Масштабирование в химической технологии

Масштаби́рование в хими́ческой техноло́гии, разработка аппаратов (реакционных, тепло- и массообменных и др.) с размерами и производительностью, превышающими размеры и производительность ранее изученных прототипов. Переход от лабораторных аппаратов к опытным и от опытных аппаратов – к промышленным установкам (бóльших размеров и производительности) обычно сопровождается изменением показателей химико-технологических процессов: степени превращения сырья, состава конечных продуктов, удельной производительности, энергозатрат и т. д. Основная задача масштабирования – достижение в промышленных условиях таких показателей процесса, которые достигнуты на аппаратах меньших масштабов. Поиск технических решений, обеспечивающих выполнение данной задачи, основывается на использовании математической модели процесса, включающей описывающие его математические уравнения и условия однозначности (геометрические характеристики, физические свойства среды, граничные условия и начальное состояние).

При увеличении масштабов и мощности аппаратов, как правило, возрастает неравномерность распределения материальных и тепловых потоков, интенсифицируется или ухудшается перемешивание, изменяются локальные и средние по объёму межфазные поверхности контакта, появляются застойные зоны, каналы и т. д. Методами математического моделирования (с использованием теории подобия, анализа размерностей, регрессионных зависимостей и пр.) прогнозируют ожидаемые изменения показателей и устанавливают условия проведения процессов (структура потоков, температурные и концентрационные поля и т. д.) при требуемых показателях. Технические решения по реализации этих условий могут быть найдены экспериментально, путём использования различных приёмов (отыскивают требуемые конструктивные решения при технологических испытаниях промышленных аппаратов натурных размеров; создают промышленные аппараты из элементов, изученных в натурных масштабах; изучают модели аппаратов с потоками инертных сред – вода, воздух, твёрдые частицы – и разрабатывают конструкции распределительных и перемешивающих устройств, насадок и т. д., которые позволяют сохранить характеристики структуры потока при увеличении масштаба аппарата; изменяют параметры технологического процесса так, чтобы он протекал в более благоприятном направлении при условиях переноса массы и теплоты в крупномасштабном аппарате; разрабатывают технологическую схему, позволяющую компенсировать изменения показателей процесса). При масштабировании в случае необходимости конструкции аппаратов и технологические режимы могут значительно изменяться.