CN110449112A - 一种偏三甲苯连续氧化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工设备技术领域内的一种偏三甲苯连续氧化反应器，其氧化上塔顶部设有气相出口，氧化下塔底部设有出料口，出料口连接固液分离器，氧化上塔上分段设有进料口，最下侧的进料口下方设有第一进气口；氧化中塔上设有第二进气口，氧化下塔上设有第三进气口；氧化中塔内设有折流机构，氧化下塔内位于出料口上侧设有导流筒，第三进气口位于导流筒上方；进料口连接带有若干通流孔的环形导向器，进料口呈切向连接在氧化上塔上，在北半球，进料口进料呈右旋方向切向进料；在南半球，进料口进料呈左旋方向切向进料。该装置可对抗涡旋的产生，具有偏三甲苯转化率高，偏苯三甲酸选择性好，催化剂用量少，能耗低。

Description

一种偏三甲苯连续氧化反应器

技术领域

本发明涉及一种偏三甲苯连续氧化设备，具体地是一种采用偏三甲苯连续氧化反应器来生产偏苯三甲酸。属于化工生产设备技术领域。

背景技术

偏苯三甲酸是有机合成工业的重要化工原料，具有独特的分子结构及优良的反应性能，可生产多种性能独特的化学品，比如：制备偏苯三甲酸酐、偏苯三甲酸酯，主要用于树脂、增塑剂、染料、胶粘剂等方面。

目前工业上生产偏苯三甲酸的液相空气氧化工艺主要分为连续法、半连续法、间歇法。液相空气氧化法是以偏三甲苯为原料，以醋酸作溶剂，用Co-Mn的可溶性盐及溴化物为催化剂，在200℃、2.0~2.3MPa条件下用空气进行氧化制成偏苯三甲酸，再脱水生成偏苯三酸酐。

目前工业上生产偏苯三甲酸的液相空气氧化工艺主要分为塔式连续法、多釜串联式连续法。分别如下：

CN101961632A发明了一种偏三甲苯连续氧化反应器。采用了塔罐状反应器釜体，配有搅拌、加热、气相进出口、进料口、导流筒等装置，不仅避免了积料堵塞，还使得物料预空气充分混合，氧化产品偏苯三甲酸的收率提高。

CN100447124C分别公开了一种利用间歇式鼓泡氧化塔多塔串联连续氧化生产偏苯三甲酸的方法。采用三台串联氧化塔，结晶釜、离心分离器、成酐釜等来实现前道氧化工序及后续工序的连续化运行，产能提高。

CN1594302A公开了一种逐级催化氧化连续生产偏苯三酸酐的方法。采用的设备有一级氧化反应釜、二级氧化反应釜。属于多釜串联连续逐级氧化工艺。

以上专利均采用塔式反应器或多釜串联式反应器的连续氧化设备，基本实现了氧化工序的连续化生产。

现有液相空气连续氧化反应器不足之处在于：1）偏三甲苯、醋酸、催化剂等混合料进料容易引起旋流，在离心力作用下，比重大的物质向外周运动，比重小的物质，例如气体则向中心积聚，导致气液混合不均匀，影响反应效率；2）反应过程产物固液分离不当或不及时容易导致抑制正反应继续，影响产品收率；3）原料气和反应尾气进出不到位，导致系统憋压，存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种偏三甲苯连续氧化反应器，使其能抑制旋流的产生，以获得更好的氧化反应效果。

为此，本发明提供的一种偏三甲苯连续氧化反应器，包括立式设置的反应塔，反应塔由上至下由氧化上塔、氧化中塔和氧化下塔组成，氧化上塔顶部设有气相出口，氧化下塔底部设有出料口，出料口连接固液分离器，氧化上塔上分段设有至少两个进料口，位于最下侧的进料口下方设有第一进气口；氧化中塔上设有第二进气口，氧化下塔上设有第三进气口；氧化中塔内在第二进气口下方设有折流机构，氧化下塔内位于出料口上侧设有导流筒，第三进气口位于导流筒上方；所述进料口连接环形导向器，进料口呈切向连接在氧化上塔上，环形导向器设置在氧化上塔内，环形导向器上设有若干通流孔，进料口呈切向连接在氧化上塔上的切向方向满足：在北半球，进料口进料呈右旋方向切向进料；在南半球，进料口进料呈左旋方向切向进料。

由于本反应装置是连续反应的，因此，底部的连续出料会使得塔体内形成漩涡，在北半球，该漩涡呈左旋方向，南半球呈右旋方向，漩涡的形成会使得密度大的液体及固体向外周运动，而密度小的气体向中心运动，从而影响到液体和气体的混合，也影响到固体(如催化剂)和气体的混合，漩涡中心和边侧的流速变化也会导致不同高度上的物料过度混合，使得反应不同阶段上的物料分布均匀，从而难以针对性提供反应条件。本发明采用多点分层进料，且进料时产生的液流从出液孔中向前侧射流而出，整体上会形成旋流的趋势，这一旋流趋势与自然形成的漩涡反向，从而对抗涡旋产生，保证固液气三相在同一水平高度上混合更加均匀，而在垂直高度上，可使得氧化后的生成物在塔体内具有平推流分布趋势，尽量避免了中间产物及最终产物之间的过度混合。在反应初期，即在生成偏苯一酸、偏苯二酸期间放热量大，可在较低温度下进行，此时无需采用换热设备；而在反应的中期，从偏三甲苯氧化生成偏苯三甲酸的氧化反应是放热反应过程，需要冷却移除反应热；在后期生产偏苯三甲酸因反应热量较少，为保证反应过程完成应维持反应温度，因此必须补充一定的热量，这一热量可以从中期反应的放热中获得，从而使得整个装置不仅反应效率高，同时具有良好的节能效果。本发明使得各反应阶段之间相互干扰小，每一反应段均能达到较高的反应效率，从为偏苯三甲酸的连续生产提供了保障，该装置专用于偏苯三甲酸的生产。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明具有偏三甲苯转化率高，偏苯三甲酸选择性好，催化剂用量少，设备腐蚀小，安全系数高，能耗低的特点。

为保证进料时的扰动小且便于实施，所述进料口在氧化上塔的上中下三个位置分别有一个。

作为本发明的进一步改进在于，所述通流孔的轴线与环形导向器的中心圆环的切向方向呈45-75°的夹角设置。通过这一夹角的设置，使得进料的方向更容易对抗旋流的产生。

其进一步改进在于，所述气相出口连接气液分离器，所述气液分离器包括气液分离筒，气液分离筒上部一侧设有气液进口，另一侧设有气体出口，气液分离筒底部设有重组分出口，气液分离筒中心设有换向管，换向管外设有螺旋导流片，气液分离筒内位于换向管下口下方设有分液板，换向管上口与气液分离筒内壁之间倾斜设置有隔板，所述隔板将气液进口和气体出口隔离。优选地，所述隔板与气液分离筒内壁相连的最低位置留有回液通道。气液混合气体进入气液分流筒后旋流向下，液体在离心力作用下向外周运动，并从底部的重组分出口离开，气体则沿换向管下口进入，从换向管上口再经气体出口离开，实现气液分离。少量夹带的液体从回液通道下行，最终从重组分出口离开。

其进一步改进在于，所述出料口连接固液分离器，所述固液分离器包括固液分离筒，固液分离筒中心设置有出液管，出液管上端伸出固液分离筒外，固液分离筒下端设有固体出口，固液分离筒侧面设置有固液进口，出液管下端外周与固液分离筒内壁之间设有螺旋带，与螺旋带相对应位置的出液管上设有若干出液孔；出液管下端连接有防涡板。优选地，所述固液分离筒包括上部的进料段、中部的加速旋流段和下部的出料段，进料段和出料段的直径大于加速旋流段直径。固液混合液体从固液进口进入，在螺旋带的导流作用下，固体向外周运动，液体向中心运动，最终固体从固体出口离开，液体穿过出液孔从出液管离开。进料段和出料段的直径大于加速旋流段直径的设置，使得液体经过加速旋流段时的得以加速，从而产生更大的离心力，促使固液更好地分离，防涡板可以防止涡旋产生，避免固体返混入液体中。

为了能及时补入催化剂及控制催化剂回流，所述氧化上塔内上部设有催化剂回流管，氧化中塔和氧化下塔上分别设有催化剂补入管。

为避免物料沉积，第三进气口的出气孔位于所述导流筒的上端口范围内。气体上升时必然会拉动液体上行，下方的液体会补充进入，从而使得导流筒内外之间形成循环流动，避免了物料沉积在氧化下塔的底部造成堵料。

为了能在停止运行时能够保护氧化上塔、氧化中塔及氧化下塔，所述氧化上塔、氧化中塔及氧化下塔的内底部分别设有保护气体入口。在需要清洗、停釜时，通过保护气体入口向反应装置内充入氮气或惰性气体，保护设备及管路不受氧化，保护装置的安全性，气体进入氧化上塔、氧化中塔及氧化下塔后还能起搅拌作用，搅动塔体内的液体及沉积物，可以实现清洗作用。

附图说明

图1 为连续氧化反应塔结构示意图。

图2 为图3的B-B向视图，为切向环形导向器局部结构示意图。

图3 为图2中环形导向器的A-A向视图。

图4 为环形导向器局部结构示意图。

图5为固液分离器剖视图。

图6 为气液分离器剖视图。

图7为气液分离器工作原理图。

其中，1气相出口，2催化剂回流管，3上催化剂补入管，4折流板，5溢流口，6下催化剂补入管，7导流筒，8出料口，9环形导向器，10进料管，11支撑件，12通流孔，13出液管，14进料段，15固液进口，16螺旋带，17出液孔，18防涡板，19固体出口，20出料段，21加速旋流段，22气液进口，23气液分离筒，24隔板，25气体出口，26换向管，27螺旋导流片，28分液板，29重组分出口，a氧化上塔，b氧化中塔，c氧化下塔，I1第一进料口，I2第二进料口，I3第三进料口，G1第一进气口，G2第二进气口，G3第三进气口，W1、W2、W3保护气体入口。

具体实施方式

如图1-7所示，为一种偏三甲苯连续氧化反应器，包括立式设置的反应塔，反应塔由上至下由氧化上塔a、氧化中塔b和氧化下塔c组成，氧化上塔a顶部设有气相出口1，氧化下塔c底部设有出料口8，出料口8连接固液分离器，氧化上塔a上上中下三个位置分别设有一个进料口，分别为第一进料口I1、第二进料口I2和第三进料口I3，位于最下侧的进料口下方设有第一进气口G1；氧化中塔b上设有第二进气口G2，氧化下塔c上设有第三进气口G3；氧化中塔b内在第二进气口G2下方设有折流机构，折流机构包括折流板4和溢流口5，折流板4上设有若干气孔，气流可穿过折流板4上行，液流则主要从溢流口5折流下行，氧化下塔c内位于出料口8上侧设有导流筒7，第三进气口G3位于导流筒7上方；进料口经进料管10连接环形导向器9，进料管10呈切向连接在氧化上塔a上，环形导向器9设置在氧化上塔a内，环形导向器9为弧形管，弧形管经支撑件11固定在氧化上塔a内壁上，其分布270°以上的大半圆周上或全圆周上，环形导向器9上设有若干通流孔12，通流孔12的轴线与环形导向器9的中心圆环的切向方向夹角ɵ=45-75°，进料口呈切向连接在氧化上塔a上，由于该装置在北半球使用，其进料口进料呈右旋方向切向进料；如在南半球使用，进料口进料呈左旋方向切向进料。

气相出口1连接气液分离器，所述气液分离器包括气液分离筒23，气液分离筒23上部一侧设有气液进口22，另一侧设有气体出口25，气液分离筒23底部设有重组分出口29，气液分离筒23中心设有换向管26，换向管26外设有螺旋导流片27，气液分离筒23内位于换向管26下口下方设有分液板28，换向管26上口与气液分离筒23内壁之间倾斜设置有隔板24，所述隔板24将气液进口22和气体出口25隔离。隔板24与气液分离筒23内壁相连的最低位置留有回液通道。气液混合气体进入气液分流筒后旋流向下，液体在离心力作用下向外周运动，并从底部的重组分出口29离开，气体则沿换向管26下口进入，从换向管26上口再经气体出口25离开，实现气液分离。少量夹带的液体从回液通道下行，最终从重组分出口29离开。

出料口8连接固液分离器，所述固液分离器包括固液分离筒，固液分离筒中心设置有出液管13，出液管13上端伸出固液分离筒外，固液分离筒下端设有固体出口19，固液分离筒侧面设置有固液进口15，出液管13下端外周与固液分离筒内壁之间设有螺旋带16，与螺旋带16相对应位置的出液管13上设有若干出液孔17；出液管13下端连接有防涡板18。固液分离筒包括上部的进料段14、中部的加速旋流段21和下部的出料段20，进料段14和出料段20的直径大于加速旋流段21直径。固液混合液体从固液进口15进入，在螺旋带16的导流作用下，固体向外周运动，液体向中心运动，最终固体从固体出口19离开，液体穿过出液孔17从出液管13离开。进料段14和出料段20的直径大于加速旋流段21直径的设置，使得液体经过加速旋流段21时的得以加速，从而产生更大的离心力，促使固液更好地分离，防涡板18可以防止涡旋产生，避免固体返混入液体中。

为了能及时补入催化剂及控制催化剂回流，氧化上塔a内上部设有催化剂回流管2，氧化中塔b上设有上催化剂补入管3，氧化下塔c上设有下催化剂补入管6。

为避免物料沉积，第三进气口G3的出气孔位于导流筒7的上端口范围内。气体上升时必然会拉动液体上行，下方的液体会补充进入，从而使得导流筒7内外之间形成循环流动，避免了物料沉积在氧化下塔c的底部造成堵料。

为了能在停止运行时能够保护氧化上塔a、氧化中塔b及氧化下塔c，所述氧化上塔a、氧化中塔b及氧化下塔c的内底部分别设有保护气体入口W1、W2、W3。在需要清洗、停釜时，通过保护气体入口向反应装置内充入氮气或惰性气体，保护设备及管路不受氧化，保护装置的安全性，气体进入氧化上塔a、氧化中塔b及氧化下塔c后还能起搅拌作用，搅动塔体内的液体及沉积物，可以实现清洗作用。

由于本反应装置是连续反应的，因此，底部的连续出料会使得塔体内形成漩涡，在北半球，该漩涡呈左旋方向，南半球呈右旋方向，漩涡的形成会使得密度大的液体及固体向外周运动，而密度小的气体向中心运动，从而影响到液体和气体的混合，也影响到固体(如催化剂)和气体的混合，漩涡中心和边侧的流速变化也会导致不同高度上的物料过度混合，使得反应不同阶段上的物料分布均匀，从而难以针对性提供反应条件。本发明采用多点分层进料，且进料时产生的液流从出液孔17中向前侧射流而出，整体上会形成旋流的趋势，这一旋流趋势与自然形成的漩涡反向，从而对抗涡旋产生，保证固液气三相在同一水平高度上混合更加均匀，而在垂直高度上，可使得氧化后的生成物在塔体内具有平推流分布趋势，尽量避免了中间产物及最终产物之间的过度混合。在反应初期，即在生成偏苯一酸、偏苯二酸期间放热量大，可在较低温度下进行，此时无需采用换热设备；而在反应的中期，从偏三甲苯氧化生成偏苯三甲酸的氧化反应是放热反应过程，需要冷却移除反应热；在后期生产偏苯三酸因反应热量较少，为保证反应过程完成应维持反应温度，因此必须补充一定的热量，这一热量可以从中期反应的放热中获得，从而使得整个装置不仅反应效率高，同时具有良好的节能效果。本发明使得各反应阶段之间相互干扰小，每一反应段均能达到较高的反应效率，从为偏苯三甲酸的连续生产提供了保障，该装置专用于偏苯三甲酸的生产，采用连续法富氧气体或空气液相氧化、结晶成酐、精制工艺用于偏苯三酸酐生产的方法，该连续法工艺采用偏三甲苯、富氧气体或空气为原料，醋酸为溶剂，钴锰溴三元体系作为催化剂，通过芳烃侧链氧化反应生成偏苯三甲酸，再通过连续结晶成酐工艺，最后精制工艺来实现的；包含原料预混、富氧气体或空气液相连续氧化、连续结晶成酐、精制等工艺过程。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种偏三甲苯连续氧化反应器，包括立式设置的反应塔，反应塔由上至下由氧化上塔、氧化中塔和氧化下塔组成，氧化上塔顶部设有气相出口，氧化下塔底部设有出料口，出料口连接固液分离器，其特征在于：氧化上塔上分段设有至少两个进料口，位于最下侧的进料口下方设有第一进气口；氧化中塔上设有第二进气口，氧化下塔上设有第三进气口；氧化中塔内在第二进气口下方设有折流机构，氧化下塔内位于出料口上侧设有导流筒，第三进气口位于导流筒上方；所述进料口连接环形导向器，进料口呈切向连接在氧化上塔上，环形导向器设置在氧化上塔内，环形导向器上设有若干通流孔，进料口呈切向连接在氧化上塔上的切向方向满足：在北半球，进料口进料呈右旋方向切向进料；在南半球，进料口进料呈左旋方向切向进料。

2.根据权利要求1所述的一种偏三甲苯连续氧化反应器，其特征在于：所述进料口在氧化上塔的上中下三个位置分别有一个。

3.根据权利要求1所述的一种偏三甲苯连续氧化反应器，其特征在于：所述通流孔的轴线与环形导向器的中心圆环的切向方向呈45-75°的夹角设置。

4.根据权利要求1所述的一种偏三甲苯连续氧化反应器，其特征在于：所述气相出口连接气液分离器，所述气液分离器包括气液分离筒，气液分离筒上部一侧设有气液进口，另一侧设有气体出口，气液分离筒底部设有重组分出口，气液分离筒中心设有换向管，换向管外设有螺旋导流片，气液分离筒内位于换向管下口下方设有分液板，换向管上口与气液分离筒内壁之间倾斜设置有隔板，所述隔板将气液进口和气体出口隔离。

5.根据权利要求4所述的一种偏三甲苯连续氧化反应器，其特征在于：所述隔板与气液分离筒内壁相连的最低位置留有回液通道。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种偏三甲苯连续氧化反应器，其特征在于：所述出料口连接固液分离器，所述固液分离器包括固液分离筒，固液分离筒中心设置有出液管，出液管上端伸出固液分离筒外，固液分离筒下端设有固体出口，固液分离筒侧面设置有固液进口，出液管下端外周与固液分离筒内壁之间设有螺旋带，与螺旋带相对应位置的出液管上设有若干出液孔；出液管下端连接有防涡板。

7.根据权利要求6所述的一种偏三甲苯连续氧化反应器，其特征在于：所述固液分离筒包括上部的进料段、中部的加速旋流段和下部的出料段，进料段和出料段的直径大于加速旋流段直径。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种偏三甲苯连续氧化反应器，其特征在于：所述氧化上塔内上部设有催化剂回流管，氧化中塔和氧化下塔上分别设有催化剂补入管。

9.根据权利要求1-5任一项所述的一种偏三甲苯连续氧化反应器，其特征在于：第三进气口的出气孔位于所述导流筒的上端口范围内。

10.根据权利要求1-5任一项所述的一种偏三甲苯连续氧化反应器，其特征在于：所述氧化上塔、氧化中塔及氧化下塔的内底部分别设有保护气体入口。