背景^[1-3]

2-碘-5-硝基甲苯是硝化甲苯化學(xué)衍生物，主要作為醫(yī)藥化工中間體用于藥物制備。

硝基甲苯是一種有機(jī)化合物，化學(xué)式為C7H7NO2，為淡黃色結(jié)晶性粉末，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚和苯，用于制造對甲苯胺、甲苯二異氰酸酯等，也用作農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、塑料和合成纖維助劑的中間體。

硝基甲苯由甲苯經(jīng)硝化制得?？梢灾唤?jīng)一次硝化，但不經(jīng)濟(jì)。目前多采用三段硝化法。一段硝化中甲苯被硝化成一硝基甲苯（MNT），二段硝化中MNT被硝化成二硝基甲苯（DNT）。DNT是重要的炸藥。

2-碘-5-硝基甲苯

二段硝化只需濃度50%左右的硝酸溶液與硫酸混合作硝化劑。一段混酸的成份為HNO3 13%；H2SO4 66%；H2O 21%。甲苯混酸比約1：6。二段混酸成份為：HNO3 13%；H2SO4 76%；H2O 11%。MNT、混酸比為1：4～5。一二段硝化原料易得，工藝簡單，制成的DNT成本低廉，很適于臨時生產(chǎn)。

第三段硝化是將DNT硝化為TNT，需要幾乎不含水的混酸。一般是先向熔化了的DNT中加入發(fā)煙硫酸，再加入濃硝酸。發(fā)煙硫酸較缺乏的國家也使用濃硫酸。三段硝化的廢酸用于配制二段混酸，余類推。第三段硝化難度較大，不適于臨時生產(chǎn)。硝化后分離出的TNT為粗品，含大量有害雜質(zhì)，必須精制。目前常用的精制方法是亞硫酸鈉法。

應(yīng)用^[4][5]

用于適用于二硝基甲苯氫化的攪拌反應(yīng)器數(shù)值模擬研究

通過計算流體力學(xué)（CFD）的方法,對2,4-二硝基甲苯催化加氫反應(yīng)展開研究:首先對兩種不同結(jié)構(gòu)的攪拌反應(yīng)器進(jìn)行氣液兩相流模擬研究,然后選定一組性能的反應(yīng)器,首次對該化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行模擬,最后將放大后的雙層反應(yīng)器進(jìn)行氣液兩流模擬,為反應(yīng)器的設(shè)計以及2,4-二硝基甲苯化學(xué)反應(yīng)的模擬奠定基礎(chǔ)。

主要研究內(nèi)容如下:（1）本文在H2O-H2體系下,采用歐拉兩相流模型,對帶有16圈導(dǎo)流管的三葉螺旋槳攪拌釜,進(jìn)行了氣液兩相流穩(wěn)態(tài)模擬研究。在計算過程中,均使用多面體網(wǎng)格對幾何模型進(jìn)行劃分,使用多重參考系（MRF）法處理槳葉區(qū)域和擋板之間的相對運(yùn)動,并選用RNG k-?湍流模型。通過對12種不同工況的模擬,結(jié)果表明:三葉螺旋槳攪拌釜在液位高度為130mm、攪拌轉(zhuǎn)速為1800rpm時,其吸氣量,即當(dāng)液位高度越低,攪拌轉(zhuǎn)速越大時,攪拌釜內(nèi)進(jìn)氣量越大,并將結(jié)果與文獻(xiàn)實驗值進(jìn)行對比驗證,誤差為12%,在可接受范圍內(nèi),從而保證了結(jié)果可靠性。

（2）使用同樣的攪拌釜尺寸規(guī)模,通過正交試驗法,對自吸式攪拌釜的9種不同工況進(jìn)行了氣液兩相流流場模擬。通過研究不同的液位高度、槳葉懸掛高度、攪拌轉(zhuǎn)速對自吸式攪拌釜吸氣速率的影響,同樣發(fā)現(xiàn)在液位高度為130mm、攪拌轉(zhuǎn)速為1800rpm時,其吸氣速率,并將模擬結(jié)果與文獻(xiàn)進(jìn)行了對比驗證。最后,將兩種攪拌釜進(jìn)行綜合對比分析,并發(fā)現(xiàn)自吸式攪拌釜更適合作為2,4-二硝基甲苯催化加氫反應(yīng)的場所。

（3）在工況的自吸式攪拌釜內(nèi)進(jìn)行2,4-二硝基甲苯催化加氫反應(yīng)模擬。本文采用前人實驗研究所獲得的主反應(yīng)動力學(xué)方程,在溫度為373K,攪拌轉(zhuǎn)速為1800rpm,2,4-二硝基甲苯濃度為8%,催化劑濃度為0.3%,反應(yīng)壓力為20bar的條件下,對該反應(yīng)中的熱力學(xué)物性參數(shù)進(jìn)行計算,并通過UDF編程,實現(xiàn)該反應(yīng)過程中需要建立的化學(xué)反應(yīng)源項數(shù)值模型,進(jìn)而獲取到不同時刻下,相應(yīng)的壓力場、濃度場、溫度場變化情況,研究發(fā)現(xiàn):在相同的位置處,該反應(yīng)的溫度越高,反應(yīng)速率越快,2,4-二硝基甲苯轉(zhuǎn)化率就越高。

（4）將三葉螺旋槳和CBY-H槳分別作為下層槳,自吸式槳葉作為上層槳葉,采用幾何相似放大法,將2L自吸式攪拌釜放大到500L,并對2種雙層槳攪拌釜進(jìn)行氣液兩相流模擬,結(jié)果發(fā)現(xiàn):CBY-H作為下層槳葉,其液體泵送能力更好。

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