīng)器：直徑為40mm，長(zhǎng)1202mm的反應(yīng)管(1.51L)11精選課件ppt4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

舉例：3.放大：放大試驗(yàn)分兩級(jí)進(jìn)行，首先取一根直徑為40mm，長(zhǎng)1712mm的反應(yīng)管(2.15L)按上述工藝條件進(jìn)行試驗(yàn)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高至99.8％。然后按2.15L反應(yīng)管的尺寸比例將反應(yīng)管體積放大至10L，并將反應(yīng)物料流量相應(yīng)增大至0.464m3/h進(jìn)行試驗(yàn)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率仍可達(dá)到99.8％，未發(fā)現(xiàn)放大效應(yīng)，反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)已基本反應(yīng)完全。12精選課件ppt4.1逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法

舉例：4.反應(yīng)器設(shè)計(jì)：生產(chǎn)要求每小時(shí)處理過(guò)氧化氫異丙苯濃度為3.2kmol/m3的反應(yīng)物料3m3，確定反應(yīng)器的體積。當(dāng)要求反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到98.8％，用反應(yīng)管體積為1.51L模型反應(yīng)器作幾何相似放大時(shí)，由外推法算出的生產(chǎn)用反應(yīng)器的體積為45.3L。如果要求反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.8％，則用反應(yīng)管體積為2.15L的模型反應(yīng)器作幾何相似放大時(shí)，由外推法算出的生產(chǎn)用反應(yīng)器的體積為64.5L13精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法

數(shù)學(xué)模擬法是一種較新的開發(fā)方法，它不一定要通過(guò)試驗(yàn)去取得放大的判據(jù)和數(shù)據(jù)，一般是在認(rèn)識(shí)過(guò)程特征的基礎(chǔ)上，運(yùn)用理論分析找到描述過(guò)程規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，并驗(yàn)證該模型與實(shí)際過(guò)程等效，就可以用來(lái)進(jìn)行放大設(shè)計(jì)計(jì)算。14精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法4.2.1數(shù)學(xué)模型

1．建立數(shù)學(xué)模型的思想方法：

首先應(yīng)掌握化工過(guò)程運(yùn)行的動(dòng)態(tài)規(guī)律，然后才能找到描述這種動(dòng)態(tài)規(guī)律的數(shù)學(xué)方法。

15精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法4.2.1數(shù)學(xué)模型

2．?dāng)?shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化：

如果化工過(guò)程運(yùn)行的動(dòng)態(tài)規(guī)律十分復(fù)雜，則必須尋求描述這種規(guī)律的簡(jiǎn)化方法，以使建立的數(shù)學(xué)模型容易運(yùn)算求解。

16精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法4.2.1數(shù)學(xué)模型

3．?dāng)?shù)學(xué)模型的針對(duì)性：

任何數(shù)學(xué)模型都有明確的模擬目標(biāo)，即使模擬對(duì)象相同而模擬目標(biāo)不同，數(shù)學(xué)模型的型式也各異。

17精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法4.2.2研究方法

1．實(shí)驗(yàn)室研究化學(xué)反應(yīng)特征實(shí)驗(yàn)室研究化學(xué)反應(yīng)特征的主要任務(wù)是測(cè)定反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的特征規(guī)律及其參數(shù)。由于研究目的是掌握過(guò)程運(yùn)行的內(nèi)在規(guī)律，其研究?jī)?nèi)容和研究手段都與逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法的實(shí)驗(yàn)室研究有很大差別。它已不再是反應(yīng)器選型和條件優(yōu)化，而是希望從過(guò)程內(nèi)在規(guī)律上去揭示過(guò)程運(yùn)行的實(shí)質(zhì)。因此，應(yīng)盡可能排除外界因素對(duì)于過(guò)程內(nèi)在規(guī)律的干擾，試驗(yàn)裝置并不一定要求與生產(chǎn)裝置相同，但對(duì)于試驗(yàn)測(cè)定的精度要求較高。

18精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法4.2.2研究方法

2.冷模試驗(yàn)研究傳遞過(guò)程特征冷模試驗(yàn)是在無(wú)化學(xué)反應(yīng)參與的情況下，專門考察設(shè)備內(nèi)物料的流動(dòng)與混合，以及傳熱和傳質(zhì)等物理過(guò)程規(guī)律的試驗(yàn)，目的在于研究化學(xué)反應(yīng)器的屬性，了解反應(yīng)器型式和結(jié)構(gòu)對(duì)于反應(yīng)過(guò)程的影響。這種試驗(yàn)應(yīng)有一定規(guī)模，而且試驗(yàn)裝置也應(yīng)與生產(chǎn)裝置相同。19精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法4.2.2研究方法

3.綜合兩種特征，建立數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)工業(yè)反應(yīng)性能當(dāng)化學(xué)反應(yīng)特征和傳遞過(guò)程特征以及描述兩種特征規(guī)律的函數(shù)關(guān)系式確定之后，即可用數(shù)學(xué)方法將兩種規(guī)律予以綜合，形成數(shù)學(xué)模型。這種模型已充分考慮了化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律和外界環(huán)境的影響因素，如果經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)并驗(yàn)證其可靠，即可用來(lái)進(jìn)行運(yùn)算求解，可以預(yù)測(cè)放大后反應(yīng)器的性能。

20精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法4.2.2研究方法

4.中試檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的等效性按上述步驟取得的數(shù)學(xué)模型是否能夠模擬實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，還有待于通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)。因此，應(yīng)建立中試裝置進(jìn)行中試，以檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型與實(shí)際過(guò)程的等效性。這是數(shù)學(xué)模擬法的一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。但試驗(yàn)?zāi)抗曙@然與逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法的中試不同，當(dāng)數(shù)學(xué)模型經(jīng)中試證明與實(shí)際過(guò)程等效后，就能預(yù)測(cè)工業(yè)反應(yīng)器性能和進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計(jì)。

21精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法4.2.3數(shù)學(xué)模擬法特點(diǎn)1．分解過(guò)程，考察過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律建立數(shù)學(xué)模型必須掌握過(guò)程特征及其內(nèi)在規(guī)律，如果過(guò)程比較復(fù)雜，涉及的影響因素多，若不采取分解過(guò)程的研究方法，則很難深入過(guò)程內(nèi)部而加深對(duì)于內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí)。22精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法4.2.3數(shù)學(xué)模擬法特點(diǎn)2．簡(jiǎn)化過(guò)程，尋找建立等效模型的途徑在化學(xué)工程學(xué)科中已經(jīng)建立的一些概念和理論，如反混及停留時(shí)間分布函數(shù)；宏觀動(dòng)力學(xué)及其參數(shù)；雙膜理論及擴(kuò)散阻力；以及邊界層概念及摩擦阻力和熱阻等等，都是對(duì)復(fù)雜化工過(guò)程所進(jìn)行的等效簡(jiǎn)化。如果能運(yùn)用這些概念和理論來(lái)分折實(shí)際化工過(guò)程，則可以找到比較好的簡(jiǎn)化途徑。正由于數(shù)學(xué)模型可以找到等效簡(jiǎn)化的途徑，才使得數(shù)學(xué)模擬法在化工過(guò)程開發(fā)中得以迅速發(fā)展。23精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法4.2.3數(shù)學(xué)模擬法特點(diǎn)3．科學(xué)試驗(yàn)的目的是建立和檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型在數(shù)學(xué)模擬法中科學(xué)試驗(yàn)仍然是不可缺少的環(huán)節(jié)，但試驗(yàn)的目的是為了建立數(shù)學(xué)模型和檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，而不是一般綜合考察的因素試驗(yàn)。另外，對(duì)于試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)操作和測(cè)量精度的要求都更為嚴(yán)格。

24精選課件ppt4.2數(shù)學(xué)摸擬法

數(shù)學(xué)模擬法與逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法比較具有許多優(yōu)點(diǎn)，它可以實(shí)現(xiàn)高倍數(shù)放大，縮短開發(fā)周期，減少人力和物力消耗，但由于建立可靠的數(shù)學(xué)模型比較因難，故至今運(yùn)用數(shù)學(xué)模擬法開發(fā)成功的實(shí)例尚不多見，然而該方法的科學(xué)性和優(yōu)點(diǎn)，決定了它是今后化工過(guò)程開發(fā)技術(shù)發(fā)展的方向。25精選課件ppt4.3部分解折法

部分解析法是一種理論分析和試驗(yàn)探索相結(jié)合的開發(fā)方法。由于許多復(fù)雜的化工過(guò)程規(guī)律至今尚不能透徹了解，要用數(shù)學(xué)模擬法困難很大，故不得不依賴于試驗(yàn)考察以取得放大的經(jīng)驗(yàn)判據(jù)。但是近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)工程學(xué)科以及有關(guān)的工藝技術(shù)學(xué)科都已有了比較成熟而完整的理論，對(duì)于化工過(guò)程中許多工程因素及其相互作用的規(guī)律也已有了較深入的探索。如果以理論為指導(dǎo)進(jìn)行試驗(yàn)研究，就可避免把過(guò)程完全當(dāng)作“黑箱”來(lái)看待，從而減少試驗(yàn)的盲目性，既提高了試驗(yàn)效果，也使試驗(yàn)工作得以簡(jiǎn)化。因此，部分解折法是在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上形成的一種行之有效的開發(fā)方法。26精選課件ppt4.3部分解折法

4.3.1研究方法

反應(yīng)速率和反應(yīng)選擇性可以決定反應(yīng)器的尺寸、產(chǎn)品純度以及原材料消耗和能耗等重要設(shè)計(jì)參數(shù)。反應(yīng)選擇性取決于主、副反應(yīng)速率的相對(duì)關(guān)系，因此歸根結(jié)底，反應(yīng)選擇性仍然屬于反應(yīng)速率問(wèn)題?；瘜W(xué)反應(yīng)速率只是反應(yīng)溫度和反應(yīng)物料濃度的函數(shù)，在化工過(guò)程開發(fā)中需要能夠掌握這種函數(shù)關(guān)系，又能認(rèn)識(shí)反應(yīng)器型式、操作方式、加料方法、混合狀態(tài)和熱交換等工程條件在反應(yīng)過(guò)程中對(duì)反應(yīng)溫度和反應(yīng)物料濃度的作用原理。27精選課件ppt4.3部分解折法

4.3.1研究方法

化學(xué)反應(yīng)歸根到底取決于濃度效應(yīng)和溫度效應(yīng)。1.濃度效應(yīng)：返混程度、預(yù)混合情況，進(jìn)料濃度、加料方式、間歇或連續(xù)操作和非均相系統(tǒng)的混合狀態(tài)等2.溫度效應(yīng)：反應(yīng)速率、反應(yīng)選擇性、溫度分布、溫度序列。28精選課件ppt4.3部分解折法

4.3.2研究步驟

l.通過(guò)定性試驗(yàn)，了解反應(yīng)過(guò)程特征

在開發(fā)研究的最初階段，部分解析法只是需要定性地考察化學(xué)反應(yīng)特征。如化學(xué)反應(yīng)速率的快慢、副反應(yīng)的強(qiáng)弱，操作條件的影響等等。29精選課件ppt4.3部分解折法

4.3.2研究步驟

2.試驗(yàn)結(jié)果和理論分析的結(jié)合產(chǎn)生技術(shù)概念

設(shè)備型式、工藝條件，預(yù)測(cè)反應(yīng)結(jié)果和放大效應(yīng)等等。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)特征和工程因素的結(jié)合，初步考慮了工業(yè)化的技術(shù)措施。30精選課件ppt4.3部分解折法

4.3.2研究步驟

3．檢驗(yàn)技術(shù)概念，完成技術(shù)方案。

檢驗(yàn)技術(shù)概念即驗(yàn)證理論分析結(jié)果，一般是采取鑒別試驗(yàn)的方式。這種試驗(yàn)也是定性的，只需要鑒別理論分析結(jié)論是否正確。31精選課件ppt4.3部分解折法

4.3.2研究步驟

4．取得放大設(shè)計(jì)的定量數(shù)據(jù)。

要取得定量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，還必須進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)或詳細(xì)的理論推算。此時(shí)的系統(tǒng)試驗(yàn)是在取得了實(shí)現(xiàn)技術(shù)開發(fā)比較完整的技術(shù)方案后進(jìn)行的，可以避免盲目探索，如通過(guò)試驗(yàn)對(duì)于過(guò)程規(guī)律了解得比較清楚，也可以建立數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)試驗(yàn)通常采用模型試驗(yàn)或者中試，因?yàn)橹挥性谝欢ㄒ?guī)模的試驗(yàn)裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，才能取得可靠的定量數(shù)據(jù)。32精選課件ppt4.3部分解折法

4.3.2特點(diǎn)

1.分解過(guò)程和綜合分析相結(jié)合。

部分解析法用試驗(yàn)考察化學(xué)反應(yīng)特征，以及運(yùn)用工程理論分析工程因素對(duì)于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的影響，是在分解過(guò)程的指導(dǎo)思想之下進(jìn)行的；而通過(guò)理論分析預(yù)測(cè)放大效應(yīng)和形成技術(shù)概念，是化學(xué)反應(yīng)規(guī)律和傳遞過(guò)程規(guī)律在研究者頭腦中的綜合。33精選課件ppt4.3部分解折法

4.3.2特點(diǎn)

2．開發(fā)放大的依據(jù)主要來(lái)源于試驗(yàn)考察。部分解折法對(duì)于試驗(yàn)的依賴程度并不亞于逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法，開發(fā)放大所需的判據(jù)或數(shù)據(jù)主要通過(guò)試驗(yàn)取得。但試驗(yàn)內(nèi)容大多是為了認(rèn)識(shí)過(guò)程特征所進(jìn)行的定性試驗(yàn)。而反應(yīng)器選型和工藝條件優(yōu)化都必須結(jié)合工程理論分析，首先形成技術(shù)概念，而后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證方能確定。34精選課件ppt4.3部分解折法

4.3.2特點(diǎn)

3．反應(yīng)器放大比較可靠。

部分解析法的技術(shù)開發(fā)方案是在反復(fù)取證和理論分析中形成的。通過(guò)理論分析巳充分考慮了各種工程因素對(duì)于過(guò)程的影響；而對(duì)化學(xué)反應(yīng)特征的考察又盡可能注意到了過(guò)程各種內(nèi)在關(guān)系，兩者結(jié)合起來(lái)所取得的一切判據(jù)和數(shù)據(jù)，都有比較充分的理論依據(jù)，而且經(jīng)過(guò)了試驗(yàn)檢驗(yàn)，一般都比較可靠，應(yīng)用這些判據(jù)或數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，則與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程比較接近。35精選課件ppt4.4相似放大法

相似放大法通常指以相似論和量綱分析（因次論）為基礎(chǔ)的相似模擬放大法，又稱為“比擬放大”，多用于化工單元操作的開發(fā)放大。這種放大方法對(duì)于物理過(guò)程的放大是有效的；但對(duì)于復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在滿足了過(guò)程物理?xiàng)l件相似的情況下，很難同時(shí)滿足化學(xué)條件相似，故在化學(xué)過(guò)程的放大中，只在某些特殊的情況下應(yīng)用。36精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析37精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析

38精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析一、表征物理化學(xué)現(xiàn)象的模型量綱一致例一：

39精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析例二：

40精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟

41精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟例三：鐘擺的擺動(dòng)周期42精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟例三：鐘擺的擺動(dòng)周期43精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟例三：鐘擺的擺動(dòng)周期44精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟例四：毛細(xì)管液滴直徑45精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟例四：毛細(xì)管液滴直徑46精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟例五：肉制品烘烤時(shí)間47精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟例五：肉制品烘烤時(shí)間48精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟例五：肉制品烘烤時(shí)間49精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟例五：肉制品烘烤時(shí)間50精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟例五：肉制品烘烤時(shí)間51精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析二、量綱分析步驟

52精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用

53精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降

54精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降

55精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降

1.重要的變量應(yīng)在ResidualMatrix中出現(xiàn)56精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降

2.通過(guò)行變換把CoreMatrix變?yōu)槔硐雴挝痪仃嚕▽?duì)角線元素為1，其余為0）57精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降

58精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降注意：59精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降

60精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降

61精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降

62精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降

63精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降

64精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用例六：流體在光滑圓管中流動(dòng)的壓降

65精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用層流：過(guò)渡區(qū)：湍流：

66精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1量綱分析三、Pi定理的應(yīng)用

67精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.2研究方法

相似放大法的研究方法是將影響過(guò)程的各種因素根據(jù)因次論或相似論推導(dǎo)出由若干無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)組成的準(zhǔn)數(shù)方程，然后通過(guò)模型試驗(yàn)測(cè)定準(zhǔn)數(shù)方程中的系數(shù)，使準(zhǔn)數(shù)方程具有定量的關(guān)系。68精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.2研究方法

1.相似準(zhǔn)數(shù)和準(zhǔn)數(shù)方程以液體攪拌混合系統(tǒng)為例：69精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.1研究方法

1.相似準(zhǔn)數(shù)和準(zhǔn)數(shù)方程以液體攪拌混合系統(tǒng)為例，使系統(tǒng)內(nèi)液體物料流動(dòng)與混合達(dá)到一定工藝要求所需的功率，取決于攪拌漿的葉輪直徑D和轉(zhuǎn)速n，液體的密度ρ和粘度μ，重力加速度g，以及槽徑T、槽中液體深度HL，擋板數(shù)目、大小和位置等等。由于標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型攪拌器規(guī)定了各種尺寸都與葉輪直徑成一定比例，如圖所示。在考慮相似條件時(shí)，將這些比值定為形狀因素放在準(zhǔn)數(shù)方程的系數(shù)中暫不作考慮，可以得出功率N的函數(shù)關(guān)系70精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.2研究方法

2.模型試驗(yàn)確定準(zhǔn)數(shù)方程的定量關(guān)系

71精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.2研究方法

3.相似放大即幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似。其中幾何相似為大小兩個(gè)攪拌槽中的一個(gè)任何兩部分尺寸之比與另一槽相應(yīng)兩部分的尺寸之比相等。一般構(gòu)形相同的設(shè)備都算幾何相似。如果兩槽不僅幾何相似，而且各自在對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的速度比也相等，則它們便達(dá)到運(yùn)動(dòng)相似，若各自在對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的力之比也相等，便是動(dòng)力相似。

72精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.3特點(diǎn)

1．仍屬綜合考察，但已反映變量間的實(shí)質(zhì)性關(guān)系。

相似準(zhǔn)數(shù)取代單值變量進(jìn)行試驗(yàn)考察，仍屬考察了外部輸入變量和輸出結(jié)果的聯(lián)系。試驗(yàn)考察是在分析了影響過(guò)程的各種因素之后，并運(yùn)用相似論和因次分析導(dǎo)出了維持過(guò)程相似的相似準(zhǔn)數(shù)方程的情況下進(jìn)行的，考察目的是為了確定大小兩系統(tǒng)之間的相似關(guān)系。

73精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.3特點(diǎn)

2．簡(jiǎn)化試驗(yàn)，提高試驗(yàn)效果由于試驗(yàn)簡(jiǎn)化是建立在相似準(zhǔn)數(shù)方程的基礎(chǔ)上，雖然研究方法仍然沒有擺脫經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，但試驗(yàn)的盲目性可以減少，試驗(yàn)效果也可以提高。

74精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.3特點(diǎn)

3．相似論指導(dǎo)模擬，為建立模型提供可靠依據(jù)。相似論的研究對(duì)象是過(guò)程的相似條件，在相似論指導(dǎo)下的過(guò)程模擬必然是從過(guò)程運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)出發(fā)，根據(jù)相似準(zhǔn)數(shù)方程要求的各種相似條件進(jìn)行模擬，而不應(yīng)當(dāng)只是單一的構(gòu)型相似。在建立模型裝置時(shí)，如果能按照相似準(zhǔn)數(shù)及準(zhǔn)數(shù)方程的關(guān)系考慮模型裝置和模型試驗(yàn)的條件，則模型及模型試驗(yàn)結(jié)果較接近于生產(chǎn)實(shí)際情況。

75精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.3特點(diǎn)

4．運(yùn)用相似準(zhǔn)則放大，避免了依經(jīng)驗(yàn)結(jié)果外推。

76精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.4數(shù)量放大法和比例放大法

在化工過(guò)程開發(fā)中經(jīng)常采用數(shù)量放大法和比例放大法。雖然這兩種方法并不必按照上述相似放大法的程序進(jìn)行，但仍然屬于相似放大。

77精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.4數(shù)量放大法和比例放大法

1．?dāng)?shù)量放大法：數(shù)量放大法是一種采用設(shè)備單元數(shù)增加的放大方法常用于固定床催化反應(yīng)器的放大，例如由單管反應(yīng)器放大成列管反應(yīng)器時(shí)，只要放大后列管反應(yīng)器中每一根反應(yīng)管的反應(yīng)條件以及流體流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)等條件與單管試驗(yàn)時(shí)的情況相同，放大一般均能保證可靠。

2．比例放大：比例放大是以一個(gè)或數(shù)個(gè)能表達(dá)過(guò)程主要特征的參數(shù)為依據(jù)，按照比例予以放大的方法。如過(guò)濾強(qiáng)度對(duì)于過(guò)濾機(jī)

78精選課件ppt4.4相似放大法

4.4.