硝酸异辛酯常用作柴油添加剂，改善燃烧性能，缩短点火延迟时间，提高发动机动力性能。目前，硝酸异辛酯的工业生产通常是在间歇反应器中以混酸硝化2-乙基己醇进行，这是一种高放热的反应。硝酸异辛酯是一种热敏性高能物质，反应过程中的温度控制至关重要。反应属于传质控制的典型液-液两相反应，存在反应时间长，效率等不足。在常规间歇反应器中合成硝酸异辛酯是一种高爆炸危险性和低效率的反应，因此，开发一种新的方法来降低这些风险，提高生产率和工艺安全性是至关重要的。微反应器作为一种典型的过程强化技术，为学术界和工业界开辟了新的道路。与传统的间歇反应器相比，微反应器具有更高的表面积与体积比，提高了传质传热速率，精确控制了反应参数，显著降低了反应器局部过热的危险。目前已有实验证明，在微反应器中制备硝酸异辛酯是可行的。文献报道的微反应器工艺虽然具有较高的转化率和产率，但存在混酸量大、反应停留时间长等缺点。因此，设计一条生产硝酸异辛酯的安全路线是十分必要的。文中研究了在微反应器中连续合成硝酸异辛酯的工艺。采用响应面法中的Box-Behnken设计模型，对影响反应过程的4个因素，即反应温度、硫酸的质量分数、硝酸与2-乙基己醇的摩尔比、总流速进行了优化分析。建立了多因素与产品收率的关系模型，通过实验设计获得了优化产品收率的最佳实验条件。结果证实了该合成工艺获得的产品为目前纯度最高，且使用硫酸的质量分数最低。随后，根据工艺开发结果，提出了扩大微反应器的设想，并在微反应器中进行了千克级生产。建立模型：文中采用四因素三水平Box-Behnken模型进行实验设计，研究了温度、摩尔比、总流量和硫酸质量分数对硝酸异辛酯收率的影响，共设计了27个实验方案。根据结果计算得到产率与反应温度、摩尔比、总流量和硫酸质量分数之间的多元回归方程。实验值和预测值的结果相比，未发现异常点，说明模型是可靠的。
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工艺优化：响应面是由响应值和设计实验因素组成的三维曲面图，能够直观地反映各种实验因素的影响及其相互作用对响应值的影响，从而获得最优的工艺参数。
反应温度的影响：硝化反应是一个高放热的反应，在高温下可能会导致硝酸和硝化物的分解。本征反应动力学对温度的依赖性比对传质的依赖性强，如果不能有效地控制反应过程，反应温度过高就会引起爆炸。因此，温度是影响硝化反应的主要因素。实验结果表明提高反应温度有利于提高产物收率。由于微反应器比表面积大，有利于传质传热，避免了反应器局部过热引起的副反应，从而提高了产量。摩尔比的影响：物料摩尔比改变可以促进了反应的转化，提高了目标产物的选择性，简化了后处理过程。实验结果表明产物的收率随硝酸摩尔比的增加先增加后降低。因此，选择最佳的摩尔比是提高产品收率的关键。
流量的影响：流速是微反应器中硝化反应的重要参数。根据反应机理，硝酸异辛酯的合成是一个非均相的液-液反应。在微反应器中，改变流量是提高混合效率最常用的方法。实验结果表明流速对产品收率几乎没有影响。这可能是由于微反应器体积小，比表面积大，促进了两相扩散，提高了传质效率，进一步使用计算流体力学软件Fluent来模拟微反应器的传质和混合效率。
硫酸质量分数的影响：从反应机理可知，硫酸在反应中起催化剂的作用，且硫酸溶液对硝酸异辛酯的稳定性有显著影响。实验结果表明提高硫酸浓度有利于反应的进行。
模拟计算流体力学（CFD）：
1、网格将整个微反应器的计算域进行离散成个六面体单元组成的二维结构网格中，为了保证结果的收敛性，空间步长有一个范围限制。在此基础上，得到的网格尺寸为0.2mm，网格质量达到0.。2、参数设置3、混合效率的验证为了更好地了解微反应器内的流动状况和两相流量分布，确定微反应器的总压降，CFD模拟是一种必要的预测和评价手段。路径线显示流体遇到第一个障碍物后，以相同的速度分裂成两个流体。流体流过u型障碍物后，两股流沿槽壁运动，使槽壁附近的流速大于u型结构与槽壁中心之间的流速。两股流体通过u型障碍物后，又会聚在一起。4、压力变化从云图可以看出，压力从进口到出口逐渐减小。这种设计有利于增加两相体系的混合，提高比表面积，改善传质性能。模型的验证：在优化实验条件下，硝酸异辛酯的实际收率为99.6%，预测值为99.63%，两者之间的误差仅为0.03%，证明了响应面法所得二次多项式模型的正确性。在最佳实验条件下，硝酸异辛酯的纯度高于文献报道的传统间歇反应器和微反技术；混酸的消耗量远低于文献报道的硫酸与硝酸的摩尔比为2-2.5:1。硫酸的质量分数比文献值低8%。2-乙基己醇硝化反应的放大：在优化条件的基础上，设计了千克放大装置合成了硝酸异辛酯。在进行放大实验之前，对装置的传热性能进行测试。热流体和冷流体的温度分别为70℃和10℃，出口温度为26.2℃。试验结果表明，放大装置的传热性能达到了设计要求。
在上述放大装置上进行了两次放大实验。两次实验结果的平均值表明，2-乙基己醇的转化率为%。硝酸异辛酯的纯度在30min内达到99.3%。在温度为k时，硝酸与2-乙基己醇的摩尔比为1.3:1，总流量为mL/min，硫酸质量分数为90.55%，硫酸与硝酸的混酸摩尔比为1.43:1，硝酸的产率为16kg/h。结果表明，放大式微反应器能很好地进行2-乙基己醇的连续流硝化反应。Scale-UpandDevelopmentofSynthesis2-EthylhexylNitrateinMicroreactorUsingtheBox–BehnkenDesignShuaiGuo,Le-wuZhan*,Guang-kaiZhu,Xin-guangWu,andBin-dongLi*Org.ProcessRes.Dev.(IF3.),26,1,–转载请注明地址:http://www.abmjc.com/zcmbjc/423.html
