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草甘膦是灭生性的有机膦除草剂,随着转基因作物的广泛耕种,是目前世界上使用最为广泛且产量最大的农药品种。双甘膦氧化反应是草甘鱗制备工艺中的关键步骤。该反应是串联反应,双甘膦催化氧化合成目标产物草甘膦,草甘膦还可能进一步氧化生成副产物氨基甲磷酸,若反应器中存在物料返混将不利于中间产物的生成,因而反应器的形式和操作工艺对中间目的产物草甘膦的收率有决定性的影响。本研究将采用振荡流管式反应器作为双甘膦氧化反应的反应器,通过对流体施加外部周期性振荡以提高其在管内径向混合,并设置挡板以降低流体的轴向返混。论文通过计算流体力学软件以及流程模拟软件模拟研究了多层挡板结构振荡流反应器的流动特性以及双甘膦氧化反应结果,从而探究合适的振荡条件、工艺条件和反应器结构,实现较小物流雷诺数时的平推流模式及较大目的产物收率。具体工作如下:1.建立了圆环挡板振荡流反应器实验装置,在此基础上对反应器进行几何建模和网格划分、采用欧拉-欧拉模型以及周期性振荡边界条件建立了描述反应器流动特性的数学模型,并将数值模拟结果与实验结果进行对比,以确定模型的可靠性。模型预测振荡流反应器出口双甘鱗浓度以及草甘膦浓度的平均相对误差分别为7.64%和7.41%,误差在工程应用可接受的范围。2.为了探究该反应器的流动特性与振荡操作参数的关系,模拟研究了标准腔室内部漩涡的发展过程,以及振幅为0～6mm,频率为0～3.0Hz的振荡范围下振荡操作参数对停留时间分布的影响。结果表明,在一定的振荡操作参数下反应器内部的径向混合得到增强,可得到停留时间分布方差较小的流动模式。采用无因次准数振荡雷诺数Reo以及斯特劳哈尔准数St表征了振荡操作参数对流动特性的影响,研究发现当斯特劳哈尔准数St为3.891,振荡雷诺数Reo为842.1时停留时间分布方差值仅为0.0115,即该振荡操作参数下,反应器内流态分布接近平推流。本研究还在不同斯特劳哈尔准数St下,将停留时间分布方差与振荡雷诺数Reo进行了关联,拟合结果对停留时间分布方差具有一定的预测作用。3.在流场研究的基础上考察了振荡操作参数对双甘膦氧化反应结果的影响,模拟研究了反应器出口双甘膦以及草甘膦浓度变化规律,以及反应器内双甘膦以及草甘膦浓度的轴向分布。结果显示达到振荡稳定的状态时,反应器出口处物料浓度在一个周期内呈周期振荡变化但平均值基本维持不变;模拟工艺条件与实验一致时,模拟得振荡的振幅为1 mm,频率为2.4Hz,反应器腔室数80时,出口草甘膦浓度最大,值为0.02297mol·L-1草甘膦收率为45.94%。在上述的工艺条件下,计算平推流反应器及全混流反应器出口草甘膦收率分别为47.42%及34.42%,评价振荡流反应器效果认为在一定振荡条件下其结果更接近平推流。4.为了开发设计出优化的连续化催化氧化双甘膦的生产工艺,根据流体力学模拟结果,使用偏离平推流程度系数α关联不同振荡条件下流态与平推流的偏离程度,采用流程模拟软件Aspen Plus中的RPlug模块结合偏离平推流程度系数α模拟探究振荡流反应器中真实的双甘膦氧化反应过程,并构建反应部分工艺模拟流程。采用上述工艺模拟流程,对振荡操作参数为振幅1 mm,频率2.4Hz下的反应器出口草甘膦以及双甘膦浓度进行优化,优化变量为固定直径下的反应器长度及反应温度、反应压力,对反应器出口草甘膦收率进行多参数整体优化,得到优化结果如下:反应器长度为7.25 m、反应温度为48℃、反应压力为0.38 MPa时,草甘膦收率最大,值为62.94%。本研究结果很好地模拟优化了该工艺流程,为连续化催化氧化双甘膦生产工艺的优化设计提供了参考。