การถ่ายเทความร้อนและการขยายขนาดกระบวนการ

การขยายขนาดกระบวนการทางเคมีจากห้องปฏิบัติการไปจนถึงการผลิตจะให้ผลลัพธ์ที่เป็นประโยชน์ด้วยค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่แม่นยําเท่านั้น หากความต้านทานความร้อนและอัตราปฏิกิริยาเป็นเพียงค่าโดยประมาณ จะต้องใช้ระยะขอบความปลอดภัยขนาดใหญ่ ซึ่งส่งผลให้มีการลงทุนมากขึ้นหรือเวลาแบทช์นานขึ้น ในเครื่องปฏิกรณ์ถังกวนกลไกการถ่ายเทความร้อนคือการพาความร้อนแบบบังคับและเป็นที่น่าสนใจเป็นพิเศษเมื่อปรับขนาดกระบวนการจากห้องปฏิบัติการไปยังโรงงาน ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมในเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยความต้านทานบางส่วนสามตัว (ฟิล์มเครื่องปฏิกรณ์ผนังเครื่องปฏิกรณ์ฟิล์มน้ํามัน) ซึ่งกําหนดโดย เครื่องวัดปริมาณความร้อนของปฏิกิริยา การวัดอุณหภูมิของแจ็คเก็ตและเครื่องปฏิกรณ์ระหว่างการปล่อยความร้อนในปริมาณที่กําหนดไว้อย่างดีช่วยให้นักวิจัยสามารถคํานวณความต้านทานความร้อนได้อย่างแม่นยํา ซึ่งใช้ในการสร้างแบบจําลองการถ่ายเทความร้อนและคาดการณ์ที่สําคัญสําหรับเครื่องปฏิกรณ์ในระดับที่ใหญ่ขึ้น

เมื่อมีการขยายขนาดกระบวนการที่ซับซ้อนหรือละเอียดอ่อนการตรวจสอบการถ่ายเทความร้อนและการถ่ายเทมวลการสะสมของรีเอเจนต์และอัตราการปลดปล่อยความร้อนอย่างครอบคลุมเป็นสิ่งสําคัญ  เนื่องจากความสามารถในการกําจัดความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์มักถูกจํากัดโดยความจุของระบบทําความเย็นและการถ่ายเทความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์อัตราการป้อนสารตั้งต้นสูงสุดและกําลังการผลิตก็ถูกจํากัดเช่นกัน  การวัดปริมาณความร้อนของปฏิกิริยา เป็นสิ่งสําคัญในการกําหนดพารามิเตอร์ที่ส่งผลต่อค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเพื่อพัฒนาแบบจําลองเพื่อเพิ่มกําลังการผลิตของโรงงานผลิต

เมื่อปรับขนาดเครื่องปฏิกรณ์ถังกวนจากห้องปฏิบัติการหนึ่งไปยังอีกโรงงานหนึ่งการถ่ายเทความร้อนเป็นสิ่งสําคัญ เนื่องจากการถ่ายเทความร้อนได้รับผลกระทบจากมวลปฏิกิริยาระบบกําจัดความร้อนและการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม [U] ประกอบด้วยความต้านทานสามตัว: ฟิล์มเครื่องปฏิกรณ์ [hr], ผนังเครื่องปฏิกรณ์ [dw/λ] และฟิล์มด้านกระบวนการ [hj] การใช้วิธีวิล สันสามารถ ระบุลักษณะและแยกออกจากความต้านทานอื่น ๆ การรวมข้อมูลนี้เข้ากับลักษณะของมวลปฏิกิริยาและลักษณะเฉพาะของเครื่องปฏิกรณ์ในโรงงานช่วยให้สามารถพัฒนาแบบจําลองการขยายขนาดสําหรับเครื่องปฏิกรณ์การผลิตและจําลองพฤติกรรมการกําจัดความร้อนสําหรับกระบวนการเฉพาะ

สําหรับมวลและอุณหภูมิของปฏิกิริยาใดๆ การวัดค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่ความเร็วในการกวนต่างๆ เป็นวิธีมาตรฐานในการสร้างแบบจําลองและประเมินพฤติกรรมการกําจัดความร้อนเมื่อขยายขนาด 

การถ่ายโอนกระบวนการผลิตที่มีอยู่ไปยังระบบขนาดใหญ่ได้สําเร็จจําเป็นต้องมีการวัดจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาและปรับผลกระทบของอุณหภูมิความเข้มข้นอัตราการจ่ายและการถ่ายเทมวลต่อผลผลิตและการก่อตัวของผลพลอยได้ให้เหมาะสม นักวิจัยของ Air Products ได้ตรวจสอบกระบวนการอัลค็อกซิเลชันแบบหลายขั้นตอนเพื่อปรับให้เข้ากับโรงงานผลิตขนาดใหญ่ เนื่องจากกระบวนการมีความไวต่ออุณหภูมิจึงมีการสํารวจผลกระทบของพารามิเตอร์กระบวนการเพื่อวัดการปล่อยความร้อนและระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นที่เกี่ยวข้องกับการกําจัดความร้อน  การกําจัดความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์ของโรงงานขนาดใหญ่นั้นมาจากแจ็คเก็ตภายนอกที่จ่ายด้วยน้ําหล่อเย็นไม่น้อยกว่า 30°C   อัตราการป้อนอัลคีนออกไซด์จึงถูกจํากัด เนื่องจากการถ่ายเทความร้อนที่จํากัดโดยแจ็คเก็ต แบบจําลองการถ่ายเทความร้อนได้รับการพัฒนาโดยใช้ความสัมพันธ์มาตรฐานสําหรับการถ่ายเทความร้อนในระบบพาความร้อน  แบบบังคับ

เวิร์กสเตชันการพัฒนากระบวนการและขยายขนาด เช่น เครื่องวัดปริมาณความร้อนปฏิกิริยาและ OptiMax HFCal ให้ข้อมูล ทางอุณหพลศาสตร์แก่นักวิทยาศาสตร์แบบเรียลไทม์ และความสามารถในการตรวจสอบผลกระทบของสภาวะที่เปลี่ยนแปลงต่อการถ่ายเทความร้อนหรือพารามิเตอร์ที่จําเป็นอื่นๆ เครื่องวัดปริมาณความร้อนของปฏิกิริยาขนาดเล็ก เช่น EasyMax HFCal สามารถ ระบุสภาวะที่ไม่สามารถปรับขนาดได้อย่างรวดเร็ว และสนับสนุนการศึกษาที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้น อุณหภูมิ หรือจลนศาสตร์

Heat Flow Calorimetry ช่วยให้ผู้ใช้สามารถวัดความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีหรือทางกายภาพในสภาวะที่เหมือนกับสภาพของพืช เพียงแค่คูณแรงขับเคลื่อนข้ามผนังเครื่องปฏิกรณ์กับความต้านทานต่อการถ่ายเทความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์ ก็สามารถวัดปริมาณการกําจัดความร้อนได้อย่างง่ายดายและแม่นยํา

หากความสมดุลของการไหลของความร้อนขยายตัวโดยเงื่อนไขความร้อนเพิ่มเติมเช่นการสะสมความร้อนความร้อนของการจ่ายหรือความร้อนที่ปล่อยออกมาภายใต้สภาวะกรดไหลย้อนผู้ใช้จะได้รับข้อมูลที่ครอบคลุมเกี่ยวกับความคืบหน้าของปฏิกิริยาเคมีผลกระทบของอัตราการจ่ายการไหลของความร้อนสูงสุดการสะสมที่อาจเป็นอันตรายของวัสดุเริ่มต้นที่ไม่ทําปฏิกิริยาและอื่น ๆ อีกมากมาย