甲苯硝化反应是典型的芳烃硝化反应之一,其产物应用广泛。目前,关于甲苯硝化反应传质和动力学的研究少有报道,然而精确的动力学参数和传质数据对甲苯硝化工业反应器设计及安全生产具有重要价值。因此,本论文利用具有良好传递性能的微通道反应器测定了甲苯硝化过程的传质系数和动力学参数。甲苯-硫酸液液平衡研究表明,甲苯在硫酸中的溶解度随温度和硫酸质量分率的升高而增大,甲苯溶解热随硫酸质量分率的增加而减小。在温度为25～55℃、硫酸质量分率为30.0%～80.1%的实验条件下,甲苯在硫酸中的溶解度从1.83×10-3mol·L-1增加至4.923×10-3mol·L-1,而溶解热从11.04 KJ·mol-1减少到5.33 KJ·mol-1。均相条件下微通道反应器内甲苯硝化反应动力学研究表明,在硫酸质量分率为65.0%～76.1%、硝酸浓度为1.1×10-3～1.07 mol·L-1、反应温度为25～50℃的实验条件下,反应动力学符合二级反应的特征;甲苯硝化反应活化能随硫酸浓度的变化而变化,在硫酸质量分率为74.0%、72.1%、70.0%时,硝化反应活化能分别为57.283 KJ·mol-1、62.781KJ·mol-1、68.122 KJ·mol-1,即硫酸质量分率每增加2%,硝化反应活化能降低5～6 KJ·mol-1。通过对微通道反应器内甲苯两相硝化反应过程传质研究发现,在硫酸质量分率为72.0%～78.0%、硝酸浓度为1.5～3.9 mol·L-1、酸相流量体积分率为0.469～0.906的实验条件下,甲苯非均相硝化过程基本处于传质控制区,总传质系数为0.28～218 s-1,两相总传质系数随着硫酸、硝酸浓度的增加而迅速增大,随酸相流量体积流量分率的增加而减小。最后对微通道反应器内甲苯两相硝化反应工艺进行研究,通过对各个反应影响因素的考察,结合正交实验设计,得到的反应最佳工艺条件为:混酸中水含量10%、反应温度60℃、硝苯摩尔比1.2、反应停留时间180 s。在此条件下,甲苯硝化反应转化率可以达到94%以上,产物中单硝基甲苯含量达到70%。本文通过对微通道反应器内甲苯硝化过程传质和反应特性的研究,测得较为精确的动力学参数和传质数据,并建立了一种适用于研究甲苯硝化反应过程传质和动力学的方法,为其它芳烃硝化反应动力学和传质的研究提供参考价值。