气液传质对PX液相催化氧化反应的影响

第l6卷第期2oo3一l2聚酯工业PolyesterIndustryV0Ll6No．6Dec．20o3气液传质对PX液相催化氧化反应的影响王勤波，李希，谢刚，成有为，代伟(浙江大学化工系，浙江杭州310027)擒要：捉出了适合Amoco工艺的PX工业氧化反应体系的和的计算关联式，判断了工业氧化反应器中反应与传质的相对大小。并对不l司传质系数时反应结果进行了模拟。结粜表明：气液传质过程不是Amoco工艺PX氧化反应过程的控制步骤，但对氧化过程有影响；增加搅拌功率对于改善反应效果不明显，工业上合适的搅拌输入功率为2．9-4．8kW／m。关键词：IrFA；氧化；传质中图分类号：rQ245．12文献标识码：A文章编号：1008-8261(2003)06-00134)4长期以来，由于缺乏可靠的动力学和传递数据，对于PX液相催化氧化工业反应条件下气液传质的影响问题，一直难以获得清楚的认识⋯。这一问题的认识涉及到国产创新技术开发和现有装置改造的一些方向性问题。文献中曾经对低温(80—130oC)和常压下的PX氧化过程进行过有关的动力学和传递特性研究-2jJ，但所考虑的体系和条件与工业过程有很大的差距。近年来，结合PTA技术国产化工作，国内在氧化动力学-4．5和反应器传递规律上的研究取得了较大进展。作者将在此基础上，对Amoco工艺的工业氧化反应器中的气液传质对反应的影响进行深人分析，有关结论可作为现有工艺的改进及新型氧化技术的开发的参考依据。1反应动力学在PX的高温液相催化氧化反应过程中，除原料PX和最终产品对苯二甲酸外，还有对甲基苯甲醇(TALC)、对甲基苯甲醛(TALD)、对甲基苯甲酸，一生0——一，E．dlCi+占i=l’’(PT)、对羧基苯甲醛(4-CBA)等其他中间产物存在。各中间产物的浓度均存在一个极大值，呈现出典型的连串反应的特征。针对PX高温液相催化氧化过程的特点，本课题组开发了一套气液固三相反应动力学实验技术，反应路径为：PXTALDPI'4．CBACH3CHOTACOOHCH2OHTALC动力学表达式为：_『：1、3、5(1)：_广，：2、4、6(2)‘(∑d‘C+占)k。1C1+k．2C2+c+c朋+k。：丽C。+=2c2+c+c‘’+：s。式(1)、(2)中d。、d、d，、d、占、卢、和卢为模型参数，已由文献[7]给出。式(1)一(4)中c，～c为PX、TALD、PT、4一CBA、TA、TALC的质量摩尔浓(3)(4)度；|i}，一k、k。，一|i}表示主、副反应速率常数，它们都是温度、催化剂浓度、催化剂配比、水浓度、氧浓度的函数，表达式已由文献[8]和[9]给出。收稿日期：2003-05-06。作者简介：王勤波(1979-)，男．湖北天门人。浙江大学化工系博士研究生，从事多褶流反应与结晶研究。基金项目：国家自然科学基金项目(20076039)；中国石油化工股份公司资助项目(X500029)。一h—维普资讯http://www.cqvip.com14聚醋_[业第l6卷2气液传质系数对二甲苯的氧化过程涉及气液固三相一系列复杂化学反应、化学吸收、反应结晶、气液传质、搅拌和混合、放热和传热等多种物理一化学过程。Amoco工艺的工业氧化反应器为气液搅拌釜反应器，0通过扩散从气相传递到液相中参与液相反应，忽略气膜传质阻力后，传质推动力为氧气在液膜和液相主体间的浓度差(c，一c)。根据文献[10]的研究结果，液膜内的反应量也可以忽略，反应主要在液相本体中进行。在考虑传质的影响后，传质速率应该和反应速率相等。反应速率与主体中氧气的浓度C有关，写成等量关系式为：51kL,(CO‘2一Co21．)=pL(1一g一)．一ri(Co2L)。(5)r．为各步反应速率，。为固含率，C。，为氧气的浓度，根据Henry定律C=P／计算。．j}b为0在液一，，=A{P．。．l／VL}印Ug()()UIDuLO对，采用章兆波对组合桨气液搅拌反应器的试验结果J，结合文献中有关液体黏度¨、气体密BUgo．299(Ptotal／／“(()(6)式和(7)式中的A和B为系数，根据文献[10]介绍的体积传质系数和气含率值，拟和得到A=0．26。B=0．211。3氧化反应器中的气液传质与反应3．1工业条件下氧化反应速率与气液传质速率比较PX氧化反应器中的气液传质与反应是一个连串过程，判断传质速率与反应速率孰大孰小，了解过程特征与反应过程控制步骤，对于深化对过程的认识，明确主要开发方向，是非常重要的。为了表征液体中的体积传质系数，为气含率。在一般的化工文献中，针对气液搅拌釜进行了大量的冷模实验，给出了不少和8的关联式，但这些关联式都是在常温下以水为介质作的，无法满足PX氧化过程特殊条件。为了获取可用于工业氧化条件下的b和的关联式，作者将PX氧化过程的特殊条件归纳为