反应器操作与控制 2-3工业案例 27气液两相反应技术.doc

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27气液相反应技术 —— 乙醛液相氧化制醋酸反应设备及操作的评述 1.氧化反应器的发展沿革和改进 1.1 间歇鼓泡式反应器 最初的乙醛氧化制醋酸的反应器为间歇鼓泡式反应器,一般都用空气做氧化介质,用内部盘管取出热量。因效率低,劳动强度大,已基本不用。 1.2连续多釜串联鼓泡反应器 在间歇鼓泡反应器的基础上,用几个釜串联起来,实现连续化,生产水平有了提高。 1.3 内冷却塔式氧化反应器 这种塔将冷却盘管置于塔内,节间设置筛板,氧化液的返混较小,有利于提高浓度梯度。顶部为一扩大段,以使反应尾气中夹带如雾沫及液滴得以分离。最终氧化液浓度可达到94 -95%。因结构较复杂,规模不能太大,在2万吨/年已是极限。反应器直径一般在1~2米。 1.4列管式内冷却反应器 为克服内冷却反应器的检修问题,发展了列管式内冷却反应器。这种结构型式冷却管不易漏水,也较便于检修。生产能力有提高,生产水平和先前的内冷却塔式反应器相同。 1.5外循环冷却塔式反应器 乙醛氧化的反应热量较大,达71.3kcal/mol,取出反应热量是一个突出的问题,外循环冷却解决了这一问题。外循环冷却塔式反应器是一座空塔,配备循环泵和列管式冷却换热器。外冷却用大的循环比来保证氧化液的温度控制,循环比在120左右,乙醛停留时间在3小时左右,空塔气速2m/s。由于外冷却塔是一个全混型的反应器,氧化反应液浓度略低,在94%左右,因此又发展了双塔氧化的外循环工艺。第一氧化塔和单塔工艺基本相似,第二氧化塔使全流程增加了一个反应段,增加了反应深度,同时第一氧化塔也略降低了氧分压,有利于减少副反应,又减小了塔顶未反应氧浓度,增加了安全性。 1.6 外冷却和内冷却结合的双塔氧化 乙醛氧化反应宏观动力学的总反应级数接近于1.0,此时反应将受氧气扩散速度所控制。在一定气速条件下,氧气的吸收率和通过的液柱高度成正比。在4米深的液层下,氧化液中氧的吸收率即达到98%以上。对一个总高度达18米的塔来说,氧气入口在塔下部是足够的。因为反应速度极高,取出反应热是第一位的因素,第一氧化塔做成外循环冷却型有特别的优越性。列管式换热器的制造也比内冷却塔简单得多。第二氧化塔设计为改型的列管式内冷却型式,减小返混,适合深度氧化,在第二氧化塔内乙醛浓度已很低,在2~3%之间,氧气量减少,冷却面积要求也小,做成可抽出的列管式换热器,便于检修。内冷与外冷相结合的双塔氧化比其他方法有较大的优点,提高了氧化液中醋酸浓度,达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个乙醛回收塔系。 2 乙醛氧化反应器的操作和安全技术 2.1反应温度 乙醛氧化制醋酸的反应以系统产生的热量及时转移实现稳定操作。移去反应热的快慢,体现了氧化反应温度的控制。反应温度过低,反应速度慢,且易造成过氧醋酸在反应液中含量的积累,一旦温度回升,过氧醋酸会剧烈分解,引起爆炸。一般反应温度不应低于40℃,温度过高选择性降低,增加了副反应,导致甲酸和其他酯类增加,影响消耗指标,且加重了精制部分的负荷。一般在80℃左右。在外冷和内温结合的流程中,第一氧化塔取65-75℃ 2.2反应压力 适当的加压反应起三方面作用:①乙醛氧化是减少体积的反应,加压有利于反应向生成乙酸的方向进行。②乙醛氧化是液相反应,增加压力有利于氧气的溶解。③加压可以提高乙醛的沸点,减少乙醛向气相的损失。但由于加压,将提高操作费用,也不能过高。在装置中第一氧化取200KPa(表),第二氧化塔取l00KPa(表)。由于醋酸生产的危险性,反应器的设计压力取lMPa(表)。 2.3氧气分布器 在第一氧化塔中,全混快速反应状态下,氧气分布要求不高,氧气进入塔内,通过带小孔的分支管即已足够。第二氧化塔的乙醛浓度已较低,为了使氧气和乙醛有更好的接触界面,可采用不锈钢粉末冶炼的烧结管,它由若干分布头组成一个分布器,每个分布头的压降可根据需要设计。该分布器已由联合反应工程研究所研制。 2.4 N2气分布 未反应完的氧气在反应器液面上逸出,液面上同时还有气相乙醛和大量醋酸蒸汽。气相中氧含量过高有爆炸危险。N2气体作为保安的惰性气体充入塔顶。保证气相氧含量不超过10%( V )。在尾气中虽有三分之二联锁系统,即尾气在线氧含量分析仪,其中一台超过5%(V)预报警,超过10%(V)切断氧和乙醛停车。但在塔液面上仍难保证没有死角。进塔顶部的N2是容易短路排入尾气,引起液面上局部空间氧含量超过10%,发生爆炸危险。 2.5 爆破膜 由于醋酸装置的压力升高往往是突发的、瞬间的,安全阀的作用尚不足,应设置爆破膜。许多工厂都有过爆破膜打开的情况。根据计算和经验,爆破膜的大小应占塔顶截面的25%以上。爆破膜的压力设为600KPa(表),并应定期更换。

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