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环己酮肟贝克曼重排是己内酰胺生产过程中的一个重要反应步骤,重排反应的好坏直接影响到己内酰胺的产量和质量。重排反应不仅是受反应动力学的控制,而且由于其反应速率极快,重排液粘度较大,微观混合对反应的影响不可忽略。本文的主要目的是通过对重排反应动力学和微观混合的研究,建立该反应的微观混合模型,为工业生产提供理论依据和指导。 全文主要分为两大部份,第一部分是重排反应的动力学模型的建立,第二部分是微观混合反应模型的建立。 环己酮肟重排反应是一典型的贝克曼重排反应。由于贝克曼重排反应的机理非常复杂,而且该反应速率极快,因此对其机理的认识很不一致。直接应用已有机理解释实际工业重排过程均不令人满意。 本文利用已有文献报道的低温反应数据,结合重排反应过程的特点和现象,作出合理的建设和简化,推导出6种可能的重排反应机理,利用最优化计算技术,经过模型筛选,确定了最佳的动力学模型。该模型不仅能很好的与文献数据相吻合,而且可以很好的解释工业重排过程中的现象。 通过对重排反应动力学的研究可以得知,在工业重排条件下,反应在2mS内即可完成。液相快速反应一般都受微观混合的影响,因此有必要考察微观混合对重排反应的影响。 本文第二部分应用片状结构模型理论,对工业重排反应在各个不同混合阶段的化学反应进行了分析和描述,将混合过程分为物料分散区、微观控制区和宏观控制区,每一个区域的物料分别处于完全离集、部分离集和最大混合状态。通过数学分析得知,在物料分散阶段只有少量的环己酮肟会反应掉,化学反应主要发生在微观控制阶段,反应不会延续到宏观控制区,从而指出该反应受微观混合控制。 应用第一部分的动力学模型和片状结构理论建立了相应的重 排反应微观混合片状模型。该模型表现为一组偏微分方程,其空。 间区域无限,通过分析,将该无限区域问题转化为一足够大的有 限区域问题。选用合适的计算方法(method ofline)对该模型进 行了求解。通过计算分析可知受微观混合的影响,实际发生反应 处的酸胎比均会在小于其宏观酸肘配比门.5)的条件下进行, 这种局部酸肪比的偏低,必然导致重排反应的局部恶化。应用该 模型可以定性和定量地考察实际工业重排过程中微观混合对反应 的影响,文中对影响微观混合的各个因素进行了模拟计算和探 讨。