CN100376321C - 用于生产芳族羧酸的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于将液相反应混合物中的前体氧化形成芳族羧酸或其酯的反应器，所述反应器(1)包括一个延伸的容器，该容器在使用中基本垂直并有高位混合部件(5)和低位混合部件(3)，其特征在于所述高位混合部件(5)为轴向抽吸式叶轮、所述低位混合部件(3)为径向抽吸式叶轮。本发明还公开了用于在本发明的反应器中生产羧酸或其酯的方法。在使用中，混合部件的结构形成了三个高湍流混合区。在本发明的方法的一个优选实施方案中，氧化剂(来自一个入口)和溶剂、前体和催化剂直接进入混合区。所述高湍流区加快了物料传递、抑制了不需要的有色副产物的形成并减少了反应器结垢。

Description

用于生产芳族羧酸的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于通过相应前体的液相催化氧化生产芳族羧酸、特别是二元羧酸或其酯的设备。具体地讲，本发明涉及用于生产杂质含量低的芳族羧酸的设备。本发明还涉及通过相应前体的液相催化氧化生产芳族羧酸或其酯的方法。本发明特别涉及对苯二甲酸的生产方法。
发明背景
对苯二甲酸(TPA)是用于生产具有工业意义产品，包括可用于纤维和瓶生产的聚酯聚合物的重要化学中间产物。
对苯二甲酸的现有生产技术包括在溶解的重金属催化体系(通常结合有促进剂，如溴)存在下，在低脂族一元羧酸(C2-C6，通常为醋酸)中利用氧分子对原料对二甲苯进行液相氧化。通常，醋酸、空气形式的氧分子、对二甲苯和催化剂在较高温度和压力下连续供应到氧化反应器中。加入空气的量超过对二甲苯完全转化为TPA的化学计量要求，以最大程度减少不需要的副产物(如成色物质)的形成。氧化反应为放热反应，通过醋酸溶剂的蒸发带走热量。相应的蒸汽被冷凝且大部分冷暖物回流到反应器，其中部分冷凝物被排出以控制反应器中的水浓度(每反应一摩尔对二甲苯形成两摩尔水)。
氧化反应器中的排出物(即反应产物)为粗TPA晶体的浆液，随后对浆液过滤、洗涤、干燥获得TPA晶体并储存。随后再将这些晶体进行独立的净化步骤处理或直接供用到聚合工序。
然而，通常得到的对苯二甲酸对直接用于聚酯生产而言不够纯净，因为它含有对苯二甲酸部分氧化的中间产物，特别是对羧基苯甲醛(4-CBA)主要杂质，同时还含有对甲苯甲醛和对甲苯甲酸和其它各种成色前体和有色杂质。
已知氧化反应器中的不良混合会导致最终TPA产物中大量存在上述杂质。氧化反应器的另外问题是具体的结构特征和运行条件，如温度，催化剂浓度和停留时间会导致溶剂和前体的剧烈降解，这反过来会增加运行工艺的成本。氧化反应器的另一个重要特征是必须将在反应器中形成的粗TPA的固体晶体充分悬浮以防堵塞容器壁和管道，这反过来会导致工艺的不安全运行及由于清洗而频繁中断。
已知剧烈搅拌可减少以上问题。日本专利10316614描述了一种多叶轮搅拌器，其低位叶片大于高位叶片。然而这种体系制造成本和运行成本较高。US5,211,924描述了一种多搅拌器体系，其中叶片类型、尺寸和在氧化反应器中的位置减少了运行成本并降低了TPA产物中的杂质水平。
降低氧化反应器中形成的粗TPA中杂质水平的另一种方法为更均匀地分散供给反应器的空气和液体。JP2000128824描述了一种反应器，其中液体进料通过反应器中的多个开口分散并与反应器中的氧气流匹配，所述开口沿着反应器的直径或垂直高度位于反应器不同点。这种排列防止了液体进料的高浓度，已知这种高浓度会导致形成更多的杂质。然而这样的工艺较为复杂，这种反应器的制造费用高且不能解决固体悬浮的问题。
WO02/092549公开了由不对称径向涡轮和一个或多个下抽吸式轴向叶轮组合成的TPA氧化反应器的搅拌体系。然而，这可能导致反应混合物中充满泡沫，导致反应混合物被带到反应器的顶部空间和上方设备从而导致结垢和其它运行问题。
EP-A-0659730和EP-A-0781754公开了一种用于生产对苯二甲酸的反应器和方法。所述反应器包括：高位螺旋式叶轮装置，以利于氧气泡-液体混合物在导流室中向下流动和在所述室外向上流动；低位径流式叶轮装置和低位挡板装置，以减小氧气泡的大小。
因此本发明的一个目标为提供用于生产降低了杂质特别是有色杂质含量的TPA的设备。本发明的另一个目标是提供低设备成本和运行成本的设备。本发明的还一个目标是提供一种设备，其中生产的TPA悬浮在溶剂中以防堵塞设备。
发明概述
本发明的第一方面提供了用于在液相反应混合物中将前体氧化成芳族羧酸或其酯的反应器，该反应器包括一个伸长的带挡板的容器，所述容器在使用中基本垂直，具有高位混合部件和低位混合部件，其特征在于所述高位混合部件为轴向上抽吸式叶轮(axial up-pumpingimpeller)，所述低位混合部件为径向抽吸式叶轮(radial pumpingimpeller)。
本发明的第二方面提供了用于在液相反应混合物中将前体氧化成芳族羧酸或其酯的方法，该方法包括在催化剂和液态溶剂存在下使芳族羧酸的一种或多种前体与氧化剂接触，所述接触在反应器中完成，该反应器包括一个伸长的带挡板的容器，所述容器在使用中基本垂直、具有高位混合部件和低位混合部件，其特征在于所述高位混合部件为轴向上抽吸式叶轮，所述低位混合部件为径向抽吸式叶轮。
本发明反应器的混合部件的结构在使用中会形成三个混合区，两个低位混合区，一个在低位叶轮的上方，一个在低位叶轮的下方，和在高位叶轮上下方的第三个高位混合区。如图4所示，混合区由局部会聚流动或发散流动形成的界面所限定。虽然本发明的范围不受理论的约束，但相信上述混合区能加速氧化剂的物料传递。快速的物料传递能最大程度减少副产物的形成并减少溶剂和前体的降解从而提高了产品质量和加工效率。
此外，此结构在反应器中提供了一种混合方式，从而阻止了在容器壁和管道中的物料积聚(coating)，特别是最大程度减少在容器下部的结垢。
发明的详细描述
本发明涉及能明显提高一种或多种前体(如对二甲苯)转化为芳族羧酸(如对苯二甲酸)的转化率，从而提高产品质量的反应器和方法。虽然本发明适合于从适当的前体生产任何芳族羧酸，但特别优选用于生产二元羧酸如对苯二甲酸和间苯二甲酸。采用本发明的方法得到的芳族羧酸通常为浆料形式。
在本文所用的羧酸的生产包括其酯的生产。生产羧酸还是其酯将根据反应器中的条件和/或用于纯化产物的条件，这对技术人员来说是显而易见的。
在本文所用的“芳族羧酸前体”或“前体”是指在选择性氧化条件下，能被氧化成特定芳族羧酸的有机化合物，优选烃化合物。对苯二甲酸前体的一个实例是对二甲苯。间苯二甲酸前体的一个实例是间二甲苯。
本发明的反应器包括两个或多个，优选四个或多个挡板。本文所用的“挡板”是指从容器壁径向朝内延伸的伸长板，从而在混合部件引起反应混合物旋转时产生湍流。
尽管用于本发明反应器中的任何“轴向上抽吸式叶轮”都满足条件，但采用叶片与旋转平面的角度小于90°的上流叶轮能得到最好的结果。优选上抽吸式叶轮为倾斜叶片涡轮，此涡轮带有与旋转平面成30～60°、优选45°放置的两个或多个，优选4至8个且更优选6个等间距叶片，以在叶轮附近提供向上反应混合物流。
高位混合部件的一个重要参数为扫掠直径(swept diameter)，也就是混合部件轴中心与叶片最外点之间距离的两倍。扫掠直径与容器直径之比应该优选0.3～0.7且更优选0.4～0.6。高位混合部件的另一个重要参数为部件的浸没深度，浸没深度为叶轮中心与反应器中反应混合物的正常运行水平之间距离。浸没深度与扫掠直径的比例优选为0.6～1.2。
尽管用于本发明反应器中的任何“径向抽吸式叶轮”都适合，但采用叶片平行于转动轴的径向叶轮能得到最好的结果。优选叶轮具有等间距的弯曲叶片，特别是具有与旋转平面平行的对称面的弯曲抛物线叶片。特别优选US5,198,156(称作Gasfoil叶轮)和US4,779,990中公开的径向叶轮。
低位混合部件的一个重要参数为扫掠直径，也就是混合部件轴中心与叶片最外点之间距离的两倍。扫掠直径与容器直径之比应该优选0.4～0.6且更优选0.45～0.55。低位混合部件的另一个重要参数为距离容器底部的间隙，也就是容器底部到低位混合部件中心的距离。距离容器底部的间隙与容器直径之比应优选0.1～1.0。
反应器的一个重要参数为低位混合部件与高位混合部件之间的间隔，也就是低位混合部件中心与高位混合部件中心之间的距离。优选低位混合部件与高位混合部件之间的间隔和低位混合部件扫掠直径之比为0.6～1.2。
反应器可包含一个或多个用于混合反应器中内容物的其它搅拌部件。高位和低位混合部件和任何另外的搅拌器部件可与一个或多个轴向轴连接。通常所述轴向轴穿过容器的中心线。
优选所述反应器包括用于将氧化剂传入反应器的具有一个或多个入口开口的氧化剂入口。氧化剂优选为气态且更优选为分子氧。优选一个或多个氧化剂入口开口的布置使得使用中氧化剂被直接引入混合区的高湍流区、优选低位混合区的高湍流区中。更优选反应器包括两个或多个氧化剂入口，每个入口的开口的布置使得使用中从每个开口引入的氧化剂直接进入混合区高湍流区、优选低位混合区的高湍流区中。将氧化剂引入混合区的高湍流区将导致气态氧化剂被击碎成细小的泡沫。因此，以分散良好的方式将气态氧化剂引入反应器从而将氧快速传递到反应混合物中，最大程度减少副产物的形成，从而提高了产品质量和加工效率。
为了确保氧化剂入口开口的布置能够使得使用中氧化剂直接进入低位混合区的高湍流区，氧化剂入口开口优选位于低位叶轮的上表面所在平面的下方，优选位于低位叶轮的上表面所在平面和下表面所在平面之间，更优选位于低位叶轮中心和低位叶轮的下表面所在平面之间。
优选氧化剂入口开口位于低位混合部件的扫掠直径和容器壁之间。更优选氧化剂入口开口的布置使得低位混合部件的扫掠直径(在图3中表示为距离(a))与入口开口壁之间的距离和容器直径(在图3中表示为距离(T))之比在0.02～0.08范围内，优选0.04～0.06。
用于将氧化剂加入氧化反应器的入口的类型为本领域所熟知。然而，优选氧化剂进入反应混合物的方向与混合部件旋转的方向不是相反的。氧化剂入口开口相对于液体入口开口的位置以及为了提供多个空气入口点而环绕在容器四周的位置优选平均分布且远离(按照搅拌器旋转方向)最近的相邻挡板。
优选反应器包括一个或多个液体入口，每个入口带有开口，用来引导，优选同时引导溶剂、前体和催化剂等液体进料进入反应器。优选液体进料也包括如下所述由在反应器中产生的蒸汽形成的冷凝物。液体进料也可包括各种杂质，包括氧化加工的副产物和粗芳族羧酸。
优选一个或多个液体进料入口开口的布置使得在使用中液体进料被引入到其中反应混合物被引流到混合区(优选低位混合区)的区域。将液体进料引入混合区能快速混合反应物，最大程度减少副产物的形成从而提高产品质量和加工效率。
在第一个优选实施方案中，一个或多个液体进料入口开口的布置使得在使用中液体进料直接进入到一个或两个低位混合区的一个或多个高湍流区。在此实施方案中，一个或多个液体入口开口布置在低位叶轮的上表面所在平面和下表面所在平面之间和低位混合部件的扫掠直径和容器壁之间。优选，一个或多个液体入口开口均匀分布在低位叶轮的上表面所在平面和下表面所在平面之间。
优选液体入口开口沿着混合部件扫掠直径和容器壁间均匀分布。将液体加入氧化反应器的入口类型为本领域所熟知。液体入口的位置优选在两个相邻氧化剂入口之间。
在第二个优选实施方案中，一个或多个液体进料入口开口的布置使得在使用中液体进料被引入到其中反应混合物被混合部件引流到混合区(优选低位混合区)的高湍流区的区域。在此实施方案中，一个或多个液体入口开口布置在叶轮的上方或下方并在叶轮扫掠直径内。优选液体入口开口在叶轮上方或下方的距离与叶轮扫掠直径之比小于0.5。
优选反应器包括蒸汽出口，用于使反应器中挥发性成分特别是溶剂离开反应器。优选将挥发性化合物冷凝且将冷凝物回流到反应器。
反应器优选包括芳族羧酸出口。优选芳族羧酸出口位于高位混合区。优选这种定位以最大程度减少未反应前体的损失从而提高效率并降低运行成本。
优选反应器为连续流动反应器。本文所用的“连续流动反应器”是指反应物的引入、混合和产物的移走以连续的方式同时进行的反应器，这不同于间歇式反应器。在连续流动反应器中实施本发明方法，反应物的停留时间可与前体完成转化为所需的芳族羧酸所需的时间匹配且没有产生大量的降解产物。典型的反应中间物在反应器中的停留时间不超过20～120分钟，优选在本发明的反应器中将前体氧化成芳族羧酸或其酯的时间为约30～60分钟。在本发明的方法中，反应器的操作使得高位混合部件带动在高位混合部件处的反应混合物向上轴向流动。结合低位径向叶轮的径向流动，高位轴向叶轮的向上轴向流动为混合区提供了反应物的快速物料传递。另外，这种混合方式提供了良好的固体(如产生芳族羧酸)悬浮液并通过混合部件最大程度减少到达容器下部的结垢。
为了使反应混合物在反应器中产生理想流动，通过高位混合部件、低位混合部件和任何其它搅拌部件赋予反应混合物的功率输入为2～15kw/立方米反应混合物。
优选通过高位混合部件传递的功率为通过高位混合部件、低位混合部件和任何其它搅拌部件赋予反应混合物总功率的10～50％，更优选30～40％。意外地发现这种功率配置改善了混合并有效破裂了较大氧化剂泡沫。这种混合和泡沫破裂能快速地将氧化剂传递到反应混合物，导致反应器中的有效氧化并抑制有色中间产物以生产无色产品。
在本发明方法中，前体液相催化氧化制备芳族羧酸包括将溶剂、氧化剂、前体和催化剂供给温度保持在150℃～250℃、优选175℃～225℃，压力保持在100～5000kPa、优选1000～3000kPa的氧化反应器中。
本发明方法中的氧化剂优选为分子氧，如空气(包括贫氧空气和富氧空气)。
本发明方法在氧化催化剂存在下进行。催化剂基本溶解于包括溶剂和芳族羧酸前体的反应介质中。催化剂通常包括一种或多种重金属化合物，如钴和/或锰化合物，且可任选包括氧化促进剂。例如，催化剂可为用于芳族羧酸前体(如对苯二甲酸前体)在脂族芳香羧酸溶剂中的液相氧化的任何形式，如钴和/锰的溴化物、溴代链烷酸盐或链烷酸盐(通常为C1-C4链烷酸盐，如醋酸盐)。其它重金属(如钒、铬、铁、钼)、镧系元素(如铈、锆、铪)和/或镍的化合物也可作为钴和/锰的替代或补充使用。催化体系可有利地包括二溴化锰(MnBr2)和/或二溴化钴(CoBr2)。氧化促进剂(若使用)可是单质溴、离子溴(如HBr、NaBr、KBr、NH4Br)和/或有机溴(如溴苯、苄基溴、一元和二元溴乙酸、溴乙酰溴、四溴乙烷、二溴乙烯等)的任何形式。
溶剂对本发明而言并不关键，只要氧化反应能在其中进行的任何适合的溶剂都可使用。优选溶剂为碳原子数为2～6的脂族一元羧酸。更优选溶剂为醋酸。由于与其它溶剂相比，醋酸相对不易被氧化且能提高催化途径的活性，所以将其用作溶剂特别有用。
氧化反应是放热反应，可通过移走挥发性组分、将其冷凝并使冷凝物返回到反应器中来移走热量以控制反应温度。作为替代或作为补充，可按照本领域技术人员熟知的常规技术，通过与吸热流体进行热交换从反应中带走反应热。
如上说述，反应器通常以连续方式运行。通过在连续流动反应器中实施本发明方法，反应停留时间可与前体转化为所需的芳族羧酸所需的时间匹配且没有产生大量的降解产物。
将前体、催化剂和溶剂混合物加热和加压，接着从氧化剂入口将氧化剂引入反应器来实施反应。
氧化反应器的排出物(即反应产物)通常是芳族羧酸晶体的浆料，过滤浆料并接着进行洗涤得到芳族羧酸晶体。然后将它们送到单独的纯化步骤或直接进入聚合工序。尽管也可存在对甲苯甲醛和对甲苯甲酸和不需要的成色物质，粗TPA中的主要杂质为4-羧基苯甲醛(4-CBA)，它是不完全氧化的对二甲苯。
现在通过实施例和附图对本发明作进一步描述，其中：
图1是本发明的氧化反应器的简图。
图2显示了第一个实施方案中本发明的反应器各种特征的结构和位置，其中液体进料入口开口的布置使得在使用中液体进料直接进入低位混合区。
图3显示了第二个实施方案中本发明的反应器各种特征的结构和位置，其中液体进料入口开口的布置使得在使用中液体进料到其中反应混合物被低位混合部件引流至低位混合区的区域。
图4显示了由局部会聚流动或发散流动形成的界面限义的混合区。
图5显示了在常规搅拌体系中平均壁温和内容物之间的温度差异随着时间的变化。
图6显示了在本发明搅拌体系中平均壁温和内容物之间的温度差异随着时间的变化。
氧化反应器1是伸长的、垂直放置的连续搅拌容器，所述容器带挡板101且包括在中心安装的一个或多个轴向搅拌轴2，在搅拌轴上附有搅拌器部件3-5。在此实施方案中，显示的部件为用于混合反应器中的内容物及执行其它功能如喷洒液体到反应器壁以对它们进行清洁的部件。本发明主要涉及混合部件3和4。
在使用中，通过搅拌轴2赋予氧化反应器1的内容物的总功率为2～15kW/立方米反应浆料。这确保混合方式具有上述反应器结垢少、产品质量高及加工效率高等优点。
低位混合部件3为带多个均匀分布叶片的径向上抽吸式叶轮。然而，为了达到最好的结果应采用US5,198,156中描述的搅拌器，所述搅拌器具有与运动方向平行的对称平面的抛物线型叶片。混合部件的一个重要参数是扫掠直径，在图2和图3用DL表示。扫掠直径DL是轴中心与混合部件叶片最外点之间距离的两倍，发现扫掠直径与容器直径T之比应为0.4～0.6、优选0.45～0.55。另一重要参数是低位混合部件距离容器底部的间隙CL，发现距离容器底部的间隙与容器直径之比应为0.1～1.0。
高位混合部件4为轴向上抽吸式叶轮。优选高位混合部件为带多个均匀分布叶片的上抽吸式倾斜叶片涡轮，叶片与水平面的角度通常为30～60°、优选45°，使得氧化反应器中的浆料向上流。所述混合部件的一个重要参数是扫掠直径DU，它是轴中心与混合部件最外点距离的两倍。发现扫掠直径与容器直径T之比应为0.3～0.7、优选0.4～0.6。另一个重要参数是在氧化反应器中浆料常规操作水平下的浸没深度，发现浸没深度与扫掠直径DU之比应为0.6～1.2。高位混合部件与低位混合部件的相对尺寸是一个重要参数，发现为了达到最好的结果高位混合部件所传递的功率应占所有搅拌部件传递总功率的10～50％、优选30～40％。
优选低位混合部件与高位混合部件的间隔(也就是低位混合部件中心与高位混合部件中心之间距离)与低位混合部件扫掠直径之比为0.6～1.2。
在运行中，空气通过一个或多个入口11进入氧化反应器来氧化前体，每个入口都有入口开口13。每个入口开口13位于低位混合部件上表面所在平面和下表面所在平面之间(如图2所示)且离低位混合部件扫掠直径的距离a与容器直径T之比为0.02～0.08、优选0.04～0.06。将空气供给氧化反应器的方法为本领域所熟知。然而，优选空气进入浆料中的方向不与搅拌器旋转方向相反。
供给氧化反应器的液体包括前体、催化剂、溶剂和冷凝物及粗TA加工中的各种杂质和副产物，所述液体通过液体入口10进入反应器，每个液体入口都有入口开口14。这些流的形式、成分和来源都为本领域所熟知。
重要的是上述所有液体的大部分通过入口10以下述两种供选择方式之一进料至氧化反应器中，优选所有液体都如此进料。
在图2所示的第一个优选实施方案中，液体进料入口开口14位于低位混合部件的上表面所在平面和下表面所在平面之间，同时在低位混合部件扫掠直径和容器壁b之间且优选均匀分布在低位混合部件扫掠直径和容器壁之间。入口开口14的这种定位使得液体进料可直接进入低位混合区。
在图3所示的第二个优选实施方案中，液体进料入口开口14位于低位混合部件上方且在低位混合部件扫掠直径DL以内。液体入口开口在混合部件上方的距离f与混合部件扫掠直径DL之比通常小于0.5。作为第二个实施方案的改进，液体进料入口开口14位于低位混合部件下方且在低位混合部件扫掠直径DL以内。入口开口14的这种定位使得液体进料可进入到其中反应混合物通过低位混合部件的运动经低位混合部件进入低位混合区的区域。
如图4所示，反应器中混合部件的结构在使用中形成了三个混合区。这三个混合区包括两个低位混合区31和32，一个在低位叶轮上方，一个在低位叶轮下方，和位于高位叶轮上方和下方的第三个高位混合区33。混合区由局部会聚流动或分散流动形成的界面34和35限定。流动的本质使得混合区包含高湍流区。在高位混合部件和低位混合部件的出口附近区域流动的湍流性特别剧烈。
反应器1的内容物保持在较高的温度和压力下，由于氧化反应是放热反应，通过氧化反应器中的挥发性组分、特别是溶剂的蒸发将热量带走。相应的蒸汽6被冷凝7且大部分冷凝物通过入口10回流到反应器9从而成为反应器的液体进料的一部分，同时一些冷凝物被回收8以控制反应器中的水浓度。冷凝方法(通常在氧化反应器外部进行)、冷凝物流控制和分流的详细情况为本领域所熟知。
实施例
减少杂质
用来说明本发明的数据列于表1中。这些数据得自良好建立的氧化方法的TAREACT计算机模型。表中实施例1采用本发明的Gasfoil(低位)/上抽吸式倾斜叶片涡轮(PBT)(高位)结构，而比较实施例1采用本行业所用的熟知的反应器结构PBT(低位)/Rushton涡轮(RT)(高位)。表2显示了这些实施例中混合部件和进料结构。
实施例1(Gasfoil/PBT)的结构采用典型的反应器条件，这些条件如本文所述，为对二甲苯氧化领域的标准技术。对二甲苯、催化剂和新鲜和回流溶剂进入低位Gasfoil叶轮附近的液体入口。
比较实施例1采用了与实施例1中容器尺寸相似的容器但使用了低位叶轮为PBT叶轮、高位叶轮为Rushton涡轮的两叶轮结构。这是在TPA生产行业中广泛使用的叶轮结构。对二甲苯、催化剂和新鲜和回流溶剂进入高位RT叶轮附近的液体入口。气体喷射到PBT叶轮附近的氧化剂入口。所有其它加工条件与实施例1的相同。
表1两种反应器结构的催化剂需求和副产物生产速率的相对预测
 实施例   搅拌器结构低位/高位   催化剂需求   相对比较实施例1的副产物数量
  烧成CO<sub>x</sub>   DCF   TMA   苯甲酸   乙酸甲酯   溴化甲烷
 比较实施例1   PBT/RT   1.00   1.00   1.00   1.00   1.00   1.00   1.00
 实施例1   Gasfoil/PBT   0.98   1.00   0.65   0.99   067   0.95   0.95
注：PBT为上流倾斜叶片涡轮
RT为Rushton涡轮
COx为碳氧化物(即CO和CO2)
DCF为二羧基芴酮(有色物质)
TMA为偏苯三酸
表2实施例1和比较例1的混合部件和进料结构
  实施例   搅拌器结构(低位/高位)   空气入口的数量和位置   pX和溶剂入口的数量和位置
  比较实施例1   PBT/RT   2，PBT上方   2，在RT上方
  实施例1   Gasfoil/PBT   4，Gasfol上方   1，在Gasfol上方
容器具有相似的体积和H/T。
注：H为操作(也就是填充)液体深度
T为容器直径
pX为对二甲苯
功率分配对反应器性能的影响
TAREACT模型数据(表3)显示了在本发明的Gasfoil(低位/PBT(高位)双叶轮结构中减小总功率中PBT叶轮输入比例带来的不良影响。
表3
改变本发明的Gasfoil(低位)/PBT(高位)双叶轮结构中高位叶轮和低位叶轮之间的功率配置得到的相对催化剂需求和副产物的量
  PBT/Gasfoil功率配置  烧成COx   DCF   TMA   催化剂需求
  20∶80  1.00   1.00   1.00   1.00
  30∶70  0.96   0.91   0.88   0.98
  40∶60  0.94   0.89   0.83   0.98
  50∶50  0.93   0.90   0.81   0.99
改变液体和气体的进料点
TAREACT模型数据(表4)显示了在gasfoil(低位)/PBT(高位)双叶轮设计中液体进料或氧化剂入口远离gasfoil高湍流区带来的不良影响。在″                                    gasfoil的高湍流区。
表4
改变本发明的Gasfoil(低位)/PBT(高位)双叶轮结构中液体入口和氧化剂入口位置得到相对催化剂需求和副产物量
 实施例  烧成COx   DCF   TMA   催化剂需求
 基准  1.00   1.00   1.00   1.00
 液体入口在gasfoil下方  1.00   1.00   0.97   1.00
 液体入口在gasfoil上方  1.01   1.05   1.06   1.01
 氧化剂入口在gasfoil下方  1.01   1.22   1.13   1.04
 氧化剂入口在gasfoil上方  1.03   1.15   1.05   1.02
减少反应器壁结垢
用直径约为2.7m的带盘形底的带钛衬里的垂直圆柱形反应器来由对二甲苯制备粗对苯二甲酸。如上所述，使用醋酸和水溶剂及钴、锰、溴化物催化剂。
用这个体系对两种混合部件布置进行测试且对每个搅拌体系中容器壁上的固体累积程度进行评定。最初的搅拌体系由四叶片上抽吸式混流叶轮及其上方的六叶片径向叶轮组成。第二个搅拌体系如本发明详细描述中所述。通过测量反应器壁温度并将其与反应器内容物温度对比来推断累积在反应器壁上的固体厚度。对于每个搅拌体系，用热线摄像机在四个点测量反应器壁温度20天。对照时间，记录壁与内容物的温度差异的变化并总结在表5中，显示在图5和图6中。
表5
平均壁温和内容物的温度差异的变化
  搅拌   测量位置   平均壁温和内容物的温度差异的变化
  当天   3天   6天   8天   11天   14天   17天   19天   21天   25天
常规搅拌   位置1   0   1   -1   3   2   6   4   6
  位置2   0   1   -1   0   2   7   5   5
  位置3   0   -1   -3   0   2   4   4   4
  位置4   0   0   -2   0   1   5   5   4
  平均   0   0.25   -1.75   0.75   1.75   5.5   4.5   4.75
  Dupont搅拌体系   位置1   0   0   1   0   0   0
  位置2   0   0   2   1   0   3
  位置3   0   -1   1   2   2   2
  位置4   0   1   2   2   3   4
  平均   0   0   1.5   1.25   1.25   2.25

Claims (21)

1.一种用于在液相反应混合物中将前体氧化形成芳族羧酸或其酯的反应器，所述反应器包括一个延伸的带挡板的容器，该容器在使用中基本垂直并具有高位混合部件和低位混合部件，其特征在于所述高位混合部件为轴向上抽吸式叶轮，所述低位混合部件为径向抽吸式叶轮。
2.权利要求1的反应器，其中所述高位混合部件的扫掠直径与所述容器直径之比为0.3～0.7。
3.权利要求2的反应器，其中所述高位混合部件的扫掠直径与所述容器直径之比为0.4～0.6。
4.权利要求1的反应器，其中所述高位混合部件的浸没深度与扫掠直径之比为0.6～1.2。
5.权利要求1的反应器，其中所述低位混合部件的扫掠直径与所述容器直径之比为0.4～0.6。
6.权利要求5的反应器，其中所述低位混合部件的扫掠直径与所述容器直径之比为0.45～0.55。
7.权利要求3或权利要求6的反应器，其中所述低位混合部件距离容器底部的间隙与所述容器直径之比为0.1～1.0。
8.权利要求7的反应器，其中所述低位混合部件为弯曲叶片径向叶轮，所述叶轮具有有对称面的抛物线叶片，所述对称面与旋转平面平行。
9.权利要求1或权利要求8的反应器，其中所述高位混合部件赋予反应混合物的功率占所述高位混合部件、所述低位混合部件和任何其它搅拌部件赋予反应混合物的总功率的10～50％。
10.权利要求1或权利要求9的反应器，其中所述反应器包括通过搅拌部件赋予反应混合物的功率输入为2～15kW/立方米反应混合物的装置。
11.权利要求1或权利要求10的反应器，所述反应器包括用于将氧化剂引入反应器的具有一个或多个入口开口的氧化剂入口，其中所述氧化剂入口开口的布置使得在使用中氧化剂被直接引入混合区的高湍流区域。
12.权利要求11的反应器，其中所述混合区为低位混合区。
13.权利要求11或权利要求12的反应器，其中所述氧化剂入口开口位于所述低位叶轮上表面所在平面的下方。
14.权利要求13的反应器，其中所述氧化剂入口开口的布置使得所述低位混合部件的扫掠直径和入口开口壁的距离与所述容器直径之比在0.02～0.08范围内。
15.权利要求14的反应器，所述反应器包括用于将溶剂、前体和催化剂的液体进料引入到反应器的具有入口开口的液体入口。
16.权利要求15的反应器，其中所述液体进料入口开口的布置使得在使用中液体进料被引入到其中反应混合物被引流到混合区的区域。
17.权利要求15的反应器，其中所述液体入口开口位于所述低位叶轮上表面所在平面和下表面所在平面之间，并且在所述低位混合部件的扫掠直径和容器壁之间。
18.权利要求15的反应器，其中所述液体进料入口开口的布置使得在使用中液体进料被引入到其中反应混合物被混合部件引流至混合区的高湍流区域。
19.权利要求18的反应器，其中所述液体入口开口位于所述低位叶轮上表面所在平面和下表面所在平面之间，并且在所述低位混合部件的扫掠直径和容器壁之间。
20.一种用于在液相反应混合物中将前体氧化形成芳族羧酸或其酯的方法，所述方法包括在催化剂和液相溶剂存在下，使一种或多种芳族羧酸的前体与氧化剂接触，所述接触在反应器中完成，所述反应器包括一个延伸的带挡板容器，该容器在使用中基本垂直并具有高位混合部件和低位混合部件，其特征在于所述高位混合部件为轴向上抽吸式叶轮、所述低位混合部件为径向抽吸式叶轮。
21.权利要求20的方法，其中所述芳族羧酸为对苯二甲酸或间苯二甲酸。
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Denomination of invention: Apparatus and method for producing aromatic carboxylic acid

License type: Common License

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Denomination of invention: Apparatus for and method of producing aromatic carboxylic acids

Granted publication date: 20080326

License type: Common License

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Denomination of invention: Apparatus for and method of producing aromatic carboxylic acids

Granted publication date: 20080326

License type: Common License

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