硝化反应是化学工业生产中的一类重要反应,硝化过程放热量大、放热迅速,为及时移出反应热,避免生成副产物和发生二次分解反应,反应器的安全设计十分关键。本文以拉什顿（RT）搅拌桨为例,在不同体系中研究了不同因素对其流型与搅拌性质的影响,分析了甲苯一段硝化过程的反应特征,在此基础上利用计算流体力学（CFD）方法对甲苯一段硝化反应釜内的流场、温度场分布进行了数值模拟研究,旨在为搅拌釜的设计优化提供参考。使用商业软件Fluent模拟RT搅拌桨在纯水体系下的流型特点,考察转速、容器底部形状、底部高度、叶轮直径对RT叶轮径向流与轴向流流型转变的影响。结果表明,安装高度、底部形状、底部高度对流型有显著影响,提出了一种用于解释流型转变的机理。在混酸体系中考察RT叶轮的流场及温度场分布情况,考察叶轮安装高度、转速、叶轮直径、盘管结构参数对混酸体系下流型转变和釜内温度的影响。结果表明,混酸体系与盘管结构更有利于形成轴向流;在考察范围内,增大RT搅拌器安装高度和转速有利于热量交换;盘管结构对壁面传热系数的影响盘管直径＞盘管间隙＞盘曲直径。使用CFD方法对配备盘管的甲苯一段硝化间歇反应釜进行模拟,在理想分布条件下考察单批加料量和换热温度对釜内温度及浓度的影响,在动态进料条件下,对比换热与绝热操作下的反应进程。结果表明,单批加料过多导致热失控在30 s内发生;动态进料时甲苯主要在分布在反应釜上部,换热条件下冷却介质移热速率能够移走釜内反应释放的热量;绝热条件下釜内温度随进料时间线性增加,预测在1小时内发生热失控。