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第卷第期北京理工大学学报
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文章编号
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甲苯硝化生产三硝基甲苯的模拟和优化
刘敏陈晋南
D
北京理工大学化工与材料学院北京
A D "$$$C"B
摘要运用硝化反应动力学理论建立用甲苯生产三硝基甲苯时三段硝化反应动力学数
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学模型采用蒙特卡洛法和拟牛顿法进行模拟计算所得结果与生产数据符合较好并运
E D E
用建立的模型分析每台反应器的硝化温度对产品产量与质量的影响确定主要影响机台
D
及三段硝化反应的最佳温度解决了过去只能凭经验指导生产的缺陷
D E
关键词三硝基甲苯硝化数学模型计算机模拟温度优化
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中图分类号文献标识码
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数学模型
M
反应机理
MHM
硝化器可看作全混流反应器在硝化器内存在酸相和有机物两相而三段硝化反应是在酸
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相中进行的对二硝基甲苯的硝化其反应速率的表达式为P"Q
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LT<UVW Y L
O<RS</ P<X! QPZ[X? QD A"B
式中和分别为硝化反应的活化能与指前因子
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在三段硝化过程中参加氧化反应的主要是二硝基甲苯所以三段硝化反应是硝化与氧化
D D
竞争的反应反应速率表达式为P"Q
E O’\
LT’\UVW Y L
O’\RS’\/ P<X! QPZ[X? QD A!B
式中和分别为氧化反应的活化能与指前因子它们与硝化反应的活化能及指前因
T’\ S’\ D T<
子都将由参数拟合确定
S< E
硝化稳态模拟的数学模型
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在建立硝化模型过程中作了如下简化
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在有机相中的硝化反应被忽略
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因废酸与硝化物中的有机物含量很少将氧化反应简化为
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A#B
式中作为硝烟排出则存在于混酸中
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硫酸绝大部分存在于无机相中在有机相中的质量分数为 P!Q
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收稿日期
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作者简介万方数据刘敏女硕士生陈晋南女教授博士
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第期刘敏等甲苯硝化生产三硝基甲苯的模拟和优化
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硝酸是惟一在有机相中有较大溶解度的成分其溶解度按下述经验方程计算
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式中为硝酸在有机相中的质量分数分别
$%&’(&)* "$%0’,&*"$%0’,1&2*"$%0’(&)*
为水硫酸和硝酸在酸相中的质量分数
3 4
废酸中硝化物的成分与同一反应器内硝化物成分相同
5 4
模型中考虑的化学成分在有机相中有种在酸相中有种见表上标为组分编号
2 " 6 " 74 4
表模型中包括的化学组分
8
有机相 7 , ) 2
9(: :(: ’(&) ’,1&
酸相/ 6
9(: :(: ’(&) ’,1&2 (,&) ’,&
气相
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对每个反应器中酸相各组分进行物料衡算
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可得下列稳态方程系统
#
9(: =>******@AB=>&******@AD=>7(D=>7EID=>0JEFGD=>&7EFG+H L
:(: =>0,***@AB=>&,***@AB=>,(D=>0,EFGD=>&,EFG+H
)
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( & =>0/***@AB=>/EID=>0/EFG+H
,
’& =>******@AB=>******@AB=>6(B=>6EID=>06EFG+H M
及每相的归一方程
6
酸相 L
N