间二甲苯氧化反应器建模及模拟.pdf

第32卷第2期
化学反应工程与工艺
2016年4月
Chemmical Reaction Engieering and Technology
Apr.2016
文章编号:1001-7631(2016)02-0129-08
间二甲苯氧化反应器建模及模拟
刘肖肖,许新望,王丽军,成有为,李希
浙江大学化学工程与生物工程学系,浙江杭州310027
摘要:为深入了解间二甲苯(MX)氧化反应器特性,构建了MX氧化制条间苯二甲酸(IA)的迮续气液固
相搅拌釜业反应器数学模型,并利用 Aspen Customer Modeler(ACM)软件半台对该模型进行求解。在
模型计算结果与现有工业装置运行数据符合良好的基础上,进行反应器的放大预测,设计了年产150ktIA的
MX氧化装置,并利用计算机实验进行因素考察。计算结果表明,在考虑实际生产设备操作要求的情况下,
锭化剂浓度的増大、反应压力的升高和反应器内含水量的降低,都会使MX氧化反应转化率及IA收率提高,
液相间羧基苯甲醛(3-CBA)质量分数下降,但副反应消耗増大
关键词:间二甲苯氧化间苯二甲酸氧化反应器模拟
中图分类号:TQ013.2;TQ021.8
文献标识码:A
精间苯二甲酸(PIA)是一种重要的聚原料,工业上主要采用MC(Mid- Century)液相空气氧
化间二甲苯(MX)法制备12,我国PIA产能较小,消费主要依赖进口,目前亟需扩大产能。MX氧
化生产PlA过程涉及化学反应、气液传质、溶剂蒸发和产物结晶等多个物理化学过程,机理非常复杂。
有关MX氧化过程的研究主要集中在氧化反应机理和动力学方面。工勤波等进行了大量实验研究
提出了MX催化氧化反应的机理:张震等对间二甲苯液相催化氧化反应进行了实验和模拟研究,建
立了幂函数型动力学模型:万骏通过燕山石化PIA生产反应器装置的标定数据,对幂函数型动力学
方程参数进行了回归整定:张永昭?利用分批式实验,测量了MX氧化过程中不同中间产物随时间的
变化曲线,得出双出线动力学模型:霍磊通过MX半连续式氧化反应研究,结合张永昭分批式实验
数据,获得适用于工业实际的双山线动力学计算模型:成有为等S测量了不同温度ドHAc-H2O溶液
中PIA溶解度,丰富了MX催化氧化制备PIA的基础数据库。而日前针对工业规模MX氧化反应器
的研究,特别是模型化研究还相对较少,本工作在前人研究的基础上构建了MX氧化反应器模型,通
过计算机模拟探索MX氧化反应器数学模型放大方法,考察工艺及设备参数对反应过程的影响规律,
为现有装置的扩能和工艺优化,以及更大规模的MX氧化反应器设计提供依据。
1MX氧化反应动力学
Mx氧化是典型的芳烃液相氧化过程,遵循白由基链式反应机理,反应路径如图1所示。Mx
氧化反应过程涉及多种反应物和白由基之间的相互作用、催化剂-反应物一溶剂之间的协同作用、化学
吸收与反应结晶过程的耦合作用。动力学表达式如式(1)和(2)6?
收稿日期:2014-11-12:修订日期:2015-01-21。
作者简介:刘肖肖(1990一),女,硕士:王丽军(1976-),男,制研究员,通识联系人。F-mail: wang lijun(a rju. edu.cn
化学反应工程与工艺
2016年4月
MX
MI-TAI, D
MI CH3 43
3-C./
图1MX氧化反应路径
Fig. I Rcaction path ol MX oxidation
∑dc+
3.0x10
=2.024×10
式中:i和j为1~4,分别代表组分MX,m-TALD,MT利3-CBA:d,G,m和ξ为模型参
如表1所示。
表1反应动力学模型参数表
Table 1 Kinetic parameters
Parameters
MX
M-TALD
MI
3-C3A
1.0000
0.4985
1.132
2.438x10-
2MX氧化反应器数学模型
工业MX氧化反应器采用连续搅拌鼓泡釜,无内置构件。液相反应物MX、催化剂和溶剂(主要
为醋酸和水的混合物)连续通入反应器,与压缩空气发生化学反应,反应热通过溶剂蒸发从反应器中
移出。反应器顶部的气相流股通过多级冷凝器冷却,回收能量产生公用工程蒸汽,冷凝的溶剂大部分
返回反应器,少量抽出脱水。反应器出口液相为产物间苯二甲酸(IA)、溶剂及少量未完全反应的MX
和中间产物,反应器出口固相主要为脱溶的产物IA,工.艺流程如图2所示。
E1
E2
E4
F,7
图2工业MX氧化反应段流程
Tig2 Reaction flowsheet of industrial MX oxidation reactor and condenser