处理规模扩大的挑战

为什么有效的实验室规模过程技术需要经验丰富的工程专家成功扩展飞行员或生产工厂？为什么你不能拿一个在烧杯中工作的过程技术，将它放入500加仑的坦克中？为什么实验室规模系统没有线性公式来增加生产？这些只是试点植物量表的几个挑战。

系统的物理特性会在不经意间影响化学反应，产生不同的迭代大小的结果。利用你的台秤数据，一个有经验的工厂规模工程师可以使用Aspen / HYSYS建模成功地扩大你的技术。EPIC可以通过我们专有的工业流程规模化设计，以更少的时间和成本实现这一目标。

继续阅读有关以下信息：

• 非线性中试工厂规模化
• 具体的挑战
• 建模方法
• 建筑设备和材料
• 中试工厂规模化的模块化系统设计

非线性中试工厂规模扩大

由于系统增加了试点植物规模，许多与系统尺寸变化相关的性质，例如表面积到质量的比例，这导致其他东西，例如层流和湍流的流动制度，特别是对于非牛顿流体。

反过来，反应动力学、流体力学和热力学以非线性的方式变化，随着它们的变化而相互影响。在实验室规模的生产过程可能不会产生同样的结果在更大的规模。

流程扩大的具体挑战

EPIC在中试工厂规模扩大过程中有解决各种问题的经验。我们解决的具体挑战包括以下放大工艺技术的物理和化学元素:

• • 反应动力学-IN具有良好反应动力学的系统，来自每个元素的分子有效且快速混合在一起，达到溶液的平衡状态。各种物理和化学因素可以防止混合物的分子混合并正确碰撞。如果没有适当的系统设计，这可以创建不良反应动力学。。
  • 化学均衡-在达到化学平衡之前，反应是没有生产力的，而化学平衡不是立即发生的。随着化学物质混合量的增加，达到平衡的时间以非线性的速度增加。
  • 材料特性-与工艺系统化学品接触的材料的特性是至关重要的。选择不正确的材料会影响反应，随着时间的推移腐蚀，或者使系统变得不必要的昂贵。

• • 流体动力学-保持流动在正确的雷诺数是重要的热传导和混合效率。随着系统尺寸的增大，流体动力学以非线性速率变化，使得层流和湍流之间的变化难以预测。
  • 热力学- 热量损失和增益可以在化学反应中发挥重要作用。例如，一些反应放电热量，增加系统温度并进一步加速反应，放松甚至更加热量并引起温度进一步上升。控制反应温度对成功的试验厂规模很重要。
  • 设备选择-设备的物理限制会严重影响化学反应。继续热力学的例子，由于一些反应产生热量，它必须及时地从系统中逃逸，这样反应才不会变得不稳定。表面积与混合物体积的比值决定了热量从系统中释放的速度。如果水箱的尺寸不正确，就很难控制化学反应，化学反应会迅速升级。
  • 骚动问题- 混合技术对于实现良好的反应动力学至关重要。随着系统的增加，混合呈现了几个挑战。例如，随着反应的体积增加，马力搅拌混合物所需的马力也是如此。添加足够的马力以随着系统缩放时搅拌混合物并不总是成本效益或可行的。通过将较大搅拌器的尖端速度匹配到板凳比例搅拌器的尖端速度来解决该问题。在罐内创造正确的湍流量以促进良好的反应动力学是通过成角度的搅拌器和挡板解决的问题。右侧观看视频，了解有关这项工作方式的更多信息。

史诗通过Aspen Hysys建模中的前端工程和扩展设计来解决这些困难。我们确定化学技术可以缩放合理的成本并仍然产生所需的输出。我们还根据系统是否是卫生过程放大或工业过程扩大的工业过程扩展来研究特定的系统挑战。

建模方法

几种半经验建模方法的使用决定了试点工厂的局限性，可以通过建模扩大规模，降低成本，消除建立连续测试系统的需要。EPIC的专业工程师根据你的实验室规模数据，通过计算机模拟来模拟这个迭代过程。具体的方法包括:

• • 化学模拟研究-该方法是应用于化学反应的量纲相似性，是由化学反应中的质量守恒、动量守恒和能量守恒定律推导出来的。如果反应足够快，化学相似性就不是很重要，但在缓慢的反应中，研究化学相似性就很重要。
  • 数学建模- 该方法涉及使用计算机程序根据系统的物理性质来设置参数，用于化学反应方程，并迭代地运行该程序，直到达到所需的反应尺寸。史诗用途的方法包括：
    • • 阿斯彭/建造的建模- 计算机仿真程序，从长凳级别开发千级流程
      • 有限元分析(FEA)- 找到部分微分方程（PDE）和积分方程解的数值方法
      • 计算流体力学(CFD)-用于产生流动模拟的计算机建模技术

建筑选择设备和材料

非线性试验厂规模效果可通过适当的设备，系统尺寸和建筑材料管理，但在什么费用？

容易获得的、在台秤上工作的建筑材料可能很昂贵，而且很难大量找到。寻找可行的替代品需要有经验的放大设计专家，了解材料特性和可用设备。

设计工程师必须在节省成本和设备选择之间取得平衡，而不影响最终的目标，即证明最终中试工厂扩大规模的可行性。生产水平的设备可能需要证明生产水平的能力，即使实验室或中试工厂的规模不需要与生产规模的工厂相同的设备才能工作。特殊设备和符合性也设计和测试期间的卫生过程扩大。

选择适当数量的仪器和测试站将保证成本并证明流程技术作品。