小试与放大实验和中试生产三者之间的区别和联系.docx

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小试与放大实验和中试生产三者之间的区别和联系

小试与放大实验和中试生产三者之间的区别和联系

小试，放大实验和中试生产三者是相互联系非常密切的三个部分。

三者的反应都是同一个反应，也就是说它们的反应原理是一致的。

但是在细微操作上，三者总是有着或多或少的区别。

很多反应稍微一经放大就容易出现这样那样的问题。

其实并非它们反应的过程出现了什么问题，而是在反应的处理上两者应该有着细微的差别。

很多老师或者工程师在放大的时候从200ml的反应瓶放大到500ml的反应瓶中的时候，总是出现反应收率下降或者反应的温度区间跟原来的区间稍微有些差别。

其实这些差别也算不得是什么差别，只是在不同的空间内，该反应的传质传热空间不同而已。

由于空间有了细微的差别，导致在细致的操作中，相同的操作实际上也就有了细微的差别，而这个差别就导致了我们常见的收率下降和温度区间的变化问题。

只要我们能够将这个问题仔细的分析清楚，这个问题也就不是问题了。

放大实验和中试生产稍微有些不同，因为两者的基础是都是小试的放大，不过由于放大的倍数和区间不同，导致两者表现出来的东西也就不同。

这也就是相同的积分元在不同的积分区间积分出来的不同结果而已。

我们只要明了这个积分元在不同积分区间的不同特性就能够得出积分的变化趋势，从而调整各个因素使积分向我们需要的方向转化。

总之，三者的联系就是同一个积分元在不同积分区间积分的结果。

贯穿三者的同一主线就是主反应过程。

当反应被放大时，由于空间的增大，导致物料的传输空间增大，也就是反应物分子的活动空间变大了，导致在反应一旦开始进行后，参加反应的分子碰撞的几率就开始变小，这是个概率学问题，因而放大反应在与实验室相同的时间内是反应不到相同的转化率的，因此我们需要延长反应时间来使反应进行的更加彻底，但是当反应受动力学控制时，我们很容易遇到即使反应很长时间也不能使得反应更进一步的进行，因此我们需要采取一些手段来使得我们的物料浓度变得更大一些，以使反应更进一步进行，如回流或蒸出部分溶剂等操作。

同时，由于空间的增大，导致热量的传输开始变慢，因为在实验室时，物料量比较少，而与外界的加热设施接触比较紧凑，因而热量的传输比较快，只要控制得当，基本不会出现物料温度暴涨或者暴跌的情况，从而出现影响产品质量甚至于产品收率都要受很大影响的状况。

在这种情况下，生产，中试和实验室各自的处理技巧都是不一样的，因此当我们在生产上采用和实验室相同的操作时，很容易出现这样或者那样的状况，这是由于各自的热量传输不一样造成的。

如放热比较剧烈的反应，在实验室我们可以采取冰水浴等手段来保持温度平衡，但到了中试生产时，我们一般采取的方式加入惰性溶剂作为热的载体，来延缓温度的急剧上升。

或者采取滴加的方式来控制单位时间内热量的放出，保持温度的稳定。

中试是实验室小试的初步放大，是小型生产的初步尝试。

是从研发到生产过程中最为重要的环节，许多非常有价值的项目都是倒在这一步上。

中试的目的为进一步生产提供可靠的实验数据，并在过程中对工艺进行进一步的修正，将其不适合工业的部分进行淘汰，进而开发出适合生产的工艺。

因此很大一部分人就根据经验中试就是根据新的（生产）条件，研究和开发新的工艺参数。

我们中试的目的，其实是在新的条件下，研究通过何种手段才能达到或者接近实验室同一条件，而不是直接寻求新的条件。

实验室，中试和生产三者追求的反应条件应该是一样的，或者几乎是一样的，因为大部分反应的条件还是比较宽的，只要在反应区间内，反应就基本上得到差不多的结果。

所以说三者追求的条件其实是一致的，但是由于三者的环境略有不同，因而实施达到结果的手段略微有些不同而已。

   小试与中试不仅仅在于投料量的多少、以及所用设备的大小之上，两者是要完成不同时段的不同任务。

小试主要从事探索、开发性的工作，化学小试解决了所定课题的反应、分离过程和所涉及物料的分析认定，拿出合格试样，且收率等经济技术指标达到预期要求，就可告一段落，转入中试阶段。

中试过程要解决的问题是：

如何釆用工业手段、装备，完成小试的全流程，并基本达到小试的各项经济技术指标，当然规模也扩大了。

该过程也不乏创新、发明的內容。

如：

小试中将一种物料从一个容器定量的移入另一器皿，往往小试与中试的区分是举手之劳，但在中试中就要解决选用何种类型、何种规格、何种材质的泵，采用何种计量方式，以及所涉及的安全、环保、防腐等一系列问题，这就不是简单的放大了，有时要解决此类问题也颇令人伤脑筋，甚至很难达到满意的结果，中试就是要解决诸如此类的釆用工业装置与手段过程中所碰到的问题；不仅包含小试中非常注意的物料衡算，也包括小试中不大在意的热量、动量的衡算问题等等。

为进一步扩大规模，实现真正工业意义的经济规模的大生产提供可靠的流程手段及数据基础。

中试放大经验总结

   中间实验阶段是进一步研究在一定规模的装置中各步化学反应条件的变化规律，并解决实验室中所不能解决或发现的问题。

虽然化学反应的本质不会因实验生产的不同而改变，但各步化学反应的最佳反应工艺条件，则可能随实验规模和设备等外部条件的不同而改变。

因此，中试放大很重要。

实验进行到什么阶段才进行中试呢？

至少要具备下列的条件：

1.小试收率稳定，产品质量可靠；

2.操作条件已经确定，产品，中间体和原料的分析检验方法已确定；

3.某些设备，管道材质的耐腐蚀实验已经进行，并有所需的一般设备；

4.进行了物料衡算。

三废问题已有初步的处理方法；

5.已提出原材料的规格和单耗数量；

6.已提出安全生产的要求。

中试放大的方法

经验放大法：

主要是凭借经验通过逐级放大（小试装置－中间装置－中型装置－大型装置）来摸索反应器的特征。

相似放大法：

主要是应用相似原理进行放大。

此法有一定局限性，只适用于物理过程放大。

而不适用于化学过程的放大。

数学模拟放大法：

是应用计算机技术的放大法，它是今后发展的方向。

此外，微型中间装置的发展也很迅速，即采用微型中间装置替代大型中间装置，为工业化装置提供精确的设计数据。

其优点是费用低廉，建设快。

中试放大阶段的任务

主要有以下十点，实践中可以根据不同情况，分清主次，有计划有组织地进行。

1.工艺路线和单元反应操作方法的最终确定。

特别当原来选定的路线和单元反应方法在中试放大阶段暴露出难以解决的重大问题时，应重新选择其他路线，再按新路线进行中试放大。

2.设备材质和型号的选择。

对于接触腐蚀性物料的设备材质的选择问题尤应注意。

3.搅拌器型式和搅拌速度的考察。

反应很多是非均相的，且反应热效应较大。

在小试时由于物料体积小，搅拌效果好，传热传质问题不明显，但在中试放大时必须根据物料性质和反应特点，注意搅拌型式和搅拌速度对反应的影响规律，以便选择合乎要求的搅拌器和确定适用的搅拌速度。

4.反应条件的进一步研究。

室验室阶段获得的最佳反应条件不一定完全符合中试放大的要求，为此，应就其中主要的影响因素，如加料速度，搅拌效果，反应器的传热面积与传热系数以及制冷剂等因素，进行深入研究，以便掌握其在中间装置中的变化规律。

得到更适用的反应条件。

5.工艺流程和操作方法的确定。

要考虑使反应和后处理操作方法适用工业生产的要求。

特别注意缩短工序，简化操作，提高劳动生产率。

从而最终确定生产工艺流程和操作方法。

6.进行物料衡算。

当各步反应条件和操作方法确定后，就应该就一些收率低，副产物多和三废较多的反应进行物料衡算。

反应产品和其它产物的重量总和等于反应前各个物料投量量的总和是物料衡算必须达到的精确程度。

以便为解决薄弱环节。

挖潜节能，提高效率，回收副产物并综合利用以及防治三废提供数据。

对无分析方法的化学成分要进行分析方法的研究。

7．原材料、中间体的物理性质和化工常数的测定。

为了解决生产工艺和安全措施中的问题，必须测定某些物料的性质和化工常数，如比热，黏度，爆炸极限等。

8．原材料中间体质量标准的制订。

小试中质量标准有欠完善的要根据中试实验进行修订和完善。

9．消耗定额，原材料成本，操作工时与生产周期等的确定。

在中试研究总结报告的基础上，可以进行基建设计，制订型号设备的选购计划。

进行非定型设备的设计制造，按照施工图进行生产车间的厂房建筑和设备安装。

在全部生产设备和辅助设备安装完毕。

如试产合格和短期试产稳定即可制订工艺规程，交付生产。

10．从实验室研究至中试生产。

研究确定一条最佳的合成工艺路线：

1．一个化合物往往可以用不同的路线和方法合成，实验室最初采用的路线和方法不一定是最佳者，当时对反应条件，仪器设备，原材料来源等考察不多，对产率也不作过高要求，但这些对工业生产却十分重要，应通过小试研究改掉那些不符合工业生产的合成步骤和方法。

一条比较成熟的合成工艺路线应该是：

合成步骤短，总产率高，设备技术条件和工艺流程简单，原材料来源充裕而且便宜。

2．用工业级原料代替化学试剂。

实验室小量合成时，常用试剂规格的原料和溶剂，不仅价格昂贵，也不可能有大量供应。

大规模生产应尽量采用化工原料和工业级溶剂。

小试阶段应探明，用工业级原料和溶剂对反应有无干扰，对产品的产率和质量有无影响。

通过小试研究找出适合于用工业级原料生产的最佳反应条件和处理方法，达到价廉、优质和高产。

3．原料和溶剂的回收套用。

合成反应一般要用大量溶剂，多数情况下反应前后溶剂没有明显变化，可直接回收套用。

有时溶剂中可能含有反应副产物，反应不完全的剩余原料，挥发性杂质，或溶剂的浓度改变，应通过小试研究找出回收处理的办法，并以数据说明，用回收的原料和溶剂不影响产品的质量。

原料和溶剂的回收套用，不仅能降低成本，而且有利于三废处理和环境卫生。

4．安全生产和环境卫生。

安全对工业生产至关重要，应通过小试研究尽量去掉有毒物质和有害气体参加的合成反应；避免采用易燃、易爆的危险操作，实属必要，一时又不能解决，应找出相应的防护措施。

尽量不用毒性大的有机溶剂，寻找性质相似而毒性小的溶剂代替。

中试生产阶段：

中试生产是从实验室过渡到工业生产必不可少的重要环节，是二者之间的桥粱。

中试生产是小试的扩大，是工业生产的缩影，应在工厂或专门的中试车间进行。

中试生产的主要任务是：

1．考核小试提供的合成工艺路线，在工艺条件、设备、原材料等方面是否有特殊要求，是否适合于工业生产；

2．验证小试提供的合成工艺路线，是否成熟、合理，主要经济技术指标是否接近生产要求；

3．在放大中试研究过程中，进一步考核和完善工艺路线，对每一反应步骤和单元操作，均应取得基本稳定的数据；

4．根据中试研究的结果制订或修订中间体和成品的质量标准，以及分析鉴定方法；

5．制备中间体及成品的批次一般不少于3-5批，以便积累数据，完善中试生产资料；

6．根据原材料、动力消耗和工时等，初步进行经济技术指标的核算，提出生产成本；

7．对各步物料进行步规划，提出回收套用和三废处理的措施；

8．提出整个合成路线的工艺流程，各个单元操作的工艺规程，安全操作要求及制度。

设备的选择和工艺管路的改造

1．根据小试的结果，在多功能、中试车间，对设备进行选择，首先应考虑设备容量是否适宜，设备材质、管路材质与工艺介质的适应性，是否耐腐蚀，加热、冷却和搅拌速度是否符合要求。

2．物料输送的方法（投料、出料、各步之间的流转），如何防止跑料、凝固和堵塞等。

3．物料的计量和加料的方法，如滴加如何有效控制？

4．反应有无气体生成？

会否冲料？

如有必要，应加气液分离器，安装回流管。

5．离心，压滤等分离条件是否满足？

根据以上情况和其他工艺要求，对设备，管路进行适应性改造。

投料前的准备：

1．对设备，尤其是新安装和经改过的设备或久置不用的设备要进行试压、试漏工作，要结合清洗工作进行联动试车，以确保投料后不用再动火，在无泄漏的前况下，进行设备管道保温。

2．做好设备的清洗和清场工作，确保不让杂物带入反应体系，防止产生交叉污染和确保有序的工作。

3．根据工艺要求和试验的需要核定投料系数，计算投料量做到原材料配套领用，质量合格，标志清楚，分类定置安放。

4．计划和准备好中间体的盛放