27氣液兩相反應(yīng)技術(shù)

1、27氣液相反應(yīng)技術(shù) 乙醛液相氧化制醋酸反應(yīng)設(shè)備及操作的評(píng)述1.氧化反應(yīng)器的發(fā)展沿革和改進(jìn) 1.1 間歇鼓泡式反應(yīng)器 最初的乙醛氧化制醋酸的反應(yīng)器為間歇鼓泡式反應(yīng)器，一般都用空氣做氧化介質(zhì)，用內(nèi)部盤(pán)管取出熱量。因效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，已基本不用。1.2連續(xù)多釜串聯(lián)鼓泡反應(yīng)器 在間歇鼓泡反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，用幾個(gè)釜串聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，生產(chǎn)水平有了提高。 1.3 內(nèi)冷卻塔式氧化反應(yīng)器這種塔將冷卻盤(pán)管置于塔內(nèi)，節(jié)間設(shè)置篩板，氧化液的返混較小，有利于提高濃度梯度。頂部為一擴(kuò)大段，以使反應(yīng)尾氣中夾帶如霧沫及液滴得以分離。最終氧化液濃度可達(dá)到94 -95%。因結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，規(guī)模不能太大，在2萬(wàn)噸年已是極限。反應(yīng)器

2、直徑一般在12米。 1.4列管式內(nèi)冷卻反應(yīng)器為克服內(nèi)冷卻反應(yīng)器的檢修問(wèn)題，發(fā)展了列管式內(nèi)冷卻反應(yīng)器。這種結(jié)構(gòu)型式冷卻管不易漏水，也較便于檢修。生產(chǎn)能力有提高，生產(chǎn)水平和先前的內(nèi)冷卻塔式反應(yīng)器相同。 1.5外循環(huán)冷卻塔式反應(yīng)器乙醛氧化的反應(yīng)熱量較大，達(dá)71.3kcal/mol，取出反應(yīng)熱量是一個(gè)突出的問(wèn)題，外循環(huán)冷卻解決了這一問(wèn)題。外循環(huán)冷卻塔式反應(yīng)器是一座空塔，配備循環(huán)泵和列管式冷卻換熱器。外冷卻用大的循環(huán)比來(lái)保證氧化液的溫度控制，循環(huán)比在120左右，乙醛停留時(shí)間在3小時(shí)左右，空塔氣速2m/s。由于外冷卻塔是一個(gè)全混型的反應(yīng)器，氧化反應(yīng)液濃度略低，在94%左右，因此又發(fā)展了雙塔氧化的外循環(huán)工藝

3、。第一氧化塔和單塔工藝基本相似，第二氧化塔使全流程增加了一個(gè)反應(yīng)段，增加了反應(yīng)深度，同時(shí)第一氧化塔也略降低了氧分壓，有利于減少副反應(yīng)，又減小了塔頂未反應(yīng)氧濃度，增加了安全性。1.6 外冷卻和內(nèi)冷卻結(jié)合的雙塔氧化乙醛氧化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)的總反應(yīng)級(jí)數(shù)接近于1.0，此時(shí)反應(yīng)將受氧氣擴(kuò)散速度所控制。在一定氣速條件下，氧氣的吸收率和通過(guò)的液柱高度成正比。在4米深的液層下，氧化液中氧的吸收率即達(dá)到98%以上。對(duì)一個(gè)總高度達(dá)18米的塔來(lái)說(shuō)，氧氣入口在塔下部是足夠的。因?yàn)榉磻?yīng)速度極高，取出反應(yīng)熱是第一位的因素，第一氧化塔做成外循環(huán)冷卻型有特別的優(yōu)越性。列管式換熱器的制造也比內(nèi)冷卻塔簡(jiǎn)單得多。第二氧化塔設(shè)計(jì)為改型

4、的列管式內(nèi)冷卻型式，減小返混，適合深度氧化，在第二氧化塔內(nèi)乙醛濃度已很低，在23%之間，氧氣量減少，冷卻面積要求也小，做成可抽出的列管式換熱器，便于檢修。內(nèi)冷與外冷相結(jié)合的雙塔氧化比其他方法有較大的優(yōu)點(diǎn)，提高了氧化液中醋酸濃度，達(dá)97%以上，乙醛含量降低至0.2%左右，在后面的精制流程中省去了一個(gè)乙醛回收塔系。 2 乙醛氧化反應(yīng)器的操作和安全技術(shù)2.1反應(yīng)溫度乙醛氧化制醋酸的反應(yīng)以系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量及時(shí)轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作。移去反應(yīng)熱的快慢，體現(xiàn)了氧化反應(yīng)溫度的控制。反應(yīng)溫度過(guò)低，反應(yīng)速度慢，且易造成過(guò)氧醋酸在反應(yīng)液中含量的積累，一旦溫度回升，過(guò)氧醋酸會(huì)劇烈分解，引起爆炸。一般反應(yīng)溫度不應(yīng)低于40，溫

5、度過(guò)高選擇性降低，增加了副反應(yīng)，導(dǎo)致甲酸和其他酯類增加，影響消耗指標(biāo)，且加重了精制部分的負(fù)荷。一般在80左右。在外冷和內(nèi)溫結(jié)合的流程中，第一氧化塔取65-75（循環(huán)的入、出口）。第二氧化塔因反應(yīng)物的生成已很少，為加速其反應(yīng)，溫度取8085'C。2.2反應(yīng)壓力適當(dāng)?shù)募訅悍磻?yīng)起三方面作用：乙醛氧化是減少體積的反應(yīng)，加壓有利于反應(yīng)向生成乙酸的方向進(jìn)行。乙醛氧化是液相反應(yīng)，增加壓力有利于氧氣的溶解。加壓可以提高乙醛的沸點(diǎn)，減少乙醛向氣相的損失。但由于加壓，將提高操作費(fèi)用，也不能過(guò)高。在裝置中第一氧化取200KPa（表），第二氧化塔取l00KPa（表）。由于醋酸生產(chǎn)的危險(xiǎn)性，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壓力取l

6、MPa(表)。2.3氧氣分布器在第一氧化塔中，全混快速反應(yīng)狀態(tài)下，氧氣分布要求不高，氧氣進(jìn)入塔內(nèi)，通過(guò)帶小孔的分支管即已足夠。第二氧化塔的乙醛濃度已較低，為了使氧氣和乙醛有更好的接觸界面，可采用不銹鋼粉末冶煉的燒結(jié)管，它由若干分布頭組成一個(gè)分布器，每個(gè)分布頭的壓降可根據(jù)需要設(shè)計(jì)。該分布器已由聯(lián)合反應(yīng)工程研究所研制。2.4 N2氣分布未反應(yīng)完的氧氣在反應(yīng)器液面上逸出，液面上同時(shí)還有氣相乙醛和大量醋酸蒸汽。氣相中氧含量過(guò)高有爆炸危險(xiǎn)。N2氣體作為保安的惰性氣體充入塔頂。保證氣相氧含量不超過(guò)10%( V )。在尾氣中雖有三分之二聯(lián)鎖系統(tǒng)，即尾氣在線氧含量分析儀，其中一臺(tái)超過(guò)5%(V)預(yù)報(bào)警，超過(guò)10%(V)切斷氧和乙醛停車。但在塔液面上仍難保證沒(méi)有死角。進(jìn)塔頂部的N2是容易短路排入尾氣，引起液面上局部空間氧含量超過(guò)10%，發(fā)生爆炸危險(xiǎn)。2.5 爆破膜由于醋酸裝置的壓力