在含能化合物的合成过程中,反应体系涉及大量腐蚀性强、易燃、易爆的化合物,且反应速度快、放热剧烈。若无法及时、有效地移除反应热,可能引发安全事故,甚至造成人员伤亡。管式反应器是某含能化合物合成工艺的核心设备之一,其性能对反应结果有较大的影响。本文从过程强化和工业应用的角度,对适用于强放热反应的管式反应器展开研究,对某含能化合物的管式合成过程进行工艺设计。本文主要的工作内容包括:(1)为了考察四头螺纹管强化传热的效果,选择四头螺纹管作为研究对象。通过水力学和传热实验,研究了四头螺纹管的流动特性和传热性能,计算了不同流速下的摩擦系数和努塞尔准数。针对四头螺纹管的结构特点,基于Moody方程和Dittus-Boelter方程,提出了用于计算摩擦系数和努塞尔准数的关联式。(?)(2)为了考察管式反应器的停留时间分布,设计并搭建了一套用于研究管式反应器停留时间分布的实验装置。采用脉冲示踪法,在管式反应器出口处检测电导率的变化,研究了进口流速对管式反应器停留时间分布的影响,通过数学处理得到停留时间分布函数,确定反应器模型。(3)通过总结已有的逐级放大实验数据,结合某含能化合物合成过程的特点,提出了相关管式反应器的放大规则。建立了某含能化合物管式合成过程的数学模型,并根据实验数据确定了相关模型的参数。提出了相关管式反应器的设计流程,为某含能化合物合成过程的放大设计提供指导。(4)针对某含能化合物的5 kg级管式合成过程的特点,结合管式反应器的放大规则、设计规范等完成了相关工艺的设计。对管式反应器、溢流釜式反应器、搅拌釜等主要工艺设备进行了选型设计、强度校核,并绘制了相关的工艺流程图等。通过数学模拟,对5 kg级管式反应的热载体温度、反应时间等操作条件进行了优化,为规模化生产提供指导。