[发明专利]一种生产芳香族羧酸的反应器

说明书

技术领域

本发明属于化学反应工程领域，涉及要求液相反应物转化率高，强放热的 反应体系，具体地说，本发明涉及一种生产芳基羧酸的反应器。

背景技术

精对苯二甲酸(Purified Terephthalic Acid，以下简称PTA)是生产聚对苯二甲 酸乙二醇酯(PET)的两种主要原料之一，目前主要由粗对苯二甲酸(Crude Terephthalic Acid，以下简称CTA)加氢精制后得到。自从二十世纪中期由原美国 AMOCO公司(现为BP-AMOCO)成功实现由对二甲苯(p-Xylene，以下简称 PX)液相催化氧化生产CTA以来，PX液相氧化制备CTA已是CTA生产的主流 工艺。目前PX液相氧化工业反应器主要有两种类型：通气搅拌釜和鼓泡塔。从 反应器内部液相的流动型式来看：通气搅拌釜可以看作为全混流反应器 (Continuous Stirred-Tank Reactor，以下简称CSTR)；鼓泡塔在高径比不大 时也可以近似当作CSTR来处理。这样的流型有利于消除反应体系内的热点， 特别地，对于PX液相氧化这一类的强放热反应是非常适合的。因此，从移除反 应热的角度来看，目前工业上的PX液相氧化反应器具有很大的优点。

在反应机理上，PX液相氧化与其他大多数烃类的液相氧化反应一样，都属 于自催化反应的范畴。发明人进行的动力学实验表明，PX液相氧化的确具有自 催化反应的特性，这一点在中国专利200810034597.9中已经得以体现。化学反 应工程的基本原理指出：若以反应速率作为优化目标，在需要取得高转化率的 情况下，自催化类反应以采用具有不同流型的反应器组合为最优。换句话说， 在反应器总体积一定的条件下具有不同流型的反应器组合可以提高反应器的效 率，提高的幅度取决于反应I区与反应II区两个区域的相对大小。并且，通过 设置内构件也可以在单个反应器内实现反应I区与反应II区的组合，同样有利 于提高反应的速率，在反应器体积不变的情况下可实现反应器效率的提升。

基于上述对PX液相氧化过程的认识，优化的PX氧化反应器或组合既要考 虑传热方面的要求，也要兼顾优化的流型组合对反应器效率的提升。

发明内容

本发明利用PX液相氧化具有自催化反应的特性，通过设置反应I区与反应 II区，将反应的场所划分为两个流型完全不同的区域；目的在于在强化传热的基 础上进一步大幅度地提高反应器的效率。

反应I区与反应II区划分的实现方式之一是通过采用不同结构反应器的组合 来实现的：所述的两个不同结构的反应器，一个鼓泡塔或通气搅拌釜式反应器 在前，其后连接一个具有多室结构的鼓泡或搅拌反应器。所述的鼓泡塔或通气 搅拌釜式反应器可以使反应物的转化率维持在一个恰当的水平，大约在60-90％， 对于具有自催化反应特性的PX氧化过程，反应因此可以在较优的速率下进行。 并且，由于鼓泡塔或通气搅拌釜式反应器内部的反应料液有很好地混合，有利 于消除反应过程中的局部热点。所述的具有多室结构的鼓泡或搅拌反应器，其 特征在于，在反应器的内部沿轴向设置多个隔板，隔板数目优选为2～4个。设 置多室结构的目的是：在较短的时间内进一步提高主产物对苯二甲酸 (Terephthalic Acid，以下简称TPA)的收率，降低主要杂质对甲基苯甲酸 (p-Toluic Acid，以下简称为p-TA)、对羧基苯甲醛(4-Carboxybenzaldehyde， 以下简称为4-CBA)的浓度。

反应I区与反应II区划分的实现方式之二是通过在单个反应器内设置内构件 来实现的：所述的带有内构件的单个反应器，主要由反应器外筒、导流筒、组 合式搅拌器、气体分布器等部分组成。所述的气体分布器为两根表面有均匀小 孔分布的半环形圆管，目的是使通过进气管进入反应器的气体得到良好的分散。 所述的组合式搅拌器包含两层：上层采用圆盘涡轮式搅拌桨，下层为轴流型螺 旋桨，这样的设计对于气相和由外筒侧面的进料管进入的物料进行充分地混合 是必要的。其中，上层的圆盘涡轮式搅拌桨对液相施以径向离心力，液相在离 心力作用下沿叶轮半径方向被甩出，当它们碰到器壁或挡板后被打碎成无数小 漩涡，有利于气体的溶解；下层的螺旋桨可以使反应器底部的料液上翻，并与 上面的料液相混合，有利于固相的悬浮。