[发明专利]一种确定PX氧化制TA体系中气泡大小的方法

权利要求书

1.一种确定PX氧化制TA体系中气泡大小的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(A)建立PX液相氧化制TA的反应方程式：

其中，k₁～k₄分别为上述反应步骤1～4的反应速率常数，假定四步反应对氧气及其它反应物均为1级，k₁～k₄的单位均为m³/mol/s；

A～E分别代表O₂、PX、p-TALD、PT和4-CBA，它们在液相中的浓度分别以C_A～C_E表示，单位为mol/m³；

(B)当不考虑氧气参与的其它反应时，依据氧气传质速率和反应消耗速率相等的关系，可得如下传质平衡方程式：

通过求解方程组(1)可得：

其中，r_A为氧气的宏观反应速率，单位为mol/m³.s，k_G和k_L分别为气膜和液膜传质系数，单位为m/s；a为气液相界面积，单位为m²/m³；P_G为气泡内气相主体中氧气的分压，单位为Pa；H_A为氧气的亨利系数，单位为Pa.m³/mol；E_A为氧气吸收增强因子，表征液膜内所发生的反应对气泡内氧气传质速率的影响；

方程(2)中的k_G、k_L、a均已构建相应的构效调控数学模型，它们与体系气泡直径d₃₂分别有如下关系：

方程(6)中，t₃₂为气泡停留时间，单位为s，若反应器操作液位为H₀，则：

t₃₂＝H₀/v₃₂(9)

方程(7)中，v_s为气泡滑移速度，单位为m/s，按式(10)计算：

方程(8)～(10)中v₃₂为气泡平均上升速度，单位为m/s，按式(11)计算：

式(11)中，v₀为无限大静止液体中单个气泡的上升速度，单位为m/s，可按式(12)计算：

其中，参数n和c依据实际体系的特征取相应经验值，其它参数分别按下三式计算；

d_e＝d₃₂(ρ_Lg/σ_L)^1/2，K_b＝K_b0Mo^-0.038，对于有机溶剂/混合物，K_b0＝12；对于水溶液，K_b0＝14.7；若K_b012，则K_b0＝12；

(C)E_A数学表达式的建立：对于均相催化反应体系，因气泡液膜内气体A的传质速率与其反应过程有关，因此须对所述方程(1)中的E_A进行数学表达：

方程(13)中，Ha为表征液膜内反应气体分子最大可能的转化速率与最大传质速率的相对大小的Hatta数；E_∞为液膜内发生反应速率极快的瞬时反应时的气体吸收增强因子；

Ha数定义为：

其中，D_A为氧气在液相中的扩散系数，单位为m²/s；

(D)液相组分浓度C_B～C_E数学关系式的建立；

假定反应器为全混流反应器，令B、C、D、和E的进料量，分别为N_B0，N_C0，N_D0和N_E0，单位为mol/s，各步A的反应速率分别为r₁～r₄，反应器内液体有效体积为V_L，单位为m³，反应器液相出料流量为Q_L1，单位为m³/s；

依据全混流反应器数学模型，可推导得到C_B～C_E的数学表达式分别为：

各步反应速率分别为：

(E)E_∞数学关系式的建立；

为简化，令：

β₁＝D_BC_B+D_CC_C+D_DC_D+D_EC_E+D_AC_A(24)

则方程(24)简化为：

方程(25)中，P_Ai修正为：

为简化，令：

β₂＝k₁C_B+k₂C_C+k₃C_D+k₄C_E+k₅C_A (27)

由此得到：

对于预设一定大小的C_A，联立方程(15)～(22)计算C_B～C_E，并进一步由方程(14)和(28)分别确定Ha和E_∞氧气吸收增长因子，代入方程(1)，通过迭代计算，确定气泡大小一定时体系实际C_A以及C_B～C_E和E_A的大小。