TW200825048A - Liquid-gas phase reactor system - Google Patents

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200825048 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 相關申請案之交互參照 本案請求美國臨時專利申請案申請日2006年9月22曰 5 之權益。 發明領域 本發明係關於液氣相反應器系統以及進行液氣相反應 之方法。此等反應包括於同一個反應器内部之液相成分及 氣相成分，諸如於一液相反應介質中之芳香族烷烴(例如對 10 二甲苯)之氧化。

L· J 發明背景 本發明係關於液氣相反應器系統以及進行液氣相反應 之方法。此等反應包括於同一個反應器内部之液相成分及 15氣相成分’諸如於一液相反應介質中之芳香族烧烴(例如對 二甲苯)之氧化。 液氣相反應器系統為技藝界眾所周知，典型包含有任 選的輔助設備之一反應容器。包括攪動裝置之反應容器偶 爾也稱作為「攪拌槽反應器」或單稱為「STR」；而包括含 20氧氣體喷灑器之反應容器稱作為「液體氧化反應器」或 「LOR」（也參考美國專利案5，1〇8,662及5,536,875)。此等反 應器系統常用於發酵、氫化、光氣法、中和、氯化、及氧 化反應’於該等反應中需要讓液相成分與氣相成分間作緊 密接觸。為了改善液相成分與氣相成分間之質量轉移，經 5 200825048 常於反應容器内部含括攪動裝置。例如KKar及LPiras之 WO 01/41919，公告日期2〇〇1年6月14日，說明一種包括一 攪動系統之液氣相反應器系統，該攪動系統包含一導流管 以及軸向葉輪與徑向葉輪的組合來改善氣相成分與液相成 5分之混合。同理，2006年1月1〇日核發給A GnagneUi、K.Kar 及L.Piras之US 6,984,753說明一種用來於一裝配有一攪動 裝置之反應容器内部氧化二甲苯類之液氣相反應器系統， 攪動裝置包括有多個拋物線形葉片之氣體分散徑向葉輪 (例如貝克渦輪(Bakker Turbine)BT6型號）與於向下泵送模 10式操作之軸向葉輪(例如節距葉片葉輪)之組合，此處含氧氣 體係經由接近軸向葉輪梢端之噴嘴喷灑。於一個實施例 中，空氣係通過對二甲苯、乙酸、催化劑（亦即始及鐘）以及 引發劑（溴陰離子)之液相反應介質喷灑。放熱氧化反應所產 生之熱係藉溶劑以及對二甲苯氧化所產生之水（亦即「反應 15水」）之氣化而耗散。反應容器之溫度係藉溶劑及反應水之 氣化而耗散以及藉頂上空間蒸氣之冷凝液流之循環來控 制。容器内部之反應條件通常係維持於約18〇_2〇5。〇及約 14-18巴壓力。粗產物對苯二甲酸係透過結晶及過濾而由反 應產物流出流回收。 20 Lee之US 5，102,630說明類似之反應器系統及氧化反 應，其中氣化後的溶劑及反應水向上由反應器送出至頂上 空間冷凝器系統，於該處至少部分蒸氣被冷凝且經由來自 於容器頂部之一導管而回送反應容器。Huber等人之us 5,099,064揭示一種類似方法，其中一冷凝器係與一分離系 6 200825048 統組合，用來由冷凝產物中分離出富含溶劑部分，然後與 新鮮液體進給蒸氣組合，再度被導入容器下側或容器底部 之位在容器内部之液面高度下方位置。同理，H〇usiey等人 之US 6,949,673說明一種經修改之系統，其中冷凝產物可透 5過流出吊環而返回反應容器頂上空間，及/或透過一分開進 給管線或介於既有的進料流混合而被回送液相反應介質位 於反應容器中之液面高度下方位置。 多種液氣相化學反應產生固相反應產物。例如，對二 甲苯於乙酸内部之催化氧化可製造對苯二甲酸晶體。於工 10業規模反應器系統中，大部分對苯二甲酸晶體維持懸浮於 液相内部。但晶體可能堆積於反應器壁面上（「壁面穢垢」）， 晶體也可能連同其它上升蒸氣中的固體碎屑一起夾帶，結 果導致冷凝器進氣管的堵塞（「冷凝器堵塞」多項此等問 題說明於US 2004/0234435，公告日期2004年11月25日。 15 使用一吊環來將冷凝產物分散返回反應容器，可減少 壁面穢垢及冷凝器堵塞；但習知吊環設計只提供輕度改 善。舉例言之，此等應用中所使用之習知吊環包含一旋轉 中之平坦圓盤，具有多個由該盤之中心輪轂至其外周邊沿 徑向方向向外延伸之多個垂直升高之筆直葉片。吊環係位 2〇於谷器之上「頂上空間」區段。冷凝產物係透過位在旋轉 中之吊環上方之一導管而回送該容器。冷凝產物被進給至 該吊環上’隨後被「拋擲」或徑向向外分布於整個容器。 此種吊環之一項缺點為大部分冷凝產物只能於容器之有限 截面分布，極少有冷凝產物實際上到達反應器壁面。第二 7 200825048 項缺點為液體傾向於以大型液滴，而非精細分割之液滴分 布。結果，此種系統遭遇壁面穢垢、冷凝器堵塞以及冷凝 產物與液相反應介質之混合不良。此外，發明人發現比較 經由於位在液面高度下方之液體入口將冷凝產物回送容器 5 (例如伴以輸入新鮮液相反應介質），前述吊環於耗散由放熱 反應所產生之熱量較為無效。例如使用芳香族烧烴之放熱 氧化反應，反應所產生之大量熱係於液相反應介質之中段 被冷凝。此等「熱點」導致非期望的反應，溶劑的耗用， 以及蒸氣產生的增加，全部皆促成操作成本的升高及效率 10 的降低。發明人額外進行研究也驗證比較經由於容器之液 面高度下方的一點，透過一液體進給管線來回送冷凝產 物，諸如使用導入新鮮液體反應介質之進給管線，使用此 種吊環提供冷凝產物與液相反應介質之較非有效混合。 前述吊環係與如液氣相反應器系統所使用之液體分布 15相關聯。吊環也用於非類似技術，諸如涉及砂與其它固體 的混合技術，例如參考美國專利案4,453,829及4,8〇8,〇〇4。 【發明内容3 發明概要 本發明之一個貫施例為一種包括_反應容器、一液體 20入口及一吊環之液氣相反應器系統。該吊環包含一上水平 表面，其包括沿一彎曲路徑於徑向向外延伸之多個垂直升 咼葉片，該等葉片可將液體（例如新鮮進料、冷凝產物等） 有效分布至反應谷器。於又另一個實施例中，發明為一種 於一液氣相反應器系統内部氧化一有機反應物之方法。也 8 200825048 揭不其它實施例。雖然本發明可寬廣應崎進行涉及氣相 及液相二者之反應，例如發酵、氫化、光氣法、中和、及 氯化；但本發明特別可用於芳香族烷烴諸如對二甲笨之#化。 圖式簡單說明 ^ 〇 幻圖為-種液氣相反應器系統之_個實施例之示意圖。 第2圖為本吊環之一個實施例之透視圖。 第3圖為本吊環之另一個實施例之透視圖。 【赏^ 較佳實施例之詳細說明 10 15 20 本發明包括-種液氣相反應器系統以及一種於一液氣 相反應器系_部氧化_有機反應物之方法。反應器系統 包括-反應容器’於此處也簡稱為「容器」或「反應器」。 ί器本身對本發9倾無特殊限制，可包対義騰型反應 H #同大部分反應系統，該化學方法之本質將決定 容器及辅助設備之_及組讀料。舉例言之，不録鋼材 料或鈦材料常用於高度腐純化學製程；而以碳為主之鋼 則適用於非腐触環境。用於大部分用途，容器包括一圓 域面諸如垂直校準之H，該玉作缸具有與該頂上空 品相對應《上區段以及與容器㈣之該液相反應介質 之液面高度相對應之一下區段。 二了有助於若干本發明之實施例之進—步說明，現在 二…、第1圖’第1圖為大致顯示於狀液氣相反應器系統之 間化不思®。系、_包括—容1111，容ϋΐΐ具有垂直校準 之圓柱形組態具有一内部直徑「Τ」、-上區段12及-下區 9 200825048 5 10 15 20 段14。容器11顯示為包括一液相反應介質16，其典型包含 一溶劑，一種或多種反應物，以及可能之催化劑及其它成 分。液相反應介質16可包括懸浮固體、分散液、以及不相 溶混之液體連同溶解之氣體之組合物。用於第1圖之目的， 上液面高度18分隔容器之上區段12及下區段14。 雖然並非對本發明之全部實施例為必須，第1圖之反應 器系統包括一攪動裝置，包含沿容器n之軸線由上區段12 延伸至下區段14之傳動軸2〇。軸線較佳為垂直設置，且係 位於容器内部之中央位置。傳動軸20可藉位在容器11外部 之習知馬達22來驅動。傳動軸2〇典型為具有圓形截面之圓 柱體，但也可使用其它組態，例如多角形、橢圓形等。攪 動裝置包括固定於容器丨丨之下區段丨4中之傳動軸2〇之上葉 輪24及下葉輪％。雖然顯示兩個葉輪，但常用一個、兩個 或多個葉輪，適用於本發明。雖然作大致顯示，但多種特 疋類i之葉輪為技藝界所常用，且適用於本發明之多個實 施例。舉例言之，US 6,984,753說明一種攪動裝置包括非對 稱徑向葉輪與軸向葉輪之組合，例如—上有節距葉片葉輪 以及一下#向葉輪，該下徑向葉輪包含多個拋物線形葉片 由一圓盤於徑向方向延伸，各個葉片有1弧比其底弧更 長。此型柄裳置係以向下流動模式操作，且係適用於若 干树明之實施例，併人此處以供參考。如參照第2圖進一 步況明其細節，反應系統1〇額外包括具有直徑「〇 衣28口々於容器11之上區段12之傳動軸2G。如此，單一傳 動轴2〇可作為吊環28及混合葉輪24/26二者之功 能 10 200825048 容器11包括與一冷凝器3 2作流體連通之一蒸氣出氣口 30，該冷凝器32又透過第一液體入口34及第二液體入口 36 而與容器11作流體連通。冷凝器32典型係位於容器11外 部。第二液體入口 36顯示為於低於液面高度18之一位置進 5 入容器11前，於連接閥「V」與新鮮液體反應介質入口 38 作流體連通。雖然顯示包括兩個液體入口 34/36，但本發明 之若干實施例只需要來自於冷凝器32(或其它液體來源，諸 如新鮮液體進料)之一第一液體入口 34。其它實施例具有包 括額外入口之組態，其中冷凝產物係透過位在容器11之液 10 面高度下方之一個位置之一液體入口而返回容器，該冷凝 產物可與新鮮液體反應介質進料組合或否。蒸氣出氣口 30、第一液體入口 34、第二液體入口 36、新鮮液體反應介 質38、連接管路及加壓閥（只示意顯示）及冷凝器32可選自於 業界習知應用於特定化學製程之習用者。雖然圖中並未顯 15不，但冷;旋為可組合或結合其它早元操作，包括溶劑汽提 器、蒸餾裝置及/或其它習知分離裝置來冷凝及分離蒸氣成 分。於一個實施例中，富含溶劑相返回容器，而缺乏溶劑 相被送至廢料處理。廢料處理包括含催化劑回收之額外單 兀操作。非可冷凝成分可被通風，及/或送至額外單元操作 20諸如條氣器、焚化器及氣體膨脹器。 反應器系統包括用來控制冷凝產物流至容器之一冷凝 產物控制裂置39。此種液體控制裝置為業界人士眾所周 知，包含一閥，該閥可藉手動控制或視需要可聯結至一控 制裝置諸如-電腦，用來基於操作條件，諸如内部操作： 11 200825048 度、進料速率、壁面穢垢等，來調節流量及流動方向。更 特別基於於液相反應介質16測量得之容器之内溫，冷凝產 物可藉冷凝產物控制裝置39而分配於第一液體入口 34與第 二液體入口 36間。換言之較高百分比之返回至容器之冷凝 5產物（「回流冷凝產物」）可被導引至第二液體入口 36來耗散 更多内部熱量；或若檢測得壁面穢垢或冷凝產物堵塞，則 冷凝產物可經由第一液體入口 34被導引至容器。於一個實 施例中，冷凝產物控制裝置39包含定位於遍布反應器系統 10且聯結至電腦（圖中未顯示）之内部感測器，該等内部感測 10器係藉閥（圖中未顯示)來控制來自於冷凝器32之冷凝產物流。 氣體進氣口 40將氣體分配至容器丨丨内部之期望之位 置。雖然並非於全部本發明之實施例所需，氣體進氣口4〇 常用於氧化反應，典型將含氧氣體例如氧氣、空氣、富氧 空氣等輸送至接近下葉輪26之一個或多個位置。各種組態 15皆適用，包括導引入氣體之多個氣體進氣口仙位於容如 内部之多個位置。氣體噴灑器4〇典型包括—遠端氣體盛袭 槽及幫浦（®巾未料)連同至觀“進❹及排放_ 或「噴灑器」（圖中未顯示）。 ' ^ 2〇應產物流出流由容器中移出。此稽區1又14 ’用來將反 含呈漿液、分散液或乳液形式之有4應產物流出流經常包 第2圖顯示本吊環28之一個會/固體含*之液體。 大致上包含圓盤狀結構。雖铁於圖:例之透視圖。吊環28 可呈其它形狀，例如橢圓形、、矩示為圓形，但吊壤 。於該種情況下，後 12 200825048 文述及「徑向」一詞須瞭解係表示由接近中心之一點延伸 至外周邊。須瞭解用來述及吊環28或上水平表面46之「中 心」一岡包括涵蓋轉軸之一區，該中心可與幾何中心不同。 吊環28包括取中於傳動軸2〇通入其中之縱軸「a」之一中心 5開口 42。一輪轂44或類似之裝置可用來將吊環28固定於傳 動軸20。雖然顯示為圓形，但中心開口42可具有其它形狀， 例如橢圓形、矩形，但較佳係與傳動軸2〇之截面形狀相對 應。吊環28包括一上水平表面46。雖然顯示為平坦光滑， 該表面可包括脊、槽、或其它組態。雖然於圖中輪轂44顯 10示為位在於上水平表面46之表面上，但輪轂44可位在於其 它位置，包括上水平表面46下方。多個垂直升高之葉片48 或「葉片」係沿一彎曲路徑由上水平表面46之中心於徑向 向外延伸。各個葉片之彎曲路徑較佳係相對於旋轉方向（以 縱軸「A」為中心）界定一凸面弧，如第2圖之大箭頭表示。 15葉片48較佳為垂直於上水平表面46定向之薄壁結構，且具 有均勻高度「H」及均勻曲率。但葉片价沿其長度方向之高 度改變，葉片間之高度可改變，可傾斜或相對於上水平表 面46以非垂直方向定向，且可沿其長度之曲率改變，及/或 於個別葉片間之曲率改變。葉片48有位置相鄰於上水平表 20面46中心之一第一端5〇，沿一 f曲路徑於經向方向向外延 伸至位置相鄰於上水平表面46之外周邊之一第二端^。雖 然葉片48之第-端5〇係由中心開口 42或輪較44直接向外延 伸，但第一端50較佳係與其隔開，且界定位置取中於上水 平表面46中心之一液體接納區段54之外周邊。注意葉片48 13 200825048 之第一端50可垂直於上水平表面46，但非必要 入口 34較佳位在㈣接魄段54的正上方， 二:冷=物或其它液體被進給至卿之液體接納I: 上。須瞭解多個液體入口可用來於液體接納區段54周圍 ，置配送液趙。軸於圖中顯示為光滑面，但 ^ 區段54相對應之上水平表_部分可包括-同心槽道= 似之協助《分配㈣構。液體接純砂協助液體分配 於上水平表面46上，且特別係分配於個㈣片48間。 第一液體 故被導入容器 10 15 ”第3圖顯示吊環28之另-個實施例。第3圖之實施例與 弟2圖之貫施例共享多項共通特徵，為求方便，類似特徵標 :以相同之參考號碼。與第2圖相反，於第3圖之實施例中， 第液體入口 34於接近末端為彎曲，讓液體被導向傳動轴 2〇。此外，輪較（®巾未顯示）録在於上水平表祕下方。 與第2圖之實施例之額外區別，第3圖之實施例包括_杯 % ’該杯56包含由相鄰於上水平表面牝之位置向上延伸之 —垂直壁4係以吊環中心為中心同心定位。杯％包括接 納來自於第-液體人π34之液體之—開放上區段，以及位 置相鄰於上水平表面46之至少—個開⑽，用來分配液體 於吊環28之上水平表面46。杯56提供環繞液體接納區段％ 之一部分障體或包圍體。杯56可@定(例如雜）至葉片48 ，第一端50。雖然杯56具有與葉片牝約略相等高度，但於 該具體實施例中’杯並未—路向下延伸至上水平表面糾， 此开>成一個相鄰於上水平表面46之開口。如此，被導入 於杯56之液缝收集於液體接納區段，通·㈣以相對 20 200825048 均勻方式徑向向外分布於上水平表面46上。於另一個實施 例中（圖中未顯示），杯具有與葉片不同之高度，及/或可向 下延伸入與上水平表面46接觸，於該種情況下，開口“可 包含貫穿杯之垂直壁之-個或多個開縫、孔口或其它孔隙 5來允許液體於徑向向外通過至上水平表面46上。 與液氣相反應器系統所使用之習知吊環比較，本液體 接納區段54配送更多液體於吊環28之上水平表面扣之大部 分上，結果導致於個別葉片48間之液體的更均勾分布。於 操作中，吊環28之彎曲葉片48提供環繞容器u之整個截面 1〇區液體分布的改良，藉此減少壁面機垢。此外，彎曲葉片 48提供更為均勻之液滴分布，如此改良：^與容器中之液相 反應介質的混合；ii)與於容_上區段中爽帶於蒸氣中之 固體附聚；以及ui)與蒸氣之熱量轉移及質量轉移。因本吊 環分配液體於容H之截面積更有效，故處理壁面穢垢及/或 15冷凝物堵塞所需之總液體量減少。如此，於本發明之若干 實施例中，顯著部分被導入容器之液體可被轉向入位置低 於容器之液面高度之液體入口。本發明之此一態樣特別可 用於使用溶劑諸如水性酸如乙酸合稱為「液體反應介質」 來氧化芳香族烧烴，諸如二甲笨（包括但非限於對二甲苯、 20間二甲苯、鄰二甲苯、及其各種組合）。使用此等反應，氣 分子源(例如含氧氣體、氧過氧化物等)被導入一反應容器内 部之液體反應介質中。所得反應為放熱反應，所產生之熱 量氣化被收集於液體反應介質液面高度上方之容器上區段 中之反應水及溶劑。蒸氣經過冷凝，經由至少兩個途徑返 15 200825048 回液體反應介質，一吊環係位在容器之上區段，以及一液 體入口係位在液體反應介質液面高度下方之容器下區段。 此種放熱反應傾向於發展出「熱點」或於液體反應介質内 部之局部較高溫度區域。當裝配有包括彎曲葉片之本吊環 5時’返回容器之冷凝產物之少於50%，且更佳少於3〇%須透 過吊環返回，來有效減輕壁面穢垢及/或冷凝產物堵塞。結 果，大於50%且更佳大於70。/。所返回之冷凝產物可藉位在於 容器下區段之液體入口而被導入液體反應介質内部。如前 文說明，經由位在容器下區段之一液體入口而導入冷凝產 1〇物，於減少液體反應介質内部之「熱點」較為有效 。如此， 經由最佳化反應參數，反應參數諸如溫度、重量梯度、及 重量轉移係數相依性變數，該反應系統更為密切類似恒定 化學電位條件，而未顯著造成壁面機垢或冷凝產物堵塞。 於此等最佳反應條件下操作，減少非期望之反應及溶劑的 15耗用，同時減少維持期望之操作溫度所需之氣化總量。 本反應益系統主要係參照附圖所示較佳實施例作說 月，仁沾。曰技藝人士瞭解多項不同組態也適用於本發明且 係落入於本發明之範圍。例如，Us 所述之大致系 統組態用於芳香族烧烴之氧化為特佳，該案以引用方式併 20二此處；但也適用不同型攪動葉輪、泵送模式（亦即向上栗 相對於向下泵送流）、氣體噴灑器、導流管等。此外， 若干本發明之實_不包括某些輔助設備，諸如義裝 置，於該種情況下，傳動軸較佳只延伸至容器的上區段來 轉吊裒此外，傳動軸並未通過吊環之中心開口，反 16 200825048 而可透過其它手段固定，例如對接熔接至該吊環之上水平 表面。舉個額外實例，第一液體入口 34可用來導入新鮮液 體反應介質而非導入冷凝產物。換言之，於本發明之一個 實施例中’冷凝環路(30、32、36)並非本發明之必要態樣。 5於另一個實施例中，全部冷凝產物皆係經由吊環而回送容 器11，並無任何部分係透過第二液體入口 36回送。於又另 一個本發明之實施例中，未包括氣體進氣口 40，諸如氧化 反應係利用液相氧過氧化物作為分子氧來源，於該種情況 下，氧過氧化物係透過一液體入口而被導入。 10 特定液氣相反應器系統之組態將依據特定化學製程及 操作規模決定。但大致上，吊環典型有2至16個葉片，但較 佳為6、7、8、9、或10個葉片環繞吊環之上水平表面均勻 隔開。吊環較佳為圓形，具有直徑「D」；容器較佳實質上 為圓柱體，具有内徑「T」，其中D/T係由約0·05至〇·7，更佳 15由約0·1至0·5。葉片如由吊環之上水平表面垂直測量，共享 均勻垂直高度「Η」，其中Η/D係由約〇.〇1至1。各個葉片較 佳係沿具有曲率半徑rR」及弧長rL」之實質恆定曲率之 一彎曲路徑延伸，其中R/D關係係由〇.01至1〇〇〇，以及L/D 關係係由約〇·〇 1至3· 14。於一較佳實施例中，r/d、L/D及 20 H/D彼此相同或相異，但分別係選自於約〇·ι至1，但更佳分 別係由約〇·1至〇·5。 本發明之第二環可使用習知製造方法，例如澆鑄、熔 接等而由習知材料例如鋼、鈦、塑膠等製成。如前文說明， 特定組成材料將依據化學方法之本質決定，例如腐蝕環境 17 200825048 典型t求❹鈦或不錄鋼；而非顧環境則有機會使用較 為廉知的材料’例如以碳為主之鋼。依據容器之大小及組 態決定^環可域㈣段触成，各個節段係於容器内 藉將各11&以栓接祕接而於容器内部組合。於例 如藉溶接、栓接、使用黏著卿，於容器内部組裝各個圓 盤節段之前，葉片較佳係固定人吊環之上水平表面。於多 個工業規模系統中，吊環將由鋼製成，葉片係熔接至吊環 之上水平表面，吊社多_盤節段係共同栓接於容器内 10 部。經由使用螺栓及習知輪轂内部之相對應之接納孔隙來 將吊環固定至容器内部之一傳動軸。 本液氣相反應器系統可用來進行於同一個容器内部涉 及液相成分及氣相成分之寬廣多項化學方法。舉例言之， 本反應器系統可用於發酵、氫化、光氣法、中和、氣化、 及氧化反應，特別可用於芳香族烷烴之氧化。 15 #在於容器之氣相可由外部來源添加，例如經由氣體 噴麗器添加，可呈直接反應產物而產生，及/或可由氣化部 分液相反應介質之反應熱獲得。同理，存在於容器之液相 可由外部來源例如經由液體入口添加，藉冷凝而於原位產 生’及/或經由反應諸如由對二甲笨氣化製造反應水所產 20生。特殊反應之反應物可呈液相、氣相或其組合而被導入 容器内。液相典型包含一反應介質，包括溶劑、一種或多 種反應物、催化劑、引發劑等。 舉例言之’本反應器系統特別適合用於芳香族烷烴之 氧化。「芳香族烧烴」一詞意圖表示經以一個或多個各自含 18 200825048 1至4個碳原子找基(例如甲基、乙基、丙基、異丙基、及 丁基)取代之芳香環。特佳包括但非限於：甲苯、對二甲苯、 間二甲苯、鄰二甲笨、及三甲苯類；但以對二甲苯為較佳 芳香族烷烴。 5 ^化較佳係藉添加分子氧來源而達成。典型係藉氣體 喷灑器將含氧氣體導人容器㈣之液體反應介質中而達 成。雖然可使用純氧或高氧含量空氣，但以空氣為佳。其 匕適用之途徑包括通過液體入口而將液相氧過氧化物添加 至液體反應介質中。熟諳技藝人士瞭解於本發明之内文 10中’也可使用其它分子氧來源。 較佳氧化產物包括芳香族羧酸類諸如：苯曱酸、鄰笨 一曱酸、間苯二甲酸、對苯二曱酸(例如1，4_苯二叛酸）、笨 三羧酸、偏苯三酸（1，2,4-苯三羧酸）、2,6-毡二羧酸。 芳香族烷烴之氧化典型係於純酸或水性酸溶劑中進 15行，酸諸如苯甲酸或CVC6脂肪酸，例如乙酸、丙酸、正丁 酸、正戊酸、三甲基乙酸、己酸、及其混合物。較佳酸溶 劑為水性乙酸。 芳香族烧烴之氧化反應可借助於催化劑的使用。舉例 言之，對二甲苯之氧化經常係藉可溶於選定溶劑之鈷化合 20 物與錳化合物或錯合物之混合物來催化。溴陰離子也可用 作為引發劑。常見溴陰離子來源包括：四溴乙烧、HBr、 MeBr(此處「Me」為選自於驗金屬族及/或c〇及/或Μη之金 屬）及NH4Br。 對二甲苯之氧化較佳係於約18〇。(：至205°C之溫度於約 25 14巴至18巴，使用空氣於水性乙酸進行。 19 200825048 本發明已經參照多個實施例作說明。但熟諳技藝人士 須暸解可未悖離如申請專利範圍所界定之本發明之精髓及 範圍而對本發明做出修改及變化。 I：圖式簡單說明3 5 第1圖為一種液氣相反應器系統之一個實施例之示意圖。 第2圖為本吊環之一個實施例之透視圖。 第3圖為本吊環之另一個實施例之透視圖。 【主要元件符號說明】 10…液氣相反應器系統、系統 39...冷凝產物控制裝置 11...容器、反應容器 40...氣體進氣口 12...上區段 41…產物出口 14...下區段 42...中心開口 16…液相反應介質 44…輪轂 18...上液面高度 46...上水平表面 20...傳動轴 48...縱向升高葉片 22…馬達 50…第一端 24··.上葉輪 52…第二端 26...下葉輪 54...液體接納區段 28…吊環 56…杯 30...蒸氣出氣口 58…開口 32"·冷凝器 D…直徑 34…第一液體入口 T...内部直徑 36…第二液體入口 V···連接閥 38…新鮮液體反應介質入口 20

Claims (1)

1. 200825048 十、申請專利範®： 1· 一種液氣相反應器系統，包含·· 包括一上區段及一下區段之一反應容器； 位於5亥谷之上區段之一第一液體入口； 5 延伸貫穿該容器之上區段之至少一部分之一傳動軸； 固定於該傳動軸上且係位於該容器之上區段中與 該第一液體入口下方之一吊環，其中該吊環包含一上水 平表面，其包括沿一管曲路徑而徑向向外延伸之多個垂 直升高葉片。 1〇 2·如前述申請專利範圍各項中任一項之反應器系統，其中 该吊ί哀包含位置環繞該上水平表面之中心之一液體接 納區段，以及其中該等葉片係沿一彎曲路徑，由位置相 鄰於該液體接納區段外周邊之一第一端徑向向外延伸 至位置鄰近該吊環之外周邊之一第二端延伸。 15 3·如前述申請專利範圍各項中任一項之反應器系統，其中 該第一液體入口係設置於該液體接納區段上方，讓離開 該第一液體入口之液體係被導引入該液體接納區段。 4·如前述申請專利範圍各項中任一項之反應器系統，其中 該吊環包括一杯，該杯包含以該上水平表面中心為中心 20 同心設置且係包圍該液體接納區段之至少一部分之一 垂直壁，其中該杯包括位置相鄰於該上水平表面之至少 一個開口。 5·如前述申請專利範圍各項中任一項之反應器系統，其中 該吊環包含一中心開口，其中該傳動軸係延伸入該中心 21 200825048 開口内。 6. 如前述申請專利範圍各項中任一項之反應器系統，其中 該吊環之上水平表面為實質上圓形，具有直徑(D)，該 等葉片各自係沿具有曲率半徑(R)及弧長(L)之實質上恆 5 定曲率之一彎曲路徑延伸，其中該關係式R/D係由約 0.01至1000,以及L/D係由約0.01至3.14。 7. 如前述申請專利範圍各項中任一項之反應器系統，其中 該等關係式R/D及L/D可彼此相同或相異，及各自由約 0.1至 1。 10 8.如前述申請專利範圍各項中任一項之反應器系統，其中 該反應容器為具有内部直徑(T)之實質上圓柱形，該吊 環之上水平表面為具有直徑(D)之實質上圓形，其中該 關係式D/T係由約0.05至0.7。 9. 如前述申請專利範圍各項中任一項之反應器系統，其中 15 該吊環包括2個至16個葉片，各葉片具有距該上水平表 面之垂直高度(H)，其中該關係式Η/D係由約0.01至1。 10. 如前述申請專利範圍各項中任一項之反應器系統，進一 步包含： 於該反應容器之下區段之一第二液體入口； 20 位於該反應容器之上區段之一蒸氣出口； 與該蒸氣出口、該第一液體入口及該第二液體入口 作流體連通之至少一個冷凝器；以及 用來控制冷凝產物經由該第一液體入口及第二液 體入口由該冷凝器流至該反應容器用之一冷凝產物控 22 200825048 制裝置。 11. 一種液氣相反應器系統，包含： 一反應容器，其具有有内部直徑（T)之垂直定向之 圓柱形内表面，及一上區段及一下區段； 5 位於該容器之上區段之一第一液體入口； 位於該容器之下區段之一第二液體入口； 位於該容器之下區段之一產物出口； 位於該容器之上區段之一蒸氣出口； 與該蒸氣出口、該第一液體入口及該第二液體入口 10 作流體連通之至少一個冷凝器； 用來控制冷凝產物經由該第一液體入口及第二液 體入口由該冷凝器流至該反應容器用之一冷凝產物控 制裝置； 貫穿該容器之上區段及下區段垂直延伸之一傳動軸； 15 固定於該傳動軸上且位於該容器之下區段之至少 一個混合葉輪； 一吊環，其包含具有直徑(D)之一實質上圓形的上 水平表面，一中心開口，以該中心開口為中心同心定位 之一液體接納區段，具有實質上均勻高度(H)之沿一彎 20 曲路徑徑向向外延伸之多個縱向升高葉片，該路徑為具 有曲率半徑(R)之恆定曲率以及由位置環繞該液體接納 區段之外周邊之一第一端延伸至相鄰於該吊環之外周 邊之一第二端之一弧長(L); 其中該傳動軸係垂直延伸貫穿該中心開口，且係固 23 200825048 定於該吊環於該容器之上區段中於該第一液體入口下 方，故由該第-液體人口送出之液體係被導引入該液體 接納區段；以及 其中關係式R/D及L/D可彼此相同或相異，且各自 5 係由約0·1至1 ;以及 其中該等關係式D/T及Η/D可相同或相異且各自係 由約0.1至0.5。 12·—種於一液氣相反應器系統内部氧化芳香族烷烴之方 法，該方法包含下列步驟： 1〇 6又置具有-^^上區段及一下區段之一容哭； 將包含芳香族烷烴之液體反應介質導引入該容器 内部； 將分子氧來源導引至該容器内部之該液體反應介質； 冷凝形成於該液體反應介質上方之至少部分蒸氣； 15 將至少部分冷凝產物回送於該容器内部之該液體 反應介質； 其中多於50%所回送之冷凝產物係經由位於該容 器下區段中於該容器内部之液體反應介質之液面高度 下方之一液體入口而被導引至該液體反應介質，以及少 2〇 於50%之所回送之冷凝產物係經由位於該反應容器之上 區段中，於該容器内部之液體反應介質之液面高度上方 之吊環而被導引至該液體反應介質。 13·如申請專利範圍第π項之方法，其中多於70%所回送之 冷凝產物係經由位於該容器之下區段之一液體入口而 24 200825048 被導引至該液體反應介質，以及少於30%所回送之冷凝 產物係經由位於該反應容器上區段中，於該容器内部之 液體反應介質液面高度上方之一吊環而被回送。 14. 如申請專利範圍第12及13項之方法，其中該經由一吊環 5 回送部分冷凝產物之步驟包含當一吊環係以一縱轴為 中心旋轉時配送冷凝產物之步驟，其中該吊環包含一上 水平表面，該表面包括沿一彎曲路徑而由該縱軸向外延 伸之多個縱向升高之葉片。 15. 如申請專利範圍第12、13或14項之方法，其中該芳香族烷 10 烴包含對二甲苯，以及該液體反應介質進一步包含乙酸。 25