Производство терефталевой кислоты и ее диметилового эфира - Овчинников В.И.
Скачать (прямая ссылка):
66
Рис. 3.4.¦ Реактор окисления я-ксялола:
/, 12 — патрубки высокотемпературного теплоносителя; 2 — отражательные перегородки; 3 — патрубок ввода исходной смеси; 4 — патрубок ввода воздуха; 5 — вал мешалки; 6 — распределитель флегмы; 7 — патрубок парогазовой смеси; 8 — патрубок флегмы; 9 — корпус реактора; 10, 11 — патрубки выхода оксидата; 13 — мешалка; 14 — рубашка реактора; 15 — отражательная полка.
турных, гидродинамических и дру-гих факторов. Реактор окисления /г-ксилола (рис. 3.4) представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд, снабженный мешалкой, рубашкой обогрева и патрубками для ввода и вывода реагентов. Мешалка необходима для: 1) быстрого распределения газовой фазы в реакционной среде, способствующего увеличению поверхности контакта фаз газ — жидкость и переходу кислорода в жидкую среду, содержащую катализатор и окисляемые реагенты; 2) уменьшения продолжительности гомогенизации реактантов в реакционной среде; выравнивания температуры реакционной смеси по всему объему реактора;
3) взвешивания кристаллических продуктов реакции.
Две турбинные мешалки 13 (см. рис. 3.4) обеспечивают быстрое смешение вводимых реагентов. Частота вращения мешалки может меняться с помощью преобразователя частоты ТПЧ-60, подключенного к взрывозащищенному электроприводу, от 10 до 220 об/мин. Исходная реакционная смесь, содержащая растворенные в уксусной кислоте /г-ксилол, ацетат кобальта, бромид таатрия и 2% воды, поступает чер>ез патрубок 3. Воздух поступает через патрубок 4 в нижнюю часть реакционной зоны. Необходимое распределение газа в жидкости и быстрое смешение исходных реагентов с реакционными продуктами в зоне реакции создаются необходимым числом оборотов мешалок, имеющих оптимальные размеры и соответствующую конфигурацию лопастей, установкой отражательных перегородок 2 и отражательных полок 15, а также оптимальным расположением вводных и выводных патрубков жидких и газообразных продуктов.
Соотношение высоты к диаметру реактора может колебаться от 1,5 до 4,0 и зависит от его объема, числа мешалок, их типа, а также от констркуции распределительных устройств реагентов. При использовании кобальтбромидного катализатора,
обладающего ограниченной устойчивостью во времени тс некоторым продуктам реакции, например к воде, продолжительность гомогенизации в реакторе должна быть минимальной и не превышать время дезактивации активного кобальтбромидного комплекса [20]. Производительность реактора и эффективность производства ТФК определяется в первую очередь концентрацией /г-ксилола в исходной реакционной смеси.
Проведенные нами исследования о влиянии 'концентрации я-ксилола в исходной реакционной смеси на скорость его окисления и качество ТФК при использовании кобальтбромидного катализатора показали, что при повышении концентрации я-ксилола с 0,4 до 2 моль/л продолжительность конверсии возрастает примерно в 3,8 р'аза, а максимальная скорость окисления— только в 1,8 раза. При дальнейшем увеличении 'концентрации я-ксилола реакционная смесь становится нетранспортабельной. Ее перемешивание и транспортирование между аппаратами затрудняется, и качество ТФК ухудшается. Потери уксусной кислоты за счет окислительной деструкции при этом снижаются. Концентрация я-ксилола в исходной реакционной смеси, обеспечивающая приемлемую скорость окисления в изученных условиях при сохранении достаточной подвижности суспензии, может находиться в пределах 1,5—2,0 моль/л. Качество ТФК при этом (я-КБА — 0,2ч-0,5, я-ТК — 0,02%, цветность 25-^35°Н )удовлетворяет требованиям процесса ее очистки.
Длительность пребывания реакционной смеси в реакторе в процессе окисления на кобальтбромидном катализаторе при 200—220°С в зависимости от концентрации я-ксилола, катализатора и промотора 40—80 мин. При продолжительности пребывания г^40 мин потери уксусной кислоты минимальны — 120—180 кг на 1 т производимой ТФК. Качество ТФК по содержанию в ней примесей ухудшается: я-КБА — 0,3—1,1%;
я-ТК — 0,03—0,12%. С увеличением длительности пребывания омеси в реакторе в 2 раза путем снижения расхода подаваемой в реактор исходной реакционной смеси при неизменном ее составе потери уксусной кислоты увеличиваются примерно в 2 раза, т. е. скорость окислительной деструкции уксусной кислоты возрастает практически пропорционально увеличению продолжительности пребывания смеси в реакторе. Концентрация я-КБА и я-ТК в кристаллической ТФК снижается и достигает
0,1—0,3% и 0,008—0,015% соответственно.
Существенное влияние оказывает длительность пребывания смеси в реакторе на гранулометрический состав ТФК: с ее увеличением кристаллы измельчаются, что затрудняет выделение ТФК на стадии фильтрации и вызывает больший ее унос с фильтратом.
Остаточная концентрация кислорода в отходящих из реакционной зоны газах по существу определяет его избыток по отношению к стехиометрическому количеству, требуемому на ос-68
новную реакцию окисления л-ксилола, ведущую к образованию ТФК, и на побочные реакции, ведущие к образованию нежелательных примесей. Экспериментально установлено, что увеличение концентрации кислорода в отходящих газах (в пересчете на сухой газ )с 2 до 6% позволяет снизить показатель цветности более чем в 2 раза. Это свидетельствует о том, что избыток кислорода, поддерживаемый в реакционной зоне, «’подавляет» побочные реакции образования высокомолекулярных продуктов, придающих окраску ТФК. Содержание промежуточных продуктов в кристаллической ТФК при этом также уменьшается: л-КБА в 2—2,5 раза, л-ТК в 1,5—2 раза. Уменьшение содержания промежуточных продуктов в ТФК дает основание считать, что увеличение парциального давления кислорода в реакционной золе создает условия для более полного и избирательного окисления л-'ксилола до ТФК.
