本发明专利技术属于硝化反应设备技术领域，公开了一种甲苯硝化专用微通道反应装置及其控制方法，包括用于通过在若干个立式微通道的混沌对流区进行强化硝化反应，硝化反应后从各微通道反应器顶部溢出汇流进入均化器的微通道反应单元，用于通过冷却介质移出硝化反应热量并维持硝化反应合理温度的温控单元，用于通过液体微量调节阀组和流量测量元件对物料分配进行微量调节的物料微量调节分配单元。微通道反应单元包括若干个立式微通道，立式微通道设置有中心管和套设在中心管外侧的外套管，中心管和外套管之间夹设有若干不等距分布的环状结构组件，环状结构组件间留有流体通道。本发明专利技术在本质安全度高，反应器生产能力大，硝化反应速率可控。率可控。
【技术实现步骤摘要】
一种甲苯硝化专用微通道反应装置及其控制方法
[0001]本专利技术属于硝化反应设备
，尤其涉及一种甲苯硝化专用微通道反应装置及其控制方法。
技术介绍
[0002]硝化反应是火炸药制造过程中最基本、最重要的反应之一，是一种特别剧烈、特别危险的放热反应。学术界和工业界都对芳香族化合物的硝化反应的设备和工艺进行了的研究。
[0003]化工过程反应失控，是因为反应系统因反应放热而使温度升高，在经历了一个“放热反应加速—温度再升高”，以至超过了反应器冷却能力的控制极限，恶性循环后，反应物、产物分解，生成大量气体，压力急剧升高，最后导致喷料，反应器破坏，甚至燃烧、爆炸的现象。
[0004]混酸条件下的甲苯硝化是典型的液液非均相硝化反应，甲苯硝化在相界面上进行，总的反应速度不但与化学反应本身有关，而且与物质的质量传递速度有关，因而反应速度不但取决于反应动力学，还与相面面积和质量传递系数有关，反应物甲苯要扩散进入酸相中，并且反应产物要扩散回有机相中，剧烈搅拌会减弱这种因素，使之更加接近均相反应。
[0005]混酸工艺的甲苯硝化反应比较广泛应用的釜式反应器属理想型全混流反应器，硝化反应产生的大量热，全混流反应器配置的良好的搅拌和传热装置，这对于增强扩散作用以及排除热量至关重要。
[0006]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0007]硝化反应是特别剧烈、特别危险的放热反应，硝化反应的高放热性导致硝化反应需在降温条件下进行。在常规有釜式硝化过程中，如出现反应过程中搅拌能力不足、冷却水供应不良、加料速度过快等因素将使反应体系温度迅速升高，混酸氧化能力增强，生成多硝基化合物，极易形成反应热失控并引燃烧和爆炸事故。
[0008]解决以上问题及缺陷的难度为：
[0009]全混流反应器内存在充分的返混，容器内物料均匀混合，各流体微元的温度、浓度、反应速度相等。反应器配置一定功率的搅拌器，并且外部设置换热夹套及内部换热盘管。生产控制过程中因多因素导致搅拌能力不良、冷却能力下降状况出现时，可能导致物料积累、局部过热、多硝物等副反应物增多，严重时可能导致燃烧、爆炸事故。反应器内物料量较大，异常事故后果影响范围较大。
[0010]解决以上问题及缺陷和意义为：
[0011]微通道内反应物料流道总容积相对于微通道反应器冷却介质流道总容积较小，异常情况绝热反应导致体系温升小，反应过程处于本质安全状态下进行；
[0012]微通道物料流道的形成的物料层属微米级厚度，出现局部过热现象的条件消失；
[0013]传质反应的动力源自于流体的压(动)力，物料液体压力降低或动力消失，物料停
止进入反应微通道，传质反应终止；
[0014]微通道内物料流道内总容积是相对于对应的反应釜总容积万分之一，异常事故后果影响范围缩小。
技术实现思路
[0015]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种甲苯硝化专用微通道反应装置及其控制方法。
[0016]本专利技术是这样实现的，一种甲苯硝化专用微通道反应装置包括：微通道反应单元、温控单元和物料微量调节分配单元；
[0017]所述微通道反应单元，用于通过在若干个立式微通道的混沌对流区进行强化硝化反应，硝化反应后从各微通道反应器顶部溢出汇流进入均化器；
[0018]所述温控单元，与微通道反应单元连接，用于通过冷却介质在微通道反应单元的碳化硅管内强制循环，移出硝化反应热量并维持硝化反应合理温度，保持反应体系温度均衡，控制硝化反应速率；
[0019]所述物料微量调节分配单元，与微通道反应单元连接，用于通过液体微量调节阀组和流量测量元件对物料分配进行微量调节。
[0020]进一步，所述微通道反应单元包括若干个立式微通道，所述立式微通道两端分别连接有出口组件和进口组件，所述进口组件外侧连接有排料管，所述出口组件连接有反应物溢出管，所述立式微通道设置有中心管和套设在中心管外侧的外套管，所述中心管和外套管之间夹设有若干等距分布的环状结构组件，所述环状结构组件间留有T字开口构成的流体通道。
[0021]进一步，所述中心管采用高效传热性能的碳化硅传热管，外套管采用耐高压耐强酸腐蚀的金属材料的无缝钢管，环状结构组件采用复合材料。
[0022]进一步，所述温控单元包括温度调节控制装置、补给低温冷却介质的冷却介质补给管路、排出高温冷却介质的冷却介质排出管和温度测量元件，所述温度调节控制装置两端分别与冷却介质补给管路和立式微通道连通，所述冷却介质排出管和立式微通道另一端连通。
[0023]进一步，所述温度测量元件包括补给冷却介质温度检测器、冷却介质入口温度检测器、反应体系温度检测器、出料温度检测器、进料温度检测器和过热温度检测器；
[0024]所述补给冷却介质温度检测器连接在冷却介质补给管路中间，所述冷却介质入口温度检测器连接在温度调节控制装置与立式微通道之间，所述反应体系温度检测器连接在立式微通道与冷却介质排出管之间，所述出料温度检测器连接在反应物溢出管中间，所述进料温度检测器和过热温度检测器与立式微通道一端的进口组件连接。
[0025]进一步，所述物料微量调节分配单元包括甲苯分配器和混酸分配器，所述甲苯分配器和混酸分配器外端分别连接有甲苯输入管和混酸输入管，每个立式微通道均通过连接管路与甲苯分配器、混酸分配器的输出端连接。
[0026]进一步，所述甲苯分配器与立式微通道之间连接有手控微量调节阀和甲苯进料流量检测器，所述混酸分配器与立式微通道之间连接有手控微量调节阀和混酸进料流量检测器。
[0027]本专利技术的另一目的在于提供一种甲苯硝化专用微通道反应装置的控制方法，包括：
[0028]步骤一，硝化反应所需物料在动能作用下经微量调节分配单元分别从各微通道下部物料进入口进入微通道反应单元的每个立式微通道；
[0029]步骤二，甲苯和混配通过微通道反应单元的碳化硅管吸收冷却介质的热量，快速达到合理硝化反应速率的工艺温度条件；所述工艺温度为50℃～57℃；
[0030]步骤三，在每个立式微通道内的混沌对流区进行强化硝化反应，硝化反应后从各微通道反应器顶部溢出汇流进入均化器；
[0031]步骤四，温控单元将冷却介质在微通道反应单元的碳化硅管内强制循环，移出硝化反应热量并维持硝化反应合理温度，保持反应体系温度均衡，控制硝化反应速率；
[0032]步骤五，冷却介质温度测量信息反馈给低温冷却介质的补入调节管网和高温冷却介质排出调节管网，硝化反应系统温度自动调节。
[0033]本专利技术的另一目的在于提供一种全混流反应器，所述全混流反应器用于实施所述的甲苯硝化专用微通道反应装置的控制方法。
[0034]本专利技术的另一目的在于提供一种所述甲苯硝化专用微通道反应装置的控制方法在火炸药制造过程中的应用。
[0035]结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：
[0036]1、本质安全度高。
[0037]a)甲苯硝本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种甲苯硝化专用微通道反应装置的控制方法，其特征在于，所述甲苯硝化专用微通道反应装置的控制方法包括：步骤一，硝化反应所需物料在动能作用下经微量调节分配单元分别从各微通道下部物料进入口进入微通道反应单元的每个立式微通道；步骤二，甲苯和混配通过微通道反应单元的碳化硅管吸收冷却介质的热量，满足硝化反应适宜速率的工艺温度条件，所述工艺温度为50℃～57℃；步骤三，在每个立式微通道内的混沌对流区进行强化硝化反应，硝化反应后从各微通道反应器顶部溢出汇流进入均化器；步骤四，温控单元将冷却介质在微通道反应单元的碳化硅管内强制循环，移出硝化反应热量并维持硝化反应合理温度，保持反应体系温度均衡，控制硝化反应速率；步骤五，冷却介质温度测量信息反馈给低温冷却介质的补入调节管网和高温冷却介质排出调节管网，硝化反应系统温度自动调节。2.一种实施权利要求1所述控制方法的甲苯硝化专用微通道反应装置，其特征在于，所述甲苯硝化专用微通道反应装置包括：微通道反应单元，用于通过在若干个立式微通道的混沌对流区进行强化硝化反应，硝化反应后从各微通道反应器顶部溢出汇流进入均化器；温控单元，与微通道反应单元连接，用于通过冷却介质在微通道反应单元的碳化硅管内强制循环，移出硝化反应热量并维持硝化反应合理温度，保持反应体系温度均衡，控制硝化反应速率；物料微量调节分配单元，与微通道反应单元连接，用于通过液体微量调节阀组和流量测量元件对物料分配进行微量调节。3.如权利要求2所述的甲苯硝化专用微通道反应装置，其特征在于，所述微通道反应单元包括若干个立式微通道，所述立式微通道两端分别连接有出口组件和进口组件，所述进口组件外侧连接有排料管，所述出口组件连接有反应物溢出管，所述立式微通道设置有中心管和套设在中心管外侧的外套管，所述中心管和外套管之间夹设有若干不等距分布的环状结构组件，所述环状结构组件间留有T字开口构成的流体通道。4.如权利要求3所述的甲...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵存军，钱建东，曹犁犁，
申请(专利权)人：江苏翰祺化工有限公司，
类型：发明
国别省市：
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