第一章 绪论(化学反应工程).ppt

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1、反应工程（第二版）李绍芬 主编 教学要求：教学要求：了解了解反应工程反应工程基本内容，研究基本内容，研究方法，了解数学模拟方法，三种工程放大方方法，了解数学模拟方法，三种工程放大方法法教学重点与难点：教学重点与难点：重点：重点：化学反应工程研究目的，内容与方法，化学反应工程研究目的，内容与方法，转化率，收率与选择性转化率，收率与选择性难点：难点：三种工程放大方法三种工程放大方法n n化学是研究化学反应规律的科学，而反应工程是研究如何开发、设计适于特定化学反应进行的厂所或环境的科学。定义：开发工业反应器的工程活动。定义：开发工业反应器的工程活动。所需基础知识所需基础知识n n物理化学知识：物理化

2、学知识：物理化学知识：物理化学知识：化学平衡化学平衡化学平衡化学平衡 化学热力学化学热力学化学热力学化学热力学 化学动力学化学动力学化学动力学化学动力学n n化工原理：化工原理：化工原理：化工原理：三传基本理论三传基本理论三传基本理论三传基本理论 单元操作单元操作单元操作单元操作n n应用数学：应用数学：应用数学：应用数学：微分方程、微积分运算微分方程、微积分运算微分方程、微积分运算微分方程、微积分运算 数值方法数值方法数值方法数值方法 矢量、张量分析矢量、张量分析矢量、张量分析矢量、张量分析必须熟练的数学基础知识必须熟练的数学基础知识化学工程：工程技术的一个分支工程技术的一个分支，探讨化工生

3、产探讨化工生产过程的规律性过程的规律性，并根据对其规律性的认识并根据对其规律性的认识来解决化工生产中的问题来解决化工生产中的问题。pretreatment physical treatment steps separation physical treatment steps raw materials recycleproductschemical treatment steps1.1 1.1 化学反应工程概述化学反应工程概述化学反应工程概述化学反应工程概述1.2 1.2 化学反应的转化率和收率化学反应的转化率和收率化学反应的转化率和收率化学反应的转化率和收率1.3 1.3 化学反应器的类型

4、化学反应器的类型化学反应器的类型化学反应器的类型1.4 1.4 化学反应器的操作方式化学反应器的操作方式化学反应器的操作方式化学反应器的操作方式1.5 1.5 反应器设计的基本方程反应器设计的基本方程反应器设计的基本方程反应器设计的基本方程1.6 1.6 工业反应器的放大工业反应器的放大工业反应器的放大工业反应器的放大n n古代古代古代古代 ：炼丹术、酿酒、酿醋、金属冶炼、造纸、陶瓷等技艺：炼丹术、酿酒、酿醋、金属冶炼、造纸、陶瓷等技艺：炼丹术、酿酒、酿醋、金属冶炼、造纸、陶瓷等技艺：炼丹术、酿酒、酿醋、金属冶炼、造纸、陶瓷等技艺n n3030年代以前：发展缓慢年代以前：发展缓慢年代以前：发展

5、缓慢年代以前：发展缓慢 n n19371937年：丹克勒（德国）的发现年：丹克勒（德国）的发现年：丹克勒（德国）的发现年：丹克勒（德国）的发现 n n二战前后：二战前后：二战前后：二战前后：n n19571957年荷兰：欧洲第一届反应工程会议正式确认年荷兰：欧洲第一届反应工程会议正式确认年荷兰：欧洲第一届反应工程会议正式确认年荷兰：欧洲第一届反应工程会议正式确认“化学反应工化学反应工化学反应工化学反应工程程程程”这一学科。这一学科。这一学科。这一学科。n n6060年代：石油化工的大发展，生产日趋大型化以及原料深加工年代：石油化工的大发展，生产日趋大型化以及原料深加工年代：石油化工的大发展，生

6、产日趋大型化以及原料深加工年代：石油化工的大发展，生产日趋大型化以及原料深加工向化学反应工程领域提出了一系列的课题，加速了这一学科的向化学反应工程领域提出了一系列的课题，加速了这一学科的向化学反应工程领域提出了一系列的课题，加速了这一学科的向化学反应工程领域提出了一系列的课题，加速了这一学科的发展。发展。发展。发展。n n8080年代后：随着高新技术的发展和应用（如微电子器件、光导年代后：随着高新技术的发展和应用（如微电子器件、光导年代后：随着高新技术的发展和应用（如微电子器件、光导年代后：随着高新技术的发展和应用（如微电子器件、光导纤维、新材料及生物技术的应用等），扩大了化学工程的研究纤维、

7、新材料及生物技术的应用等），扩大了化学工程的研究纤维、新材料及生物技术的应用等），扩大了化学工程的研究纤维、新材料及生物技术的应用等），扩大了化学工程的研究领域，形成了一些新的学科分支，如生化反应工程、聚合物反领域，形成了一些新的学科分支，如生化反应工程、聚合物反领域，形成了一些新的学科分支，如生化反应工程、聚合物反领域，形成了一些新的学科分支，如生化反应工程、聚合物反应工程、电化学反应工程等应工程、电化学反应工程等应工程、电化学反应工程等应工程、电化学反应工程等。n n目前目前目前目前:化学反应工程化学反应工程化学反应工程化学反应工程+过程系统工程过程系统工程过程系统工程过程系统工程+产品工

8、程产品工程产品工程产品工程 发展概述：发展概述：n n化学反应工程是化学工程学科的一个分支，通常化学反应工程是化学工程学科的一个分支，通常化学反应工程是化学工程学科的一个分支，通常化学反应工程是化学工程学科的一个分支，通常简称为反应工程。其内容可概括为两个方面，即简称为反应工程。其内容可概括为两个方面，即简称为反应工程。其内容可概括为两个方面，即简称为反应工程。其内容可概括为两个方面，即反应动力学和反应器设计与分析反应动力学和反应器设计与分析反应动力学和反应器设计与分析反应动力学和反应器设计与分析。n n 反应动力学反应动力学反应动力学反应动力学n n主要研究化学反应进行的机理和速率，以获得进

9、主要研究化学反应进行的机理和速率，以获得进主要研究化学反应进行的机理和速率，以获得进主要研究化学反应进行的机理和速率，以获得进行工业反应器的设计和操作所必需的动力学知识，行工业反应器的设计和操作所必需的动力学知识，行工业反应器的设计和操作所必需的动力学知识，行工业反应器的设计和操作所必需的动力学知识，如反应模式、速率方程及反应活化能等等。如反应模式、速率方程及反应活化能等等。如反应模式、速率方程及反应活化能等等。如反应模式、速率方程及反应活化能等等。n n 反应器设计与分析反应器设计与分析反应器设计与分析反应器设计与分析n n研究反应器内各因素的变化规律，找出最优工况研究反应器内各因素的变化规

10、律，找出最优工况研究反应器内各因素的变化规律，找出最优工况研究反应器内各因素的变化规律，找出最优工况和反应器的最好型式，以获得最大的经济效益。和反应器的最好型式，以获得最大的经济效益。和反应器的最好型式，以获得最大的经济效益。和反应器的最好型式，以获得最大的经济效益。研究内容：研究内容：化学反应化学反应特性：动特性：动力学特性力学特性装装置置特特性性（工工程程）：传递特性：传递特性范范畴畴：n n化学反应：化工热力学：平衡和反应极限化学反应：化工热力学：平衡和反应极限化学反应：化工热力学：平衡和反应极限化学反应：化工热力学：平衡和反应极限 反应动力学：速率反应动力学：速率反应动力学：速率反应动

11、力学：速率工工工工 程：催化剂、设备型式、操作方法和流程、程：催化剂、设备型式、操作方法和流程、程：催化剂、设备型式、操作方法和流程、程：催化剂、设备型式、操作方法和流程、传递工程、工程控制、反应过程的分析、反应传递工程、工程控制、反应过程的分析、反应传递工程、工程控制、反应过程的分析、反应传递工程、工程控制、反应过程的分析、反应技术的开发和反应器设计技术的开发和反应器设计技术的开发和反应器设计技术的开发和反应器设计 化学反应工程与其它学科的联系化学反应工程与其它学科的联系n n 化学反应过程不仅包含化学现象，同时也包含物化学反应过程不仅包含化学现象，同时也包含物理现象，即传递现象。传递现象包

12、括动量、热量和质理现象，即传递现象。传递现象包括动量、热量和质量传递，再加上化学反应，这就是通常所说的三传一量传递，再加上化学反应，这就是通常所说的三传一反。例如：对于反应过程反。例如：对于反应过程 实际的反应过程可能包括：反应物、产物的扩散过程（内外）+表面反应过程。无论对于放热过程，还是吸热过程，催化剂与反应物气体存在温差。就整个反应器而言，如反应器内的浓度和温度随位置变化，需将化学反应与传递现象综合起来考虑。化学反应工程作用n n对于化学产品和加工过程的开发、反应器的设计放大起着重要的作用。运用化学反应工程知识可以:n n提高反应器的放大倍数，减少试验和开发周期。n n对现有反应装置操作

13、工况进行优化，提高生产效率。n n开发环境友好的绿色生产路线和工艺。反应进度本书规定反应物的化学计量系数一律取负值，而反应产物则取正值。在化学反应进行过程中，反应物的消耗量和反应产物的生在化学反应进行过程中，反应物的消耗量和反应产物的生在化学反应进行过程中，反应物的消耗量和反应产物的生在化学反应进行过程中，反应物的消耗量和反应产物的生成量之间存在化学计量关系。成量之间存在化学计量关系。成量之间存在化学计量关系。成量之间存在化学计量关系。例如，化学反应：例如，化学反应：例如，化学反应：例如，化学反应：AA、BB、RR反应组分反应组分A A、B B和和R R的化学计量系数。有的化学计量系数。有:这

14、里的这里的这里的这里的叫做反应进度。推广到任何反应，表示成叫做反应进度。推广到任何反应，表示成叫做反应进度。推广到任何反应，表示成叫做反应进度。推广到任何反应，表示成 ：注意：n n永远为正值。永远为正值。n n反应进度反应进度系一具有广度性质的量，为了计算上的方便，系一具有广度性质的量，为了计算上的方便，还可以定义一些具有强度性质的反应进度，如单位反应还可以定义一些具有强度性质的反应进度，如单位反应物系体积的反应进度，单位质量反应物系的反应进度等物系体积的反应进度，单位质量反应物系的反应进度等等。等。n n反应进度是对一个化学反应而言，如果反应物系中同时反应进度是对一个化学反应而言，如果反应

15、物系中同时进行数个化学反应时，各个反应各自有自己的反应进度，进行数个化学反应时，各个反应各自有自己的反应进度，设为设为jj，则任一反应组分则任一反应组分i i的反应量应等于各个反应所的反应量应等于各个反应所作贡献的代数和，即：作贡献的代数和，即：转化率转化率定义：转化率是针对反应物而言的。转化率是针对反应物而言的。如果反应物不只一种，根据不同反应物计算所得的转化如果反应物不只一种，根据不同反应物计算所得的转化 率数值可能是不一样的，按哪种反应物来计算转化率都是率数值可能是不一样的，按哪种反应物来计算转化率都是可以的。可以的。通常选择不过量或价值最高的反应物计算转化率。这样通常选择不过量或价值最

16、高的反应物计算转化率。这样 的组分称为关键组分或着眼组分。的组分称为关键组分或着眼组分。按关键组分计算的转化率，最大值为按关键组分计算的转化率，最大值为100100。计算起始状态的选择计算起始状态的选择:对于连续反应器，一般以反应器进口处原料的状态作为起始对于连续反应器，一般以反应器进口处原料的状态作为起始状态；间歇反应器则以反应开始时的状态为起始状态。状态；间歇反应器则以反应开始时的状态为起始状态。当数个反应器串联使用时，往往以进入第一个反应器的原料当数个反应器串联使用时，往往以进入第一个反应器的原料组成作为计算基准。组成作为计算基准。n n一些反应系统由于化学平衡的限制或其他原因，原料通过

17、反一些反应系统由于化学平衡的限制或其他原因，原料通过反一些反应系统由于化学平衡的限制或其他原因，原料通过反一些反应系统由于化学平衡的限制或其他原因，原料通过反应器后的转化率甚低，为了提高原料利用率以降低产品成本，应器后的转化率甚低，为了提高原料利用率以降低产品成本，应器后的转化率甚低，为了提高原料利用率以降低产品成本，应器后的转化率甚低，为了提高原料利用率以降低产品成本，往往将反应器出口物料中的反应产物分离出来，余下的物料往往将反应器出口物料中的反应产物分离出来，余下的物料往往将反应器出口物料中的反应产物分离出来，余下的物料往往将反应器出口物料中的反应产物分离出来，余下的物料再送回反应器入口处

18、，与新鲜原料一起进入反应器再反应，再送回反应器入口处，与新鲜原料一起进入反应器再反应，再送回反应器入口处，与新鲜原料一起进入反应器再反应，再送回反应器入口处，与新鲜原料一起进入反应器再反应，然后再分离、再循环等等。这样的系统属于有循环物料的反然后再分离、再循环等等。这样的系统属于有循环物料的反然后再分离、再循环等等。这样的系统属于有循环物料的反然后再分离、再循环等等。这样的系统属于有循环物料的反应系统。应系统。应系统。应系统。n n如：由一氧化碳和氢合成甲醇过程如：由一氧化碳和氢合成甲醇过程如：由一氧化碳和氢合成甲醇过程如：由一氧化碳和氢合成甲醇过程单程转化率和全程转化率单程转化率和全程转化率

19、单程转化率和全程转化率单程转化率和全程转化率n n对于这种系统，有两种含义不同的转化率。对于这种系统，有两种含义不同的转化率。对于这种系统，有两种含义不同的转化率。对于这种系统，有两种含义不同的转化率。n n*单程转化率：是指新鲜原料一次通过反应器所达到单程转化率：是指新鲜原料一次通过反应器所达到单程转化率：是指新鲜原料一次通过反应器所达到单程转化率：是指新鲜原料一次通过反应器所达到的转化率，可以理解为以反应器进口物料为基准的转化的转化率，可以理解为以反应器进口物料为基准的转化的转化率，可以理解为以反应器进口物料为基准的转化的转化率，可以理解为以反应器进口物料为基准的转化率。率。率。率。n n

20、 *全程转化率：是指从新鲜原料进入反应系统起到离全程转化率：是指从新鲜原料进入反应系统起到离全程转化率：是指从新鲜原料进入反应系统起到离全程转化率：是指从新鲜原料进入反应系统起到离开系统止所达到的转化率，可以理解为以新鲜原料为基开系统止所达到的转化率，可以理解为以新鲜原料为基开系统止所达到的转化率，可以理解为以新鲜原料为基开系统止所达到的转化率，可以理解为以新鲜原料为基准计算的转化率。准计算的转化率。准计算的转化率。准计算的转化率。n n显然，全程转化率必定大于单程转化率，因为物料的循环显然，全程转化率必定大于单程转化率，因为物料的循环显然，全程转化率必定大于单程转化率，因为物料的循环显然，全

21、程转化率必定大于单程转化率，因为物料的循环提高了反应物的转化率。提高了反应物的转化率。提高了反应物的转化率。提高了反应物的转化率。收率定义：收率定义：注意:对于单一反应 Y=X（关键组分）（无论用哪种产物计算结果均是如此）对于复合反应 YX收率也有单程和全程之分（循环物料系统）无论是收率还是选择性，还有其它的定义（结果不一样，但说明同样的问题）收率与选择性是对反应产物而言收率与选择性是对反应产物而言选择性定义：选择性定义：转化率、收率和选择性三者的关系：（对同一产物）v注意：v转化率X只能说明总的结果，即共反应了多少反应物；v选择性S说明反应了的反应物中生成目的产物的比例；v收率Y说明在反应过

22、程中，生成目的产物占投入反应物的比例。化学反应器的类型：1 1、按反应物料的相态分类：、按反应物料的相态分类：反反应应器的种器的种类类反反应类应类型型设备设备的的结结构构形式形式反反应应特性特性均相均相气相气相 液相液相燃燃烧烧、裂解、裂解中和、硫化、水解中和、硫化、水解管式管式釜式釜式无相界面，反无相界面，反应应速速率只与温度或率只与温度或浓浓度度有关有关非非均均相相气气-液相液相液液-液相液相气气-固相固相液液-固相固相固固-固相固相气气-液液-固相固相氧化、氧化、氯氯化、加化、加氢氢磺化、硝化、磺化、硝化、烷烷基化基化燃燃烧烧、还还原、固相催化原、固相催化还还原、离子交原、离子交换换水泥

23、制造水泥制造加加氢氢裂解、加裂解、加氢氢硫化硫化釜式、塔式釜式、塔式釜式、塔式釜式、塔式固定床、流固定床、流化床化床釜式、塔式釜式、塔式回回转转筒式筒式固定床、流固定床、流化床化床在相界面，在相界面，实际实际反反应应速率与相界面大速率与相界面大小及相小及相间扩间扩散速率散速率有关有关2、按反应器的结构型式分类、按反应器的结构型式分类结结构型式构型式适用的相适用的相态态应应用用举举例例反反应应釜釜液相，气液相，气-液相液相液液-液相，液固相液相，液固相药药物的合成、染料、中物的合成、染料、中间间体合体合成、成、树树脂合成脂合成管式管式气相，液相气相，液相轻质轻质油裂解，高油裂解，高压压聚乙聚乙烯

24、烯鼓泡塔鼓泡塔气气-液相，气液相，气-液液-固相固相变换变换气的碳化，苯的气的碳化，苯的烷烷基化，基化，二甲苯的氧化二甲苯的氧化固定床固定床气气-固相固相SO2氧化，乙苯脱氧化，乙苯脱氢氢半水煤气的半水煤气的产产生生流化床流化床气气-固相固相硫硫铁矿铁矿焙焙烧烧，萘萘氧化制苯氧化制苯酐酐回回转转筒式筒式气气-固相，固固相，固-固相固相水泥生水泥生产产喷喷嘴式嘴式气相，高速反气相，高速反应应的液相的液相氯氯化化氢氢的合成，天然气裂解制的合成，天然气裂解制乙炔乙炔反应器的类型很多，如果按反应器的工作原理来分,可以概括为以下几种类型种类种类特点特点应用范围应用范围管式反应器长度远大于管径，内部没有任

25、何构件多用于均相反应过程釜式反应器高度与直径比约为23内设搅拌装置和档板均相、多相反应过程均可塔式(填料塔板式塔)高度远大于直径，内部设有填料、塔板等以提高相互接触面积用于多相反应过程管式反应器管式反应器物料流动状况物料流动状况种类种类特点特点应用范围应用范围固定床底层内部装有不动的固体颗粒，固体颗粒可以是催化剂或是反应物。用于气固催化反应，固相加工反应流化床反应过程中反应器内部有固体颗粒的悬浮和循环运动,提高反应器内物料的混合性能多相反应体系，可以提高传热速率适用于气固，液固，气液固反应。适用于气固，液固，气液固反应。如如:催化剂快速失活需立即再生的：催催化剂快速失活需立即再生的：催化裂化装

26、置化裂化装置 强放热反应：丙烯氨氧化，萘氧化，强放热反应：丙烯氨氧化，萘氧化，丁烯氧化脱氢丁烯氧化脱氢 固相加工反应：黄铁矿，闪锌矿的固相加工反应：黄铁矿，闪锌矿的焙烧，石灰石的煅烧等焙烧，石灰石的煅烧等移动床固体颗粒自反应器顶部连续加入，固体颗粒自反应器顶部连续加入，自上而下移动，由底部卸出。自上而下移动，由底部卸出。反应流体与颗粒成逆流接触。反应流体与颗粒成逆流接触。催化剂需要连续再生的催化反应、催化剂需要连续再生的催化反应、固相加工反应。固相加工反应。用于多相体系，催化剂可以连续再生滴流床反应器内催化剂也是固定不动的。反应器内催化剂也是固定不动的。广义上的固定床反应器。反应器。广义上的固

27、定床反应器。反应器。液固及气液固三相反应。如石油液固及气液固三相反应。如石油馏份加氢精制、脱硫等。馏份加氢精制、脱硫等。液体不需要加热变成气体，节省液体不需要加热变成气体，节省能源。能源。属于固定床的一种，用于使用固体催化剂的气液反应过程v工业反应器有三种操作方式：v间歇操作；v连续操作；v半间歇(或半连续)操作。v(1)间歇反应器：即采用间歇操作的反应器，其特点是进行反应所需的原料一次装入反应器内，然后在其中进行反应，经一定时间后，达到所要求的反应程度便卸出全部反应物料，又称为分批反应器。采用间歇操作的反应器几乎都是釜式反应器，其余类型均极罕见。间歇反应器适用于反应速率慢的化学反应，以及产量

28、小的化学品生产过程。例如医药工业往往采用间歇反应器。CRCAtcv(2)连续反应器或流动反应器：其特征是连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地从反应器流出。大规模工业生产的反应器绝大部分都是采用连续操作，因为它具有产品质量稳定，劳动生产率高，便于实现机械化和自动化等优点。(3)半间歇(或半连续)操作特点是一种物料一次加入,另一种物料连续加入，可以控制反应速度、反应温度。兼有以上两种过程的特点，情况比较复杂。cRcA0LcA0ZcRLcALv 反应器设计的基本内容一般包括：1.选择合适的反应型式；2.确定最佳操作条件；3.根据操作负荷和规定的转化程度，确定反应器的体积和尺寸；v要完成上述任务，

29、需要使用下列三类基本设计方程：v物料衡算式(描述浓度变化)连续性方程 v能量衡算式(描述温度变化)v动量衡算式(描述压力变化)v 这三个式子是相互耦联的,需要同时求解。具体的作法,将在以后的各个章节中详细阐述。v如何确定变量：v(1)物料衡算中，用关键组分的浓度作为因变量，也可以用转化率X或产率以及分压等；v(2)热量和动量衡算，用温度T和压力作为因变量；v(3)自变量有时间和空间两类,定态过程不随时间变化,可能只有空间自变量。v控制体的选择(根据具体情况而定)：v原则上，反应速率为定值时选最大可能的空间，如在CSTR和PFR中的情况完全不同。v计算方程(输入量或速率)(输出量或速率)+(消耗

30、量或速率)+(累积量或速率)实际应用过程中，有些项可能不存在，需要简化。v数学模型：数学模型：描述反应器内的反应过程，如反应状态、特性及变化规描述反应器内的反应过程，如反应状态、特性及变化规律的一组数学方程。律的一组数学方程。v为什么叫为什么叫“模型模型”？建立方程式时，往往要加一些假设把问题简化，故称之建立方程式时，往往要加一些假设把问题简化，故称之为为“模型模型”。对同一个反应，由于简化条件不同，可有不同的模型提对同一个反应，由于简化条件不同，可有不同的模型提出。出。v物料衡算式物料衡算式v热量衡算式热量衡算式v动量衡算式动量衡算式v化学反应动力学方程化学反应动力学方程（要求（要求实用）实

31、用）v热力学计算式（焓、平衡常数、反应热）热力学计算式（焓、平衡常数、反应热）v参数计算式（传递参数、参数计算式（传递参数、物性参数）物性参数）数学模型中的数学方程数学模型中的数学方程物料衡算式物料衡算式热量衡算式热量衡算式动量衡算式动量衡算式（P当对反应结果影响不大时，可不考虑）当对反应结果影响不大时，可不考虑）衡算基本形式衡算基本形式v输入输入=输出输出+消耗消耗+累积累积v问题的提出：在造船、筑坝等很多领域上相似理论和因次分析为基础的相似放大法是非常有效的，但相似放大法在化学反应器放大方面则无能为力，因为无法使反应器同时做到扩散、流体力学、热和化学相似。v目前使用的化学反应器放大法有：(

32、1)逐级经验放大法（主要靠经验）；(2)数学模型法。可以提高放大倍数，缩短开发周期；(3)半经验放大法；v采用逐级放大法费时费力，但采用数学模型放大法时，往往由于缺乏对过程的深刻认识而告失败。目前实际的反应器放大介于两者之间，既有数学模型放大法的理论分析又加入经验处理方法。可以预测，随着人们对反应过程基本规律的认识不断加深，数学模型放大法将逐步取代现有的经验和半经验方法，成为反应器放大法的主流“放大效应放大效应”v影响反应动力学的主要因素：影响反应动力学的主要因素：浓度与温度浓度与温度v实验室研究：实验室研究：反应器体积小反应器体积小浓度、温度均一浓度、温度均一 消除传递因素消除传递因素v大型

33、反应器：大型反应器：反应器中存在温度、浓度分布（不均一）反应器中存在温度、浓度分布（不均一）不能消除传递因素不能消除传递因素 相同反应条件，反应结果不同相同反应条件，反应结果不同“放大放大”方法方法v经验放大经验放大相似放大相似放大仅对物理过程有效仅对物理过程有效难以同时维持物理相似和化学相似难以同时维持物理相似和化学相似v数学模拟放大数学模拟放大对物理过程、化学过程均有效对物理过程、化学过程均有效合理简化是关键合理简化是关键v半经验、半理论放大半经验、半理论放大化学反应工程中通常采用的方法化学反应工程中通常采用的方法数学模拟放大的一般步骤v实验室规模试验实验室规模试验v小型试验小型试验v大型冷模试验大型冷模试验v中间试验中间试验v计算机试验计算机试验v工业级规模的装置设计工业级规模的装置设计在没有化学反应的条件下，利用水、空气、沙子等方便的模拟物系进行的试验试验。其目的是探明流体力学、化学反应和传质过程中流体阻力、流体分配的均匀程度、各种流体分配器的使用等情况。试验所取得的数据和参数规律对于真实的物料进行的反应器和传质设备(如精馏、萃取)的性能有很大的参考和模拟价值，而大大节省了费用和时间。