光气(Phosgene)学名碳酰氯(Carbonyl Chloride),烂苹果味,纯光气无色,工业产品显浅黄色或浅绿色,刺激性强,剧毒,化学性质十分活泼。光气是一种非常重要的化工原料,它广泛应用于农药、染料、涂料、引发剂、医药、精细化学品、异氰酸酯(R-NCO)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚氨酯(PU)等的合成。本文重点对光气合成进行数学建模及优化分析,并对光气精制进行模拟研究,以便指导工厂的生产实践。本文研究了氯气和一氧化碳合成光气的两种反应动力学,即反应动力学方程I和反应动力学方程Ⅱ。应用Fortran编程,龙格一库塔算法(Runge-Kutta)数值分析,建立了光气合成反应器的一维均相数学模型。在此基础上,结合了传热系数、压力计算方程,建立了更完整的光气合成反应器一维均相数学模型。分别对两种反应动力学建立一维均相数学模型,在对其计算结果(温度和氯气转化率沿管长分布)进行分析对比后,表明反应动力学方程Ⅰ的计算结果更加符合工业的生产实际。应用Matlab编程,克兰克一尼科尔森算法(Crank-Nicolson)数值分析,建立了基于反应动力学方程I的光气合成反应器二维拟均相数学模型。计算了管内温度和氯气转化率的平均值和中心轴值沿管长的分布,并与一维均相数学模型计算结果进行比较,表明二维拟均相数学模型计算结果的平均值与一维均相数学模型计算结果基本一致。为了求解简便,本文采用一维均相数学模型对氯气和一氧化碳合成光气的反应规律进行研究。本文在已建立的光气合成反应器一维均相数学模型基础上,研究了影响光气生产的各个因素,分析了进料量和催化剂装填密度对反应的影响。进料量增加、催化剂装填密度减小,能有效降低反应热点温度,对延长催化剂寿命有利,但不利于氯气转化率提高,设计反应器时需要加长反应器长度来弥补。本文对光气精制进行了模拟研究,采用精馏操作脱除光气中可能存在的重组分及氯气。结果表明适宜的理论板数为22块、最佳进料位置第21块、最佳采出位置第12块,在此条件下,精制后的光气杂质含量大大降低。