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甲苯一段硝化反应器的建模分析

作　者: 汪贞
导　师: 张树增
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 甲苯一段硝化串联反应釜动态模拟
分类号: TQ241.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

硝化反应装置是甲苯一段硝化工艺的关键设备,对其进行准确的模拟计算,对指导生产过程的设计和操作有着重要的意义,而当前对硝化反应器的仿真模型的研究报道较少,且通用性不强。本文以甲苯一段硝化的连续串联全混流反应釜为模拟对象。研究了甲苯一段硝化的反应机理,分析了独立反应数和反应速率方程式,并且对体系中的组分进行了分析取舍,在合理假设的基础上利用物料衡算和能量衡算等建立了反应器的数学模型,在得到反应体系中各物质的基本物性参数基础上并且选取了合适的数值计算方法,并建立了反应器的稳态模型和动态模型。本文利用C语言开发了相应的反应器模拟程序。实际动态和稳态模拟结果与设计要求相符,说明所建模型能很好的模拟实际过程的变化趋势。选取第一级反应器考察了硝化反应器的稳态操作特性和反应器温度的动态特性,找出了适宜的操作条件范围,用于指导生产。该模型对硝化反应器控制方案的研究以及顺利开发整个工艺的全流程仿真系统软件,都有重要意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章文献综述  14-30
  1.1 化工系统工程发展概述  14-16
    1.1.1 基本方法和技术路线  15-16
  1.2 化工过程数学模型  16-19
    1.2.1 数学模型的分类  16-17
    1.2.2 建模假设  17-18
    1.2.3 数学建模的基本方法  18-19
  1.3 化工流程模拟系统  19-23
    1.3.1 化工流程模拟系统的发展  19-21
    1.3.2 化工流程模拟系统分类  21-23
      1.3.2.1 化工流程稳态模拟  21-22
      1.3.2.2 化工流程动态模拟  22-23
  1.4 化学反应器  23-27
    1.4.1 化学反应器的分类  23-26
    1.4.2 多级全混流串联反应釜的递推设计方程  26-27
  1.5 甲苯一段硝化工艺概述  27-29
    1.5.1 甲苯一段硝化工艺的发展  28-29
  1.6 论文选题的目的与意义  29-30
第二章甲苯一段硝化工艺流程  30-34
  2.1 混酸配制单元  30-31
  2.2 甲苯硝化单元  31-32
  2.3 静态分离单元  32
  2.4 中和脱酚单元  32-33
  2.5 精制过程单元  33
  2.6 硝烟的吸收单元  33-34
第三章数学模型的建立  34-52
  3.1 芳香烃硝化机理  34-36
    3.1.1 σ-配合物理论  34-35
    3.1.2 π-络合物碰撞对理论  35-36
    3.1.3 单电子转移理论  36
    3.1.4 硝化机理选择  36
  3.2 硝化反应的反应动力学  36-47
    3.2.1 化学反应控制模型  36-37
    3.2.2 传质控制动力学模型  37-39
    3.2.3 硝化反应副反应  39-41
    3.2.4 硝化反应影响因素  41-42
    3.2.5 控制模型的选择与假设  42-43
    3.2.6 独立反应数分析  43-45
    3.2.7 硝化反应速率方程式  45-47
  3.3 反应器建模  47-52
    3.3.1 模型假设  48
    3.3.2 组分分析  48-49
    3.3.3 连续搅拌第i级串联反应釜的模型建立  49-52
      3.3.3.1 串联反应釜第i级釜总物料衡算方程  49
      3.3.3.2 串联反应釜第i级釜中组分j的物料衡算方程  49-51
      3.3.3.3 串联反应釜第i级釜的能量衡算方程  51-52
第四章模型求解  52-70
  4.1 物性估算  52-58
    4.1.1 组分的临界性质  52-54
    4.1.2 热力学参数的估算  54
    4.1.3 纯物质的物性表  54-56
    4.1.4 UNIFAC法估算活度  56-58
  4.2 反应器的模拟计算  58-70
    4.2.1 反应器的稳态模拟  59-63
      4.2.1.1 稳态模拟操作特性分析  61-63
    4.2.2 反应器的动态模拟  63-70
      4.2.2.1 动态特性分析  65-70
第五章结论  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-78
研究成果及发表的学术论文  78-80
作者和导师简介  80-81
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  81-82

甲苯一段硝化反应器的建模分析

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