PX氧化鼓泡塔反应器内的TA浓度分布-中华塔器网

谢刚，代伟，李希
1．浙江华联三鑫石化有限公司，浙江绍兴312000；
2．浙江大学生物与化学工程系，浙江杭州310027
对二甲苯(PX)氧化反应器为浆态反应器，PX氧化的产物对苯二甲酸(TA)为固体颗粒，悬浮于反应器中。工业PX氧化反应器有搅拌釜和鼓泡塔2种类型，在搅拌釜中，TA悬浮所需能量由搅拌提供，在鼓泡塔中，TA悬浮依靠气体搅动。固体在反应器内的悬浮状态依据悬浮程度分为部分悬浮、完全悬浮、均匀悬浮等几种状况。Zwietering 将粒子在底部停留时间不超过1-2 s的状况称为完全悬浮，可由临界完全悬浮气速来判断。正常操作时，要求TA颗粒在反应器内保持完全悬浮状态。以避免结垢和堵塞。为了考察TA在鼓泡塔内的悬浮状况及其浓度分布，建立了一套冷模实验装置，研究了接近工业PX氧化操作条件下的颗粒悬浮特征，并依据沉降一扩散模型对三井、鲁奇工业鼓泡塔反应器中的TA浓度分布做了模拟计算，所得结果可以为反应器设计和改造提供依据。
1 实验
实验鼓泡塔内径为476 mm、高5 m，实验在常温常压下进行，以空气一水一铸石粉为实验体系。铸石粉为深灰色、粒度100～140μm、密度3．0 X10(e3)kg／m3，不溶于水。实验中，以固含量(浆料中固体的体积分率)的沿塔分布来考察固体颗粒。王塔内的分布情况。即沿塔上中下3个位置(图1中7所示)取浆料样品约500 ml，将浆料过滤后置于烘箱中(100～110℃)烘干至恒重，若已知取样瓶净重x。及浆料、取样瓶总重则该样品的固含量。或颗粒浓度(单位体积浆料中的颗粒质量)Ca为

实验条件与各工业实际工况的操作参数范围列于表1。由表1可知，实验范围基本覆盖了工业实际工况。

2 沉降一扩散模型
一般地，反应器内的固体浓度轴向分布可用一维沉降一扩散模型来描述，对于实验间歇条件该模型为式(3)，其解为式(4)；对于工业连续操作该模型为式(5)，解为式(6)。式(3)～(6)中，U。为受阻沉降速度，D。为粒子轴向分散系数，可由式(7)计算

3.实验结果及讨论
3．1 悬浮状况的判定
实验及工业条件下的临界完全悬浮气速(U。 )可用Koide等 (1983)提出的关联式计算(式(8))，计算结果如表2所示。由表2可知，操作气速远大于临界气速，因此可以判定，实验及工业鼓泡塔反应器中的固体颗粒已经完全悬浮。

3．2实验鼓泡塔中的颗粒浓度分布
实验鼓泡塔内的固含量分布示于图2。由图2可知，鼓泡塔下部的固含量略大于中部和上部，但程度有限，3处局部固含量均接近于平均值，可以认为粒子在塔内呈均匀悬浮状态，这是由于气速较大的缘故。实际上，高气速是PX氧化的一个典型特征。由于实验条件覆盖了工业操作条件，因此可知工业反应器中TA也应呈均匀悬浮状态。

图3、4给出了沉降一扩散模型计算值与实验值的对比，其中的c。实验值由图2中的。依据式(2)换算而得。考虑到实验本身固体取样的误差，由图3、4可知该模型具有较好的预测性能，可用于有关的模拟与计算。

3．3 工业反应器内的TA浓度分布计算
为了更清楚地说明问题，将沉降一扩散模型应用于Lurgi及三井工业PX氧化反应器，以计算塔内的TA浓度分布。有关的计算参数列于表3，计算结果列于表4。由表4可知，反应器内固体TA浓度沿塔高几乎均匀分布(均匀悬浮)，与3．2节中基于实验结果对TA悬浮状况的判断相吻合。

4 结论
工业PX氧化鼓泡塔反应器中的TA颗粒处于完全悬浮状态，TA浓度沿塔高接近均匀分布。

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