[发明专利]一种确定PX氧化制TA体系中气泡大小的方法

说明书

本发明提供了一种确定PX氧化制TA体系中气泡大小的方法，包括如下步骤：(A)建立PX液相氧化制TA的反应方程式；(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；(C)E_A数学表达式的建立；(D)液相组分浓度C_B～C_E数学关系式的建立；(E)E_∞数学关系式的建立。本发明PX氧化制TA体系中气泡大小的方法，通过探讨PX氧化制TA体系下最适宜的气泡大小的方法，以优化微界面强化反应器的设计和操作。

技术领域

本发明涉及微界面强化领域，具体而言，涉及一种确定PX氧化制TA体 系中气泡大小的方法。

背景技术

微界面强化反应器气液相界面积构效调控数学模型建模方法(公开号：CN107563051A)量化了反应器气泡气液相界面积与反应器的结构参数、操作 参数以及物性参数之间的关系。当通气量一定时，气泡越小，气液相界面积越 大，传质性能更好。

目前全球对苯二甲酸TA工业化生产主要采用对二甲苯PX均相AMOCO 工艺。该工艺以空气为反应气体原料，Mn和Co催化剂，操作温度175～225℃， TA得率90～97％，反应时间8-24h。尽管该工艺TA得率较高且中间体(如 4-CBA)可采用循环方式充分利用，但仍存在一些不足之处。其一为，在反应 条件下，由于溶剂醋酸和反应促进剂溴腐蚀设备，因此反应设备须采用价格昂 贵的钛材；其二，在较高的反应温度及空气气氛下，体系物质易发生脱羧、溶 剂燃烧等副反应。

可见，对于对二甲苯PX空气液相氧化制TA的工艺过程而言，为在最经 济的条件下实现生产目标，体系气泡并非越小越好。因此，当生产工况一定时， 体系存在一个最优气泡大小，此时能量的利用效率最高。当生产产能一定时， 如何优化反应器内气泡尺度以最大程度实现微界面强化技术的经济性是一个 重要的现实问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种确定PX氧化制TA体系中气泡大小的方法， 通过以实现最经济的生产为目标，探讨PX氧化制TA体系下最适宜的气泡大 小的方法，以优化微界面强化反应器的设计和操作。

决定微界面反应体系宏观反应速率的因素包括两类，一类是传质推动力， 一般为气泡内反应气体的分压；另一类是包括传质阻力和本征反应阻力在内的 两类反应阻力。对于多相反应体系，传质阻力一般是决定体系宏观反应速率大 小的主因。微界面强化技术的优势在于，通过微界面机组在体系中形成大量的 微气泡，使体系中气液相界面积大幅提升，从而极大减小传质阻力，最终实现 反应的充分强化。

一般情况下，当体系中气泡较大时，传质阻力大于本征反应阻力，气泡尺 度减小有利于传质阻力的减小；但与此同时，本征反应阻力随之增大。因此， 在微界面反应体系气泡尺度逐渐减小的过程中，势必会出现一种情况，即：传 质阻力＝本征反应阻力。在此之后，气泡尺度减小将导致体系传质阻力小于本 征反应阻力，此时传质阻力对体系宏观反应速率的影响已居于次要地位。故继 续减小气泡尺度不仅增加了能耗，同时对提高宏观反应速率的实际意义不大。

本发明探讨了当微界面反应体系传质阻力等于本征反应阻力时气泡大小 的计算方法。