PX生产PTA的外置微界面机组强化氧化系统的制作方法

本发明涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统。

背景技术：

px(对二甲苯)生产ta(对苯二甲酸)的氧化反应过程非常复杂，主要包括4个步骤，即对二甲苯(px)→对甲基苯甲醛(tald)→对甲基苯甲酸(p-ta)→对羧基苯甲醛(4-cba)→对苯二甲酸(ta)，此反应过程中的4个氧化反应是串联反应，其一般以醋酸为溶剂，以醋酸钴、醋酸锰和氢溴酸(或四溴甲烷)为催化剂。

目前，现有的pta生产技术中，氧化反应过程中的4个主要步骤均在同一个反应器内进行，尽管上述4个步骤的反应速率常数相差十几倍，但是却采用混合反应工艺，没有针对不同反应给予不同条件，反应溶剂醋酸在高温高压下被大量浪费，同时不能及时地取出产品ta，因此能耗高、醋酸消耗量大、反应效率低。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统，旨在解决现有的px生产pta过程中反应溶剂醋酸在高温高压下被大量浪费，同时不能及时地取出产品ta的问题。

本发明提出了一种px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统，包括：反应器包括外壳和同心地设置在所述外壳内部的内筒，所述内筒的底端封闭的连接在所述外壳的内底面上、顶端向所述反应器顶部延伸，所述外壳内部与所述内筒外部之间的区域为第一反应区，所述内筒内部自上向下依次为第二反应区和第三反应区；

所述循环换热装置设置在所述反应器外部，并分别与所述外壳和所述内筒相连，用以调节所述反应器内部所述第一反应区、第二反应区以及第三反应区的在进行px生产pta反应过程中的反应温度；

所述微界面机组连接在所述反应器与所述循环换热装置之间，并与所述反应器的外接进料管道相连，用以在反应物料进入所述反应器内部各反应区之前在所述反应器内外部将气相物料空气破碎为直径大于等于1μm、小于1mm的微气泡、并与液相物料相混合形成乳化液。

进一步地，上述px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统中，所述循环换热装置包括：第一循环换热管路和第二循环换热管路；其中，

所述第一循环换热管路的进口端连接在所述外壳侧壁的上端、出口端通过所述微界面机组与所述外壳侧壁底端的物料进口相连，用于调节所述第一反应区的反应温度；

所述第二循环换热管路的进口端连接在所述内筒侧壁的上端、出口端通过所述微界面机组与所述内筒侧壁底端的物料进口相连，用以调节所述内筒内部的所述第二反应区和所述第三反应区在反应过程中的反应温度。

进一步地，上述px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统中，所述微界面机组包括：第一微界面发生器和第二微界面发生器；其中，

所述第一微界面发生器设置在所述第一循环换热管路与所述外壳侧壁之间，并分别与所述外接进料管道中的液相物料进料管道和气相进料管道相连，用以在气相物料空气进入所述第一反应区之前将空气破碎为所述微气泡、并与液相物料形成乳化液；

所述第二微界面发生器设置在所述第二循环换热管路与所述内筒侧壁之间，并与所述气相进料管道相连，用以在气相物料空气进入所述第二反应区之前将空气破碎为所述微气泡、并与液相物料形成乳化液。

进一步地，上述px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统中，所述第一反应区为进行对二甲苯转化为对甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸的反应区，所述第二反应区为所述对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛的反应区，所述第三反应区为所述对羧基苯甲醛转化为对苯二甲酸的反应区。

进一步地，上述px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统中，所述反应器底部设置有气相进口和出料口；其中，

所述气相进口与所述外接气相进料管道相连，用以为所述第三反应区提供反应所需的气相物料空气；

所述出料口用于取出所述第三反应区中含有反应产物对苯二甲酸的混合物料。

进一步地，上述px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统中，所述内筒的高度为所述外壳高度的4/5。

进一步地，上述px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统中，所述第一反应区的体积占所述反应器内总反应体积的45％。

进一步地，上述px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统中，所述第二反应区的体积占所述反应器内总反应体积的53.5％。

进一步地，上述px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统中，所述第三反应区的体积占所述反应器内总反应体积的1.5％。

进一步地，上述px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统中，所述第一微界面发生器和所述第二微界面发生器均为气动式微界面发生器。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统，考虑到px生产pta的四步反应的速率差异，采用分段式的反应理念，将反应器内部设置为三个不同的反应区，各反应区不同的反应步骤，实现了在同一反应器内针对不同反应阶段给予不同条件，尤其是解决了醋酸溶剂不能承受高温氧化条件的矛盾，并且利用水作为p-ta氧化反应的溶剂，有效地解决了现有的px生产pta过程中反应溶剂醋酸在高温高压下被大量浪费，同时不能及时地取出产品ta的问题，进而大大地降低了能耗、节省了醋酸溶剂、提升了反应效率。

尤其是，本发明的px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统，通过在反应器内部的各个反应区内设置微界面发生器，在各反应区内部对空气进行破碎，使其破碎为直径大于等于1μm、小于1mm的微气泡，与液相物料形成乳化液，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，进而有效地降低了能耗、提升了反应效率。

进一步的，本发明的px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统，通过设置循环换热装置，在反应进行的过程中有效控制了反应过程中的温度，同时确保了反应器内部各反应物料之间混合的均匀度，确保了各反应物能够充分的参与反应，进而极大地提升了反应物的利用率，同时防止了因局部温度不均引发副反应的发生，在一定程度上提升了产物的质量。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统的结构示意图。

图中：10为外壳、11为内筒、12为第一反应区、13为第二反应区、14为第三反应区、15为防浪格栅、16为除沫网、20第一循环换热管路、21第二循环换热管路、30第一微界面发生器、31第二微界面发生器、121为换热器、122为压力泵。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参阅图1所示，为本发明实施例的px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统，其包括：反应器、循环换热装置以及微界面机组；其中，

反应器包括：外壳10和设置在所述外壳10内部的内筒11；其中，所述内筒11的底端连接在所述外壳10的内底面上、顶端开放；所述外壳10与所述内筒11之间的区域为第一反应区12，所述第一反应区12为进行对二甲苯转化为对甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸(即px生产pta的前两步氧化反应)的反应区，所述内筒11内部自上向下依次为第二反应区13和第三反应区14，所述第二反应区13为所述对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛(即px生产pta的第三步氧化反应)的反应区，所述第三反应区14为所述对羧基苯甲醛转化为对苯二甲酸(即px生产pta的第四步氧化反应)的反应区。此外，所述外壳10顶端部还开设有尾气通道，底部设置有气相进口和出料口，其中，所述气相进口与所述外接气相进料管道相连，用以为所述第三反应区提供反应所需的气相物料空气；所述出料口用于取出所述第三反应区中含有反应产物对苯二甲酸的混合物料。可以理解的是，本发明中考虑到px生产pta的四步反应的速率差异，采用分段式的反应理念，将反应器内部设置为第一反应区、第二反应区以及第三反应区三个不同的反应区，各反应区内进行不同的反应步骤，有效地实现了在同一反应器内针对不同反应阶段给予不同条件的目的，尤其是解决了醋酸溶剂不能承受高温氧化条件的矛盾，并且利用水作为p-ta氧化反应的溶剂，有效地解决了现有的px生产pta过程中反应溶剂醋酸在高温高压下被大量浪费，同时不能及时地取出产品ta的问题，进而大大地降低了能耗、节省了醋酸溶剂、提升了反应效率。

本实施例中，反应器包括：外壳10和同心设置在所述外壳10内部的内筒11；其中，所述内筒11的底端封闭的连接在所述外壳10的内底面上、顶端开放并沿反应器的轴向方向向上延伸至所述外壳10高度的4/5处，所述外壳10与所述内筒11之间的环形区域为进行px生产pta的前两步氧化反应的第一反应区12，所述第一反应区的体积占所述反应器内总反应体积的45％，该区域上端设置有防浪格栅15；所述内筒11内部自上向下依次为进行px生产pta的第三步氧化反应的第二反应区13和进行px生产pta的第四步氧化反应的第三反应区14，所述第二反应区的体积占所述反应器内总反应体积的53.5％，所述第三反应区的体积占所述反应器内总反应体积的1.5％，两区域之间设置有防浪格栅15。所述外壳10上部还设置有除沫网16，顶部还开设有尾气通道，底部设置有气相进口和出料口，其中，所述气相进口与所述外接气相进料管道相连，用以为所述第三反应区提供反应所需的气相物料空气；所述出料口用于取出所述第三反应区中含有反应产物对苯二甲酸的混合物料。可以理解的是，本实施例中考虑到px生产pta的四步反应的速率差异，采用分段式的反应理念，将反应器内部设置为三个不同的反应区，各反应区不同的反应步骤，实现了在同一反应器内针对不同反应阶段给予不同条件，尤其根据不同反应阶段的反应难度或反映时间确定了各反应区的反应体积，有效地确保了px生产pta过程中的各部反应均能够得到充分的进行，进而在解决了醋酸溶剂不能承受高温氧化条件的矛盾的同时极大地提升了各个反应区的反应效率，最终有效地提升了产物的产出率。

循环换热装置包括：第一循环换热管路20和第二循环换热管路21；其中，所述第一循环换热管路20连接在所述外壳10外侧、并串联有所述微界面机组，用于调节所述第一反应区12中进行px生产pta的前两步氧化反应(即对二甲苯转化为对甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸)的反应温度；所述第二循环换热管路21设置在所述外壳10外侧并穿过所述外壳10与所述内筒11相连，并串联有所述微界面机组，用以调节所述内筒11内部的所述第二反应区13和所述第三反应区14在px生产pta的后两步氧化反应(即对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛、对羧基苯甲醛转化为对苯二甲酸)过程中的反应温度。可以理解的是，本发明中通过设置循环换热装置，在反应进行的过程中对反应器内部的反应物料不断打循环，有效地控制了反应过程中的反应温度，解决了溶剂醋酸因不耐高温高压而被大量浪费的问题，同时确保了反应器内部各反应物料之间混合的均匀度，有效地保证了各反应物能够充分的参与反应，进而极大地提升了反应物的利用率，同时防止了因局部温度不均引发副反应的发生，在一定程度上提升了产物的质量。

本实施例中，循环换热装置包括：第一循环换热管路20和第二循环换热管路21；其中，所述第一循环换热管路20的进口端连接在所述外壳侧壁的上端、出口端通过所述微界面机组与所述外壳10侧壁底端的物料进口相连，用于调节所述第一反应区12中进行px生产pta的前两步氧化反应的反应温度；所述第二循环换热管路21的进口端连接在所述内筒11侧壁的上端、出口端通过所述微界面机组与所述内筒11侧壁底端的物料进口相连，用以调节所述内筒11内部的所述第二反应区13和所述第三反应区14在px生产pta的后两步氧化反应过程中的反应温度。第一循环换热管路20和第二循环换热管路21均由换热器121和压力泵122通过管道连接而成。可以理解的是，本实施例中通过设置第一循环换热管路20和第二循环换热管路21，在反应进行的过程中同时分别对反应器内部各反应区的反应物料进行不断地打循环，有效地控制了反应过程中各反应区内的反应温度，有效地解决了部分反应区内溶剂醋酸因不耐高温高压而被大量浪费的问题，同时确保了反应器内部各反应区内反应物料之间混合的均匀度，有效地保证了各反应区内的反应物能够充分的参与反应，进而极大地提升了各反应区内反应物的利用率，同时防止了各反应区内因反应过程中局部温度不均引发副反应的发生，极大地提升了产物的品质。

微界面机组包括：第一微界面发生器30和第二微界面发生器31；其中，所述第一微界面发生器30串联在所述第一循环换热管路20中，并分别与所述外接进料管道相连，用以在气相物料空气进入所述第一反应区12之前将空气破碎为直径大于等于1μm、小于1mm的微气泡，并与液相物料形成乳化液，进入所述第一反应区进行px生产pta前两步反应，即对二甲苯转化为对甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，提升了反应效率；所述第二微界面发生器31串联在所述第二循环换热管路21中，并与所述进料管道相连，用以在气相物料空气进入所述第二反应区13之前将空气破碎为直径大于等于1μm、小于1mm的微气泡，并与液相物料形成乳化液，进入所述第二反应区进行px生产pta的第三步反应，即对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，提升了反应效率。关于微界面发生器的具体构造在本发明人在先专利中体现，如公开号106215730a的专利，微界面发生器其核心在于气泡破碎，此不再赘述。关于微界面发生器的反应机理及控制方法，在本发明人在先专利cn107563051b中已经公开，此不再赘述。可以理解的是，本发明中通过在反应器内部的各个反应区内设置微界面发生器，在各反应区内部对空气进行破碎，使其破碎为直径大于等于1μm、小于1mm的微气泡，与液相物料形成乳化液，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，进而有效地降低了能耗、提升了反应效率。

本实施例中，微界面机组包括：第一微界面发生器30和第二微界面发生器31；其中，所述第一微界面发生器30设置在所述第一循环换热管路20与所述外壳10侧壁之间，并分别与所述外接进料管道中的液相物料进料管道40和气相进料管道41相连，用以在气相物料空气进入所述第一反应区12之前在所述反应器外部将空气破碎为直径大于等于1μm、小于1mm的微气泡，并与液相物料形成乳化液，进入所述第一反应区进行px生产pta前两步反应，即对二甲苯转化为对甲基苯甲醛、对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，提升了反应效率；所述第二微界面发生器31设置在所述第二循环换热管路21与所述内筒侧壁之间，并与所述气相进料管道41相连，用以在气相物料空气进入所述第二反应区13之前将空气破碎为直径大于等于1μm、小于1mm的微气泡，并与液相物料形成乳化液，进入所述第二反应区进行px生产pta的第三步反应，即对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，提升了反应效率。可以理解的是，实施例中通过在反应器内部的各个反应区内设置微界面发生器，在各反应区内部对空气进行破碎，使其破碎为直径大于等于1μm、小于1mm的微气泡，与液相物料形成乳化液，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，进而有效地降低了能耗、提升了反应效率。

请结合图1所示，本实施例px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统的工作过程为：

反应物(px、溶剂、催化剂等)和空气进入反应器外侧的第一微界面发生器30中，其中空气被破碎直径大于等于1μm、小于1mm的微气泡与液相物料混合形成乳化液后进入到反应器的外壳10与内筒11间的第一反应区12内部(此区域体积占反应器内总反应体积的45％，如此设置的出发点是，px生产pta的前两步反应所用时间约为所有四步反应总时间的45％)，在该区域中发生前两步反应，即对二甲苯转化为对甲基苯甲醛，对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸，该区域通过第一循环换热管路20进行温控，循环物流在第一微界面发生器30中与空气和反应原料混合后重新回到第一反应区12。随着反应的进行，第一反应区12内的液位逐渐升高，溢过反应器内筒11，进入第二反应区13中，在该区域发生第三步反应(此区域体积占反应器内总反应体积的53.5％)，即对甲基苯甲酸转化为对羧基苯甲醛，该区域内的物料通过第二进行循环换热管路21加热，循环物流通过第二微界面发生器31与空气充分混合后回到第二反应区13中。之后，第二反应区13中的产物穿过防浪格栅15进入到第三反应区14中(此区域体积占反应器内总反应体积的1.5％)，形成平推流，进行第四步反应，即对羧基苯甲醛转化为对苯二甲酸。空气通过反应器下端的气相进口进入到第三反应区14内参与氧化反应。反应产物从反应器下端出了口排出，进入后处理分离单元。反应器内的废气穿过反应器上端的除沫器16后从反应器上方尾气通道排出，进入废气后处理工段。

显然可以得出的是，本发明提供的px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统，考虑到px生产pta的四步反应的速率差异，采用分段式的反应理念，将反应器内部设置为三个不同的反应区，各反应区不同的反应步骤，实现了在同一反应器内针对不同反应阶段给予不同条件，尤其是解决了醋酸溶剂不能承受高温氧化条件的矛盾，并且利用水作为p-ta氧化反应的溶剂，有效地解决了现有的px生产pta过程中反应溶剂醋酸在高温高压下被大量浪费，同时不能及时地取出产品ta的问题，进而大大地降低了能耗、节省了醋酸溶剂、提升了反应效率。

尤其是，本发明的px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统，通过在反应器内部的各个反应区内设置微界面发生器，在各反应器内部对空气进行破碎，使其破碎为直径大于等于1μm、小于1mm的微气泡，与液相物料形成乳化液，有效地增大了空气与液相物料之间的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，进而有效地降低了能耗、提升了反应效率。

进一步的，本发明的px生产pta的外置微界面机组强化氧化系统，通过设置循环换热装置，在反应进行的过程中有效控制了反应过程中的温度，同时确保了反应器内部各反应物料之间混合的均匀度，确保了各反应物能够充分的参与反应，进而极大地提升了反应物的利用率，同时防止了因局部温度不均引发副反应的发生，在一定程度上提升了产物的质量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。