专利名称：液-气相反应器系统的制作方法
液-气相反应器系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年9月22日提交的美国临时申请60/846,789的权益。
背景技术：
(1) 发明领域
本发明涉及液-气相反应器系统以及用于进行液-气相反应的方法。这 样的反应包括在相同反应容器内的液相和气相这两种组分的反应，比如芳 族烷基化合物(aromatic alkyls)(例如，对-二甲苯)在液相反应介质内的氧化。
(2) 相关技术的描述
液-气相反应器系统在本领域中是熟知的，并且典型地包括带有任选辅 助设备的反应容器。包括搅拌装置的反应容器有时也称作"搅拌槽反应器" 或简称作"STR"，并且将包含含氧气体喷头的那些称作"液体氧化反应器" 或"LOR"(参见，例如美国专利5,108,662和5,536,875)。这样的反应器系 统通常在需要使液相和气相组分之间紧密接触的发酵、氢化、光气化、中 和、氯化和氧化反应中使用。为了改善液相和气相组分之间的质量传递， 通常在反应容器内部包括搅拌装置。例如，K.Kar和L.Piras的在2001年 6月14日公布的WO 01/41919描述了一种包括搅拌系统的液-气相反应器 系统，所述搅拌系统包括引流管以及用于改善气相和液相组分混合的轴向 和径向叶轮的组合。类似地，2006年1月10日授予A. Gnagnetti, K. Kar 和L. Piras的US 6,984,753描述了一种用于在装备有搅拌装置的反应容器 内部使二甲基苯类氧化的液-气相反应器系统，所述搅拌装置包括具有多个 抛物线形状的叶片(例如，BakkerTurbineBT6型)的气体分配径向叶轮以及 结合有以向下泵送模式操作的轴向叶轮(例如，间隔叶片涡轮(pitch blade turbine))，在所述向下泵送模式中，含氧气体通过在轴向叶轮的尖端附近 的喷嘴喷射。在一个实施方案中，将空气喷射穿过对-二甲苯、乙酸、催化剂(即，钴和锰)以及抑制剂(溴离子)的液相反应介质。由放热氧化反应产生 的热量被溶剂和对-二甲苯的氧化所产生的水(即，"反应水")的蒸发而消 散。在反应容器中的温度通过溶剂和反应水的蒸发以及通过塔顶蒸气的冷
凝物流的再循环进行控制。在容器内的反应条件通常保持在约180-205°C， 和约14-18巴的压力。粗的对苯二甲酸通过结晶和过滤从反应产物流出物 中回收。
Lee的US 5,102,630描述了一种类似的反应器系统和氧化反应，其中 气化溶剂和反应水向上离开反应器，到达塔顶冷凝器系统，在此，至少一 部分的蒸气被冷凝并且经由导管从容器的顶部返回到反应容器中。Huber 等的US 5,099，064公开了一种类似的方法，其中将冷凝器与分离系统结合， 用于从冷凝物中分离出富含溶剂的部分，然后将冷凝物与新鲜的液体进料 物流(steam)结合，并且再引导进入到容器的下侧或底部，所述下侧或底部 位于容器内的液体水平面下面的位置。类似地，Housley等的US 6,949,673 描述了一种改进的系统，其中冷凝物可以经由流出物抛掷装置(efflux slinger)返回到反应容器的顶部空间，和/或经由分开的进料管线或通过与现 有的进料物流混合而返回到在低于容器内液体水平面的位置处的液相反 应介质中。
很多液相-气相化学反应产生固相反应产物。例如，在乙酸内的对-二 甲苯的催化氧化可以产生对苯二甲酸晶体。在工业规模反应器系统中，大 部分的对苯二甲酸晶体保持悬浮在液相内。然而，晶体可以累积在反应容 器的壁上("壁结垢")并且可以与其它固体碎片一起被夹带在上升蒸气中， 这样可能导致冷凝器进口的堵塞("冷凝器堵塞")。这些问题中的很多都在 2004年11月25日公布的美国2004/0234435中有描述。
使用抛掷装置将冷凝物分配返回到反应容器可以同时降低壁结垢和冷 凝器堵塞；然而，常规抛掷装置设计只是提供了普通的改进。例如，在这 些应用中使用的常规抛掷装置包括旋转的扁平圆盘，所述旋转的扁平圆盘 具有许多垂直凸起的直叶片，所述叶片从所述盘的中心毂(centerhub)到其 外周边径向向外延伸。抛掷装置位于容器的上面"顶部空间"部分。冷凝物 经由位于被旋转的抛掷装置上方的导管返回到容器。冷凝物进料到抛掷装 置，冷凝物在此随后被"抛掷"或径向向外分配到容器周围。这种抛掷装置的一个缺点在于大部分的冷凝物只是被分配在容器的有限横截面上，真 正到达反应器壁的实冷凝物很少。第二缺点在于液体趋向于以大液滴形 式分配而不是以细小液滴分配。因此，这些系统体验到了壁结垢、冷凝器 堵塞和冷凝物与液相反应介质的不良混合。而且，本发明人发现，上述的 抛掷装置在消散放热反应所产生的热量上的效果比将冷凝物经由位于液 体水平面下方的液体进口(例如，与进来的新鲜液体反应介质)返回到容器 的效果差。例如，在芳族烷基化合物的放热氧化的情况下，由反应产生的 大量热量被汇聚在液体反应介质的中间部分。这些"热点"可能导致不适宜 的反应、溶剂的消耗和增加的蒸气产生，所有这些都导致更高的工作成本 和更低的效率。本发明人的其它研究也证实，相比于使冷凝物经由在容器 的液体水平面下面的位置上的液体进料管线-比如用于引入新鲜液体反应 介质的进料管线而返回，这种抛掷装置的使用对冷凝物与液相反应介质的 混合方面提供的效果更差。
上述的抛掷装置与用于液-气相反应器系统的液体的分配相关。抛掷装 置也用于不类似的领域，比如涉及将沙和其它固体混合的那些领域，参见
例如美国专利4,453,829和4,808,004。
发明简述
本发明的一个实施方案是一种包括反应容器、液体进口和抛掷装置的 液-气相反应器系统。所述抛掷装置包括容纳有许多垂直上升叶片的上水平 表面，所述垂直上升叶片沿着曲线路径向外径向延伸，所述抛掷装置将液 体(例如，新鲜进料、冷凝物等)有效地分配到反应容器。在又一个实施方 案中，本发明是一种用于在液-气相反应器系统内氧化有机反应物的方法。 还公开了其它实施方案。本发明在进行涉及气相和液相的反应例如宾酵、
氢化、光气化、中和以及氯化中找到了广泛应用的同时；本发明还在芳族
烷基化合物比如对-二甲苯的氧化中找到了特殊的使用。 附图简述
图1是液-气反应器系统的一个实施方案的示意图。
图2是本发明抛掷装置的一个实施方案的透视图。图3是本发明抛掷装置的另一个实施方案的透视图。 发明详述
本发明包括液-气相反应器系统和用于在液-气相反应器系统内氧化有 机反应物的方法。反应器系统包括反应容器，在本文中也简称作"容器"或 "反应器"。容器本身对于本发明并不是特别关键的，并且可以包括很多沸 腾型反应器构造。对于大多数的反应系统，化学工艺的属性将规定容器和 辅助设备的构造和建造材料。例如，不锈钢或钛材料通常在高腐蚀性化学 工艺的情况下使用，而碳-质钢可以应用于非腐蚀性环境。对于大多数应用， 容器包括圆形横截面，比如具有相应于顶部空间区域的上部和相应于容器 内的液相反应介质的液体水平面的下部的垂直定向圆柱体。
为了有助于本发明的若干实施方案的进一步描述，现在参考图1，图1 是以10整体显示的液-气相反应器系统的简化示意图。系统IO包括容器 11，所述容器11具有垂直定向的圆柱体构造，该垂直定向的圆柱体构造
具有内径"T"、上部12和下部14。容器11显示包括液相反应介质16， 该液相反应介质16典型地含有溶剂、 一种或多种反应物和可能的催化剂 以及其它组分。液相反应介质16可以包括悬浮固体、分散体和随同溶解 气体的不混溶液体的组合。对于图1来说，上液体水平面18将容器分为 上部12和下部14。
尽管对于本发明的所有实施方案并不一定是必需的，但是图1的反应 器系统包括包含驱动轴20的搅拌装置，所述驱动轴20沿着容器11的 轴从上部12延伸至下部14。该轴优选是垂直定位的，并且位于在容器内 部的中心位置。驱动轴20可以由位于容器11外部的常规电动机22供给 能量。驱动轴20典型地是具有圆形横截面的圆柱体，但是也可以使用其 它构造，例如多边形、椭圆形等。搅拌装置包括上一个或多个叶轮24和 一个或多个下叶轮26，所述上叶轮24和下叶轮26被固定到在容器11的 下部14中的驱动轴20。尽管显示的是两个叶轮，但是通常使用一个、两 个或更多个叶轮，并且本发明可应用一个、两个或更多个叶轮。尽管只是 一般显示，但是在本领域中通常使用各种特定类型的叶轮，并且这些叶轮 都可应用于本发明的各个实施方案中。例如，US 6,984,753描述了一种搅
8拌装置，该搅拌装置包括不对称径向叶轮和轴向叶轮的组合，例如上面的
间隔叶片叶轮(pitched blade impeller)和下面的包括多个从盘径向延伸的抛 物线形状刀片的径向叶轮的组合，所述盘具有的每一个叶片的上部弧形都 比其底部弧形长。这种类型的搅拌装置以向下泵送方式操作，其可应用于 本发明的若干实施方案，并且通过引用结合在此。如参考图2的更详细描 述，反应系统10进一步包括直径"D"的抛掷装置28，所述抛掷装置28 被固定到容器11的上部12中的驱动轴20。因此，单个驱动轴20可以 同时使抛掷装置28和混合叶轮24/26工作。
容器ll.包括与冷凝器32流体连通的蒸气出口 30，所述冷凝器32 又经由第一液体进口 34和第二液体进口 36与容器11流体连通。冷凝器32 典型地位于容器11的外部。第二液体进口 36被显示为与新鲜液体反应介 质进口 38在连接阀"V"处流体连通，之后在液体水平面18下面的位置进 入到容器ll。尽管所显示的是包括两个液体进口 34/36，但是本发明的一 些实施方案只需要来自冷凝器32 (或其它液体来源比如新鲜液体进料)的 第一液体进口 34。其它实施方案具有其它进口，包括其中冷凝物经由在 容器11的液体水平面下面位置的液体进口返回到容器的构造，所述的冷 凝物与新鲜液体反应介质的进料结合或不结合。蒸气出口 30、第一液体 进口 34和第二液体进口 36、新鲜液体反应介质38、连接管道系统和压 力阔(只是示意性显示)和冷凝器32可以从本领域中常规使用的在被应用 于具体化学工艺时的那些中选择。尽管没有显示，但是冷凝器可以通过与
其它单元操作装置组合或结合，所述的单元操作装置包括溶剂气提器、蒸 馏装置和/或其它常规分离装置，以冷凝和分离蒸气组分。在一个实施方案 中，富溶剂相返回到容器中，而贫溶剂相被送往废物处理。废物处理可以 包括其它单元操作，包括催化剂回收。不可凝组分可以被排出和/或送往其 它单元操作装置，比如涤气器、焚化器和气体膨胀机。
反应器系统可以包括冷凝物控制装置39，用于控制冷凝物到容器的流 动。这样的流体控制装置是在本领域中熟知的，并且可以包括能够手动控 制或任选连接到控制机构的阀，所述控制机构比如计算机，用于基于工作 条件比如内部工作温度、进料速度、壁结垢等调节流动量和流动方向。更 具体地，基于在液相反应介质16中测量出的容器的内部温度，冷凝物可以通过冷凝物控制装置39在液体进口 34和36之间分配。S卩，可以将更 高百分比的返回到容器的冷凝物("返回的冷凝物")引导到第二液体进口 36，以消散更多的内部热量；或如果检测到壁结构或冷凝物堵塞，则可以 经由第一液体进口 34引导到容器。在一个实施方案中，冷凝物控制装置 39包括遍布反应器系统10布置并且连接到计算机(未显示)的内部传感器， 所述计算机通过阀(未显示)控制来自冷凝器32的冷凝物的流动。
气体进口 40将气体分配到容器11内部的所需位置。尽管不是在本发 明的所有实施方案中都需要的，但是气体进口 40通常在氧化反应中使用， 并且典型地将含氧气体例如氧、空气、富氧空气等传递到下叶轮26附近 的一个或多个位置。可应用各种构造，包括用于将气体引导在容器11内 部的多个位置的多个气体进口 40。气体喷头40典型地包括远程气体容纳 罐和泵(未显示)以及到容器的进口和排放喷嘴或"喷头"(未显示)。
产物出口41典型地位于容器11的下部14，用于从容器移出反应产物 流出物。这样的反应产物流出物通常包括浆液、分散体或乳液形式的具有 一些固相含量的液体。
图2显示了本发明抛掷装置28的一个实施方案的透视图。抛掷装置 28通常包括盘状结构。尽管显示是圆形的，但是抛掷装置可以表现为其它 形状，例如椭圆形、矩形等，在本文下面提及时，术语"径向"应当理解为 是指从中心附近的点延伸到外部周边。提及抛掷装置28或上水平表面46 时使用的术语"中心"应当理解为包括围绕旋转轴的区域，该中心可以不同 于几何中心。抛掷装置28包括围绕垂直轴"A"同中心布置的中心开口 42， 驱动轴20穿过所述中心开口 42。毂44或类似装置可以被用于将抛掷装 置28固定到驱动轴20。尽管所示为圆形，但是中心开口 42可以具有备 选的形状，例如椭圆形、矩形等，但是优选相应于驱动轴20的横截面形 状。抛掷装置28包括上水平表面46。尽管所显示的是扁平和平滑的，但 是该表面可以包括脊、沟道或其它构造。尽管毂44显示位于上水平表面46 的表面上，但是毂44可以位于包括上水平表面46下面的备选位置。许多 垂直凸起叶片48或"浆叶"从上水平表面46的中心沿着曲线路径径向向 外延伸。如图2中的大箭头所规定的，每一个叶片的曲线路径优选限定相 对于旋转方向(围绕垂直轴"A")的凸弧形。叶片48优选为与水平表面46
10垂直定向的薄壁结构，并且具有均匀的高度"H"和均匀的曲率。然而，叶 片48可以沿着其长度具有不同的高度，并且在叶片之间的高度可以变化，
可以相对于上水平表面46倾斜或另外以非垂直方式定向，并且曲率可以 沿着其长度变化和/或在各个叶片之间变化。叶片48沿着曲线路径从与上 水平表面46的中心相邻设置的第一末端50向外径向延伸到与上水平表 面46的外周边相邻设置的第二末端52。尽管叶片48的第一末端50可以 直接从中心开口 42或毂44延伸，但是第一末端50优选与中心开口 42 或毂44分隔，并且限定围绕上水平表面46的中心同中心地设置的液体接 收区域54的外周边。应当注意，叶片48的第一末端50的边缘可以垂直 于水平表面46，但是不是必须如此。第一液体进口 34优选直接位于液体 接收区域54上方，使得被引入到容器11的冷凝物或其它液体被进料到抛 掷装置28的液体接收区域54上。应当理解，可以使用多个液体进口将 液体分配在液体接收区域54周围的位置上。尽管所显示的是平滑表面， 但是上水平表面46的与于液体接收区域54相应的部分可以包括同中心 沟道或类似构造以促进液体分布。液体接收区域54促进了在上水平表面 46上并且尤其是在各个叶片48之间的液体的分配。
图3示出了抛掷装置28的一个备选方案。图3的实施方案与图2的 实施方案共享了许多共有的特征，并且为了简便目的，使用相同的附图标 记指定类似的结构元件。与图2相反，图3的实施方案中，液体进口 34 在靠近其末端是弯曲的，使得液体被引向驱动轴20。此外，毂(未显示) 位于上水平表面46的下面。与对图2的实施方案的进一步区别中，图3 的实施方案包括杯状元件56，该杯状元件56包括从与上水平表面46相 邻的位置向上延伸的垂直壁，并且围绕抛掷装置的中心同中心地布置。杯 状元件56包括用于接收来自液体进口 34的液体的开口上部和至少一个 与所述上水平表面46相邻布置的开口 58，所述开口 58用于将液体分配 在抛掷装置28的上水平表面46周围。杯状元件提供了围绕着液体接收 区域54的局部挡板或封闭件。杯状元件56可以被固定(例如，焊接)到叶 片48的第一末端50。尽管杯状元件56具有与叶片48基本上相同的高度， 但是在所示的实施方案中，杯状元件并不是自始至终向下延伸到上水平表 面46，因而产生了与上水平表面46相邻的开口 58。因此，引入到杯状元件56中的液体被收集在液体接收区域中，并且经由开口 58以相对均匀 的方式向外分配在上水平表面46的周围。在未显示的备选实施方案中， 杯状元件可以具有与叶片不同的高度，和/或可以向下延伸到与上水平表面 46接触-在此情况下，开口 58可以包括通过杯状元件的垂直壁的一个或多 个狭缝、孔或其它孔穴以允许液体径向向外传递到上水平表面46周围。
与在液-气相反应器系统中使用的常规抛掷装置相比，本发明的液体接 收区域54将更多的液体分配在抛掷装置28的大部分上水平表面46周 围，并且导致液体在各个叶片48之间更均匀地分配。操作时，抛掷装置28 的弯曲叶片48对在容器11的整个横截面周围的液体分布提供了改进，因 而减小了壁结垢。而且，弯曲叶片48提供了更均匀的液滴分配，它改善 了 i)与容器中的液相反应介质的混合，ii)与夹带在容器ll的上部中的蒸 气的固体聚集，以及iii)与蒸气的热量和质量传递。由于本发明的抛掷装 置在将液体分配在容器的横截面区域周围上更有效率，所以处理壁结垢和 /或冷凝物堵塞所需要的总液体少。因此，在本发明的一些实施方案中，可 以将引入到容器的液体中的显著部分引向位于容器的液体水平面下面的 一个或多个液体进口 。本发明的这个方面特别有益于被总称为"液体反应 介质"的芳族垸基物比如二甲苯(包括但不限于对-二甲苯、间-二甲苯、邻-二甲苯和它们的每一种组合)以及溶剂比如含水酸例如乙酸的氧化。在这些 反应的情况下，氧的分子源(例如，含氧气体、氧过氧化物(oxygenperoxide) 等)被引入到在反应容器内部的液体反应介质中。所发生的反应是放热的， 并且所产生的热使反应水和被收集在容器的液体反应介质的水平面上方 的上部中的溶剂蒸发。蒸气被冷凝并且通过至少两条途径-位于容器的上部 中的抛掷装置以及位于容器的液体反应介质的水平面下面的下部中的液 体进口返回到液体反应介质。这些放热反应趋向于在液体反应介质内部显 现"热点"或温度更高的局部区域。当装备了包括弯曲叶片的本发明抛掷装 置时，少于50%并且更优选少于30%的返回到容器的冷凝物需要经由抛掷 装置返回，以有效地减轻壁结垢和/或冷凝物堵塞。因此，多于50%并且 更优选多于70%的返回冷凝物可以通过位于容器下部的液体进口被引入 到液体反应介质内。如前面所述，经由位于容器下部的液体进口的冷凝物 的引入对于减少液体反应介质内部的"热点"更有效。因此，在没有明显的壁结垢或冷凝物堵塞的情况下，通过使这些反应参数比如温度、质量梯度 和传质系数因变量的最优化，反应系统可以更紧密地接近恒定化学势条件
(chemical potential condition)。在这些最优化反应条件下的操作减少了不适 宜的反应以及溶剂的消耗，同时降低了保持理想操作温度所必需的蒸发总
本发明的反应器系统已经参考图中所示的优选实施方案进行了主要的 描述；然而，本领域的技术人员应当理解还可应用多种不同构造，并且这 些不同构造都落入在本发明的范围内。例如，在US 6,984,753中描述的总 系统构造对于芳族垸基化合物的氧化是特别优选的，并且通过引用结合在 此；然而，也可以使用不同类型的搅拌叶轮、泵送方式(即，与向下相对的 向上泵送流动)、气体喷头、引流管等。而且，本发明的一些实施方案并不 包括某些辅助设备，比如搅拌装置，在此情况下，为了使抛掷装置旋转， 驱动轴将优选只是延伸到容器上部。而且，驱动轴可以不穿过抛掷装置的 中心开口，但是可以经由备选装置固定，例如对焊(butt-welded)到抛掷装 置的上水平表面。作为另外的实例，第一液体进口 34可以被用于引入新 鲜液体反应介质而不是冷凝物。即，在本发明的一个实施方案中，冷凝器 回路(30、 32、 36)并不是本发明的必要方面。在另一个实施方案中，在没 有经由第二液体进口 36的返回部分的情况下，所有的冷凝物都通过抛掷 装置返回到容器ll。在本发明的再一个实施方案中，比如在利用液相氧过 氧化物作为分子氧的来源的氧化反应的情况下，不包括气体进口 40-在此 情况下，氧过氧化物可以经由液体进口引入。
具体液-气相反应器系统的构造将取决于具体的化学工艺和操作规模。 然而， 一般地，抛掷装置典型地具有2至16个叶片，但是优选具有6、 7、 8、 9或10个叶片，它们在抛掷装置的上水平表面周围均匀分隔。抛掷装 置优选是具有直径"D"的圆形，并且容器优选是基本上具有内径"T"的圆柱 体，其中D/T为约0.05至0.7，更优选约0.1至0.5。叶片优选共享均匀的 垂直高度"H"，该垂直高度"H"是从抛掷装置的上水平表面起垂直测量出 的，其中H/D为约0.01至1。每一个叶片都优选沿着具有曲率半径"R"和 弧长"L"的基本上恒定曲率的曲线路径延伸，其中关系R/D为约0.01至 1000，并且L/D为约0.01至3.14。在一个优选实施方案中，R/D、 L/D和H/D彼此相同或不同，但是独立地选自约0.1至1，并且更优选独立地介
于约0.1至0.5之间。
本发明的抛掷装置可以由常规材料例如钢、钛、塑料等、使用常规制 备方法例如浇铸、焊接等制备。如前面指出，构造的具体材料将由化学工 艺的属性规定，例如腐蚀性环境典型地需要使用钛或不锈钢，而非腐蚀性 环境提供了使用较不昂贵材料比如碳质钢.的机会。取决于容器的尺寸和构 造，抛掷装置可以被构造成若干节段，其中各个节段都被组合在容器内， 比如通过将多个节段螺栓连接或焊接在一起。优选地，在容器内部装配各 种圆盘式节段之前，比如通过焊接、螺栓连接或使用粘合剂等，将叶片固 定到抛掷装置的上水平表面。在很多工业规模的系统中，将由钢制造抛掷 装置，其具有被焊接到抛掷装置的上水平表面的叶片，并且将抛掷装置的 各种盘式节段一起螺栓连接在容器内。通过使用螺栓和在常规毂内部的相 应接收孔，将抛掷装置固定到容器内的驱动轴上。
本发明的液-气相反应器系统有利于用于进行宽范围的在相同容器内 涉及液相和气相组分的化学工艺。例如，本发明的反应器系统可以被用于 发酵、氢化、光气化、中和、氯化和氧化反应，尤其是芳族烷基化合物的 氧化。
在容器中存在的气相可以从外部来源比如通过气体喷头添加，可以作 为反应的直接产物产生，和/或可以由反应热使液相反应介质部分气化而产 生。类似地，在容器中存在的液相可以从外部来源比如通过液体进口添加， 可以通过冷凝原位产生，和/或作为反应的结果而产生，比如从对-二甲苯 的氧化产生反应水。用于特定反应的反应物可以以液相、气相或组合形式 引入。液相典型地包括含有溶剂、 一种或多种反应物、催化剂、引发剂等 的反应介质。
作为实例，本发明的反应器系统特别良好地适合于芳族烷基化合物的 氧化。术语"芳族垸基化合物"意指被一个或多个各自含有1至4个碳原子 的垸基例如甲基、乙基、丙基、异丙基和丁基取代的芳族环。具体实例包
括但不限于甲苯、对-二甲苯、间-二甲苯、邻-二甲苯和三甲基苯；然而， 对-二甲苯是优选的芳族垸基化合物。
氧化优选通过添加分子氧完成。这典型地通过借助于气体喷头将含氧
14气体引入到容器内的液体反应介质中而完成。尽管可以使用纯氧或高氧含 量的空气，但是优选空气。其它可应用路线包括通过液体进口将液相氧过 氧化物添加到容器内的液体反应介质中。本领域的技术人员应当意识到， 在本发明的上下文中也可以使用分子氧的其它来源。
优选的氧化产物包括芳族羧酸，比如苯甲酸、邻-苯二甲酸、间-苯 二甲酸、对苯二甲酸(例如，1,4-苯二甲酸)、苯三甲酸、偏苯三酸(1,2，4-
苯三甲酸)、2，6-萘二甲酸。
芳族垸基化合物的氧化典型地在纯的或含水酸溶剂比如苯甲酸或
C2-C6脂肪酸比如乙酸、丙酸、正丁酸、正戊酸、三甲基乙酸、己酸和它
们的混合物中进行。优选的酸溶剂是含水乙酸。
芳族垸基化合物的氧化反应可以通过使用催化剂来促进。例如，对-二甲苯的氧化通常通过可溶解于所选择溶剂中的钴和锰化合物或配合物
的混合物进行催化。还使用溴离子作为引发剂。通常的溴化物源包括四
溴乙垸、HBr、 MeBr(其中"Me"是选自碱金属族(alkaline group of metals)的 金属和/或Co禾口/或Mn中的金属)和NH4Br。
对-二甲苯的氧化优选含水乙酸中，与空气在约180至205。C的温度、 约14至18巴下进行。
本发明己经相对于很多实施方案进行了描述。然而，本领域的技术人 员应当理解，在不背离如后附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况 下，可以进行改变和变化。
权利要求
1.一种液-气相反应器系统，所述液-气相反应器系统包括反应容器，所述反应容器包括上部和下部；第一液体进口，所述第一液体进口位于所述容器的所述上部；驱动轴，所述驱动轴延伸穿过所述容器的所述上部的至少一部分；抛掷装置，所述抛掷装置被固定到所述驱动轴并且位于所述第一液体进口下面的所述容器的所述上部，其中所述抛掷装置包括上水平表面，所述上水平表面容纳有许多沿着曲线路径径向向外延伸的垂直凸起叶片。
2. 根据任一前述权利要求所述的反应器系统，其中所述抛掷装置包括 设置在所述上水平表面的中心周围的液体接收区域，以及其中所述叶片沿 着曲线路径从与所述液体接收区域的外周边相邻设置的第一末端径向向 外延伸至与所述抛掷装置的外周边相邻设置的第二末端。
3. 根据任一前述权利要求所述的反应器系统，其中所述第一液体进口 位于所述液体接收区域的上方，使得离开所述第一液体进口的液体被引入 到所述液体接收区域。
4. 根据任一前述权利要求所述的反应器系统，其中所述抛掷装置包括 杯状元件，所述杯状元件包含围绕所述上水平表面的中心同心设置的垂直 壁并且包围所述液体接收区域的至少一部分，其中所述杯状元件包括至少 一个与所述上水平表面相邻设置的开口。
5. 根据任一前述权利要求所述的反应器系统，其中所述抛掷装置包括 中心开口 ，其中所述驱动轴延伸到所述中心开口内。
6. 根据任一前述权利要求所述的反应器系统，其中所述抛掷装置的所 述上水平表面基本上是具有直径(D)的圆形，所述叶片各自沿着具有曲率 半径(R)和弧长(L)的基本上恒定曲率的曲线路径延伸，其中关系R/D为约 0.01至1000，而L/D为约0.01至3.14。
7. 根据任一前述权利要求所述的反应器系统，其中关系R/D和L/D 可以彼此相同或不同，并且各自为约0.1至1。
8. 根据任一前述权利要求所述的反应器系统，其中所述反应容器基本 上是具有内径(T)的圆柱体，所述抛掷装置的所述上水平表面基本上是具有直径(D)的圆形，并且其中关系D/T为约0.05至0.7。
9. 根据任一前述权利要求所述的反应器系统，其中所述抛掷装置包括 2至16个叶片，每一个所述叶片都具有距离所述上水平表面的垂直高度 (H)，并且其中关系H/D为约0.01至1。
10. 根据任一前述权利要求所述的反应器系统，还包括 第二液体进口，所述第二液体进口设置在所述反应容器的所述下部； 蒸气出口，所述蒸气出口设置在所述反应容器的所述上部； 至少一个与所述蒸气出口、所述第一液体进口和所述第二液体进口流体连通的冷凝器；和冷凝物控制装置，所述冷凝物控制装置用于控制冷凝物从所述冷凝器 通过所述第一和第二液体进口到所述反应容器的流动。
11. 一种液-气相反应器系统，所述液-气相反应器系统包括 反应容器，所述反应容器具有内径(T)的垂直定向的圆柱体内表面，以及上部和下部；第一液体进口，所述第一液体进口设置在所述容器的所述上部； 第二液体进口，所述第二液体进口设置在所述容器的所述下部； 产物出口，所述产物出口设置在所述容器的所述下部； 蒸气出口，所述蒸气出口设置在所述容器的所述上部； 至少一个与所述蒸气出口 、所述第一液体进口和所述第二液体进口流 体连通的冷凝器；冷凝物控制装置，所述冷凝物控制装置用于控制冷凝物从所述冷凝器 通过所述第一和第二液体进口到所述容器的流动，驱动轴，所述驱动轴垂直穿过所述容器的所述上部和下部延伸；至少一个混合叶轮，所述的混合叶轮被固定到所述驱动轴上并且设置 在所述容器的所述下部；抛掷装置，所述抛掷装置包括具有直径(D)的基本上圆形的上水平表 面、中心开口、围绕所述中心开口同心设置的液体接收区域、许多沿着曲 线路径径向向外延伸的垂直凸起叶片，所述垂直凸起叶片具有基本上均匀 的高度H以及具有曲率半径(R)及弧长(L)的恒定曲率，从设置在所述液体 接收区域的外周边周围的第一末端延伸至与所述抛掷装置的外周边相邻设置的第二末端；其中，所述驱动轴垂直穿过所述中心开口延伸并且被固定到在所述第 一液体进口下面的所述容器的所述上部中的所述抛掷装置上，使得离开所述第一液体进口的液体被引入到所述液体接收区域；和其中，关系R/D和L/D可以彼此相同或不同，并且各自为约O.l至1，以及其中，关系D/T和H/D可以彼此相同或不同，并且各自为约0.1至0.5 。
12. —种用于在液-气相反应器系统内氧化芳族烷基化合物的方法，所 述方法包括如下步骤提供具有上部和下部的容器；将包含芳族垸基化合物的液体反应介质引入到所述容器； 将分子氧的源引入到所述容器内的所述液体反应介质中； 将在所述液体反应介质上方形成的蒸汽的至少一部分冷凝； 将冷凝物的至少一部分返回到在所述容器内的所述液体反应介质中； 其中，通过设置在所述容器内的液体反应介质的水平面下面、在所述 容器的所述下部中的液体进口，将多于50%的返回冷凝物引入到所述液体 反应介质，并且通过位于在所述容器内的液体反应介质水平面上方、所述 反应容器的所述上部中的抛掷装置，将少于50%的所述返回冷凝物引入到 所述液体反应介质。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中通过设置在所述容器所述下部 的液体进口，将多于70%的返回冷凝物引入到所述液体反应介质，并且通 过位于在所述容器内的液体反应介质的水平面上方、所述反应容器的所述 上部中的抛掷装置，将少于30%的返回冷凝物返回。
14. 根据权利要求12和13所述的方法，其中所述通过抛掷装置将所 述冷凝物的一部分返回的步骤包括将冷凝物分配在绕着垂直轴旋转的抛 掷装置上的步骤，其中所述抛掷装置包括容纳有许多垂直凸起叶片的上水 平表面，所述垂直凸起叶片沿着曲线路径从所述垂直轴向外延伸。
15. 根据权利要求12、 13或14所述的方法，其中所述芳族烷基化合 物包括对-二甲苯，并且所述液体反应介质还包含乙酸。
全文摘要
本发明公开了一种液-气相反应器系统，所述液-气相反应器系统包括设置在反应容器的上部(顶部空间区域)中的抛掷装置。抛掷装置包括容纳有许多垂直凸起叶片的上水平表面，所述垂直凸起叶片沿着曲线路径径向向外延伸，所述曲线路径有效地将液体分配在所述反应器容器的周围。还公开了一种使用液-气相反应器系统进行氧化反应的方法。所公开的反应器系统和方法具有广泛的应用，但是特别适合于对苯二甲酸的制备。
文档编号B01F5/22GK101516490SQ200780034860
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月20日 优先权日2006年9月22日
发明者卢西亚诺·皮拉斯, 基肖尔·K·卡尔, 安德烈亚·尼亚尼亚蒂, 马尔齐奥·莫纳戈杜 申请人:陶氏环球技术公司