2-碘-5-硝基甲苯的应用

背景^[1-3]

2-碘-5-硝基甲苯是硝化甲苯化学衍生物，主要作为医药化工中间体用于药物制备。

硝基甲苯是一种有机化合物，化学式为C7H7NO2，为淡黄色结晶性粉末，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚和苯，用于制造对甲苯胺、甲苯二异氰酸酯等，也用作农药、染料、医药、塑料和合成纤维助剂的中间体。

硝基甲苯由甲苯经硝化制得。可以只经一次硝化，但不经济。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是重要的炸药。

2-碘-5-硝基甲苯

二段硝化只需浓度50%左右的硝酸溶液与硫酸混合作硝化剂。一段混酸的成份为HNO3 13%；H2SO4 66%；H2O 21%。甲苯混酸比约1：6。二段混酸成份为：HNO3 13%；H2SO4 76%；H2O 11%。MNT、混酸比为1：4～5。一二段硝化原料易得，工艺简单，制成的DNT成本低廉，很适于临时生产。

第三段硝化是将DNT硝化为TNT，需要几乎不含水的混酸。一般是先向熔化了的DNT中加入发烟硫酸，再加入浓硝酸。发烟硫酸较缺乏的国家也使用浓硫酸。三段硝化的废酸用于配制二段混酸，余类推。第三段硝化难度较大，不适于临时生产。硝化后分离出的TNT为粗品，含大量有害杂质，必须精制。目前常用的精制方法是亚硫酸钠法。

应用^[4][5]

用于适用于二硝基甲苯氢化的搅拌反应器数值模拟研究

通过计算流体力学（CFD）的方法,对2,4-二硝基甲苯催化加氢反应展开研究:首先对两种不同结构的搅拌反应器进行气液两相流模拟研究,然后选定一组性能的反应器,首次对该化学反应过程进行模拟,最后将放大后的双层反应器进行气液两流模拟,为反应器的设计以及2,4-二硝基甲苯化学反应的模拟奠定基础。

主要研究内容如下:（1）本文在H2O-H2体系下,采用欧拉两相流模型,对带有16圈导流管的三叶螺旋桨搅拌釜,进行了气液两相流稳态模拟研究。在计算过程中,均使用多面体网格对几何模型进行划分,使用多重参考系（MRF）法处理桨叶区域和挡板之间的相对运动,并选用RNG k-?湍流模型。通过对12种不同工况的模拟,结果表明:三叶螺旋桨搅拌釜在液位高度为130mm、搅拌转速为1800rpm时,其吸气量,即当液位高度越低,搅拌转速越大时,搅拌釜内进气量越大,并将结果与文献实验值进行对比验证,误差为12%,在可接受范围内,从而保证了结果可靠性。

（2）使用同样的搅拌釜尺寸规模,通过正交试验法,对自吸式搅拌釜的9种不同工况进行了气液两相流流场模拟。通过研究不同的液位高度、桨叶悬挂高度、搅拌转速对自吸式搅拌釜吸气速率的影响,同样发现在液位高度为130mm、搅拌转速为1800rpm时,其吸气速率,并将模拟结果与文献进行了对比验证。最后,将两种搅拌釜进行综合对比分析,并发现自吸式搅拌釜更适合作为2,4-二硝基甲苯催化加氢反应的场所。

（3）在工况的自吸式搅拌釜内进行2,4-二硝基甲苯催化加氢反应模拟。本文采用前人实验研究所获得的主反应动力学方程,在温度为373K,搅拌转速为1800rpm,2,4-二硝基甲苯浓度为8%,催化剂浓度为0.3%,反应压力为20bar的条件下,对该反应中的热力学物性参数进行计算,并通过UDF编程,实现该反应过程中需要建立的化学反应源项数值模型,进而获取到不同时刻下,相应的压力场、浓度场、温度场变化情况,研究发现:在相同的位置处,该反应的温度越高,反应速率越快,2,4-二硝基甲苯转化率就越高。

（4）将三叶螺旋桨和CBY-H桨分别作为下层桨,自吸式桨叶作为上层桨叶,采用几何相似放大法,将2L自吸式搅拌釜放大到500L,并对2种双层桨搅拌釜进行气液两相流模拟,结果发现:CBY-H作为下层桨叶,其液体泵送能力更好。

参考文献

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[3]A 3D CFD simulation of a self inducing Pitched Blade Turbine Downflow[J].Ryma Achouri,Ines Mokni,Hatem Mhiri,Philippe Bournot.Energy Conversion and Management.2012

[4]Hollow self-inducing impellers for gas–liquid–solid dispersion:Experimental and computational study[J].B.N.Murthy,R.B.Kasundra,J.B.Joshi.Chemical Engineering Journal.2008(1)

[5]田淇.适用于二硝基甲苯氢化的搅拌反应器数值模拟[D].兰州理工大学,2020.