硝基氯苯环形硝化器数值模拟及工程应用研究

论文摘要

环形硝化器是一种氯苯硝化两相反应设备,其基本原理是,硝硫混酸和氯化苯在一定温度下,通过搅拌器的推动进行硝化反应。由于轴流泵式搅拌器的强有力的推进,使得硝化器的循环量很大,由于采用了列管式换热器,硝化反应的热量可很快地移走,因此环形硝化器具有氯苯转化率高、设备占用空间小、易于调节与控制、操作范围宽、连续操作等优点。工程上,由于采用不同的搅拌器和不同的硝化器几何尺寸,使得酸油两相液体混合物的程度不同,硝化器的效率也不同,相同温度下氯苯的转化率不同。 本论文通过对对氯笨硝化技术的分析研究,使用计算流体力学的方法,应用GAMBIT和FLUENT两种软件来模拟现有实际生产中的环形硝化器内的局部流场,考察其流场的分布状况及静压分布,通过考察改变硝化器内部结构和搅拌器的几何尺寸,以求得到最佳的流场分布。方法是计算流体力学(CFD)的方法,应用GAMBIT绘制物理模型、划分网格、设定边界条件,应用FLUENT求解、后处理。 在对现有环形硝化器内部流场的分析模拟结果的基础上,提出改进的方案,以求提高环形硝化器的换热效率。通过增加绕流条,能够明显的改善硝化器内部流场的分布状况,在生产实践中改进结构后,实际节水30%,具有一定的实用价值。

论文目录

• 1. 概述
• 1.1 生产状况
• 1.2 生产工艺
• 1.3 生产装备
• 1.4 发展方向
• 1.5 本文研究的内容及意义
• 2. 硝化理论与硝基氯苯硝化器
• 2.1 硝化理论
• 2.1.1 两相硝化反应的特征
• 2.1.2 芳烃的两相硝化反应速度方程
• 2.1.3 氯苯的两相硝化
• 2.2 硝化反应设备
• 2.2.1 硝化反应设备概述
• 2.2.2 硝化反应器设计方法概要
• 2.2.3 常用的硝化设备
• 2.2.4 目前硝化设备存在的问题
• 3. 环形硝化器流场的数值模拟
• 3.1 计算流体力学与数值模拟简介
• 3.1.1 计算流体力学
• 3.1.2 数值模拟
• 3.1.3 计算流体力学与数值模拟的应用
• 3.1.4 计算流体力学的发展趋势
• 3.2 数值模拟软件简介
• 3.2.1 GAMBIT简介
• 3.2.2 FLUENT简介
• 3.3 环形硝化器数值计算模型的建立
• 3.4 环形硝化器数值模拟方法
• 3.4.1 三维计算域的网格生成
• 3.4.2 边界与初始条件
• 3.4.3 FLUENT解算
• 3.5 环形硝化器数值模拟结果分析
• 3.5.1 流场的速度分布
• 3.5.2 流场的流线分布
• 3.5.3 流场的迹线图
• 3.6 环形硝化器在结构上的缺陷
• 4. 改进后环形硝化器的数值模拟
• 4.1 三维计算域的网格生成
• 4.3 边界与初始条件
• 4.3 FLUENT解算
• 4.4 改进后的环形硝化器数值模拟结果
• 5. 改进后环形硝化器的工程应用考核
• 5.1 试验步骤
• 5.2 扰流条
• 5.3 改进后的环形硝化器工程应用考核
• 6. 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1（攻读学位期间发表论文）