一种环流反应器及用之合成均苯三甲酸的方法技术

本发明专利技术涉及一种环流反应器及用之合成均苯三甲酸的方法。该反应器包括环管段和直筒段两部分；环管段和直筒段相互连通，在环管段处设置有加热器和冷却器；环管段底部设置有气液初始分布器，气液初始分布器与物料进口连接；在直筒段中上部设置有出料口，在直筒段上端连接有冷凝器。用此反应器，以空气为氧化剂，醋酸为溶剂，钴、锰离子为催化剂，有机溴化物为引发剂，非均相条件下氧化合成均苯三甲酸。合成的均三甲苯的转化率大于９９％，以均三甲苯计的均苯三甲酸质量收率为１３５～１５５％，尾气中氧含量小于６％。本发明专利技术公开的外循环氧化反应装置内无机械传动装置，结构简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油化工产品合成的
，特别涉及。
技术介绍
反应器是化工产品合成所必不可少的设备。芳香羧酸生产的核心装置是反应器，该反应器的设计既需满足气液相传质、液相主反应和产品结晶的需要，又要尽可能抑制副反应的发生。由于反应热效应大，反应放出的热量还需及时移走。此外，反应产物在反应条件下是固体，反应器中气液固三相的混合与固体出料也是反应器设计所必须考虑的。目前，专利文献报导和已工业化的相同或相类似反应的反应器主要采用带搅拌桨的釜式或塔式结构。专利US5596129、US4243636、US5211924和US5102630所述的反应器内安装有多层搅拌桨，上层搅拌桨的主要作用是强化气液传质和促进釜内物料的混合，下层搅拌桨则用于实现颗粒物在液体中的悬浮，以防止固体在反应器底部沉积后粘壁。专利US5463113公开的反应器内仅有一个安装在底部单层桨，该搅拌桨同样起到防止固体在反应器底部沉积的作用。上述结构的反应器，在进、出料设计上采用的是气、液在反应器的不同高度处进料，固体出料则在反应器底部。在芳香羧酸生产的加压条件下，带机械搅拌的反应器，对轴的动密封和机械传动部分的要求高，设备的造价和运行费用也会相应地增加。均苯三甲酸是一种重要的精细化工中间体，主要用于制备火箭推进器中固体燃料的交联剂、醇醛树脂、水溶性烘漆、高性能塑料增塑剂以及海水淡化作用的反渗透膜材料等特殊用途的产品。作为均苯三甲酸合成的核心装置，目前采用的依然是上述形式的反应器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种靠气液固三相的环流作用取代机械搅拌装置，达到反应器内各组分流动、混合、反应、结晶、进出料和换热的要求。同时提供在该反应器中合成均苯三甲酸的方法。本专利技术的环流反应器，它包括环管段和直筒段两部分；如图1和图2所示环管段1和直筒段2相互连通，在环管段处设置有加热器5和冷却器6；环管段底部设置有气液初始分布器10，气液初始分布器与物料进口连接；在直筒段2中上部设置有出料口14，在直筒段上端连接有冷凝器13。所述的气液初始分布器10与混合器9连接，混合器上设置有气体进料口12和液体进料口11；管状的气液初始分布器10其轴线与环管段1底部的水平部分相平行；气液初始分布器可以由一根或多根出气管构成。所述直筒段2的出料口14上面设置有液体分布器7和除沫器8；在冷凝器13上设置有降液管16和排气管15，降液管的出口设置在除沫器8的上面。气液初始分布器10的出料口处于环管段1的底部，环管段设置有主反应区3和环流区4；气体以较大流速经进气管12夹带由进液管11流入混合器9的液体，并使之气化，在分布器10的出口处产生初始动能；此时的流体以较高的流速流出气体分布器10的出气管，既提供了环流所需的动能，又防止了固体颗粒在反应器底部沉积。所述的气液初始分布器10与环管底部的水平部分相平行；不凝气的出气口15处在直筒段2的顶部，气液固三相的出料口14在直筒段2的中部。气体在气液初始分布器10处产生环流推动力，在出料口14处可推动固液出料，防止堵塞管路。环管段1和直筒段2，两段管径相同，垂直高度之比为1∶1～2。用本专利技术的环流反应器合成均苯三酸的方法，如图1所示，具体步骤如下首先是将原料均三甲苯、溶剂醋酸、催化剂Co、Mn化合物和引发剂有机溴化物按一定的比例均匀混合后从液体进料口11流入混合器9，与由气体进料口12流入混合器9的空气混合，再进入反应器中的气液初始分布器10，经气液初始分布器10分散后的气液雾状流通过环管段1的主反应区3，均三甲苯被空气中的氧氧化，在反应器中生成均苯三甲酸的浆态悬浮液；反应产生的热量，一部分通过醋酸、水和均三甲苯的汽化，由冷凝器13移出；另一部分由冷却器6进行换热，含氮气、氧气和二氧化碳的不凝气经尾气排气管15移出反应器；由冷凝器13冷凝下来的液体经降液管16流经液体分布器7返回反应器的直筒段2；反应产物由出料口14排出。冷却器6中采用的冷却介质为绝压在0.1～2.0MPa下，接近沸点温度的水，换热后产生饱和蒸汽。环流反应器的主反应区、环流区和直筒段总长度与反应器管径之比为50～10∶1，优选为40～20∶1；环流区1的上端距出料口14保持2～20倍反应器直径的距离。上述的醋酸溶剂与均三甲苯质量比为3∶1～15∶1，优选为5∶1～10∶1。钴与均三甲苯的质量比为0.001～0.05；锰与均三甲苯的质量比为0.001～0.05；钴与溴的质量比为0.1～10。反应压力为1～3MPa，优选为1.5～2.5MPa；反应温度为150～250℃，优选为180～240℃。本专利技术的操作特性在于利用一定进料流量下原料气的初始动能，驱动反应器环流区中的流体和固体产生相对有序的环流运动，替代机械搅拌，并在流体的流动与混合方面更利于反应的进行。如此设计的反应器，其中气、液、固三相的流动及混合状态良好，进、出料顺畅。以空气为氧化剂，醋酸为溶剂，钴、锰离子为催化剂，有机溴化物为引发剂，非均相条件下氧化合成均苯三甲酸。均三甲苯的转化率大于99.0％，以均三甲苯计的均苯三甲酸质量收率为135～155％，尾气中氧含量小于6％。本专利技术公开的环流氧化反应装置内无搅拌桨，无机械传动装置，结构简单。结构简单。本专利技术的设备还适用的其它烷基芳烃氧化及其相应的产物芳香羧酸如下甲苯氧化制苯甲酸；间二甲苯氧化制间苯二甲酸；对二甲苯氧化制对苯二甲酸；偏三甲苯氧化制偏苯三甲酸。附图说明图1环流反应器的结构示意图；图2图1的A-A剖面图；图3实施例的环流反应器的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的详细论述实施例1如图3所示，环管段1和直筒段2垂直高度之比为1∶1，环流反应器的主反应区、环流区和直筒段总长度与反应器管径之比为10∶1。环流反应器用于催化均三甲苯空气氧化制均苯三酸反应时，首先是将原料均三甲苯、溶剂醋酸、催化剂Co、Mn化合物和引发剂有机溴化物均匀混合后从液体进料口11流入混合器9，与由气体进料口12流入混合器9的空气混合，再进入反应器中的气液初始分布器10，经气液初始分布器10分散后的气液雾状流鼓泡通过环管段1的主反应区3，均三甲苯被空气中的氧氧化，在反应器中生成均苯三甲酸的浆态悬浮液。反应产生的热量，一部分通过醋酸、水和均三甲苯的汽化，由冷凝器13移出；另一部分由冷却器6进行换热，冷却器6中采用的冷却介质为绝压在0.1～1.0MPa下，接近沸点温度的水，换热后产生饱和蒸汽。含氮气、氧气和二氧化碳的不凝气经尾气排气管15移出反应器。由冷凝器13冷凝下来的液体经降液管16流经液体分布器7返回反应器的直筒段2。浆料的出料口14位于直筒段2的中上部，且位置可调。反应器内有气体通入时，主反应区3中的液体在气提作用下，产生自下而上的运动，另外主反应区3中的气含率高，反应温度也高，体相密度相对较小，因而，在环流区4中能形成环流运动。环流区1以混合及优化流体流动状态，进而强化反应、防止固体沉积为主要目的；直筒段2以深化反应进程，引导产品出料为主要目的。反应产物由出料口14排出。由出料口14排出的物料可以进入与之相连的的汽液分离器19，分离后的固液混合物由出料口20出料，气体经出口21返回环流反应器的直筒段2。实施例2按实施例1的方法，采用的具体方法是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环流反应器，其特征是：包括环管段和直筒段两部分，环管段（１）和直筒段（２）相互连通，在环管段处设置有加热器（５）和冷却器（６）；环管段底部设置有气液初始分布器（１０），气液初始分布器与物料进口连接；在直筒段（２）中上部设置有出料口（１４），在直筒段上端连接有冷凝器（１３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：辛峰，陈青松，张旭斌，刘成，刘朝辉，张成中，蔡旺锋，李钢，
申请(专利权)人：中国石油锦州石油化工公司，天津大学，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]