法过氧化氢合成中h

法过氧化氢合成中h

由于结构简单、处理能力大、传递质量高、运营成本低等优点，该工艺被广泛应用于原油、废水处理等领域。在此过程中,传质面积和轴向返混是影响萃取效率的主要因素。为增加相接触面积,减小轴向返混,提高萃取效率,人们提出了填料塔、脉动萃取塔、转盘塔及喷雾萃取塔等设备。关于筛板塔和填料塔的气体扰动萃取过程,RonaldPriestly等人认为扰动气体的表观空塔速率为0.02～0.03m·s-1时理论等板高度最低。为近一步减小轴向返混,提出了径向气体喷射的溶剂萃取过程,该过程轴向返混小,无塔内构件。H2O2是一种性能优良的氧化剂,因其以水为还原产物而倍受绿色化学与化工研究领域广泛关注。目前H2O2主要生产方法为蒽醌法,其过程中萃取是关键步骤之一。工业上一般利用筛板塔逆流液液萃取H2O2,为达到一定分离要求,往往以增加塔的高度来实现,而塔内引入喷射气体进行喷射萃取则可降低塔的传质单元高度,提高萃取效率。本实验以蒽醌法过氧化氢生产中的蒽醌工作液为实验物系,进行H2O2的喷射萃取及反应喷射萃取实验研究。以蒽醌氢化液为分散相,以含氧气体或氧气为喷射气体,则氢化液的氧化反应便可在水介质中进行,生成的H2O2不断地被萃取到纯水中在塔底成为产品,,实现H2O2的原位反应萃取,达到氧化与萃取相互促进的集成目的。研究结果也将为其它喷射气体是反应物之一的反应萃取体系提供计算依据。关于过氧化氢生产中氧化与萃取的集成国外专利有所报道,但其只是将氧化与萃取两独立过程在一塔内重复连续进行,没有实现真正意义上的集成。本文在实验基础上对喷射萃取及反应喷射萃取的集成作了探索。1实验部分1.1氢氧生物样品实验装置示意图见图1。萃取塔的塔径20mm,萃取温度为50℃。来自沧洲化肥厂的新鲜蒽醌工作液在自制的氢化装置上加氢得蒽醌氢化液,再用空气或氧气氧化为蒽醌氧化液。使含H2O24.00g/L蒽醌氧化液由平流泵经喷嘴进入塔底成为分散相,并在喷嘴尖端处被喷嘴环隙中喷出的压缩气体(空气或氧气)撕成细小液滴分散于连续相之中。萃取剂纯水由双柱塞泵经塔顶分布器向下成为连续相与分散相进行逆流萃取。л型管用于调节上澄清段内的两相界面高度,待系统操作稳定后,用碘量法分析塔顶萃余相及塔底萃取相中H2O2的含量。2结果与讨论2.1氧化液中h2的量的配比本文中萃取率为单位时间萃取相中H2O2的量占塔底进料蒽醌氧化液(H2O24.00g/L蒽醌氧化液)中H2O2的量的百分比。由图2可以看出,过氧化氢的萃取率随喷射气体(压缩空气)流量的增加而增加,随分散相流量的增加略有减少。喷射萃取的萃取率比液液萃取高2～3倍。主要因为气体的扰动因素使分散相液滴直径变小,增加了相间的接触面积,从而提高了传质速率。2.2气体流量对传质单元高度的影响在50℃下,进行气-液-液喷射萃取实验研究,压缩空气经塔底喷嘴环隙进入与由喷嘴中央进入的蒽醌氧化液混合逆流向上与连续相进行传质,蒽醌氧化液的流量(ml/min)分别为5.0,10.0,20.0,40.0。实验结果如图3所示。图中喷射气体流量为0.0ml/min时为液液萃取。由图3可知,在一定分散相流量下,传质单元高度随喷射气体的流量增加而减小,但当气体流量增加到一定程度时,传质单元高度的减小趋势变缓慢。这是因为随气体量增加液滴直径逐渐减小不断增加传质推动力,所以处理等量的物料传质单元高度持续减小。继续增加气体流量则液滴直径过小难于再聚集甚至发生乳化现象使萃取操作效率降低,因而传质单元高度不在明显减小。图中气体流量为0.0mL/min时表示进行液液萃取操作。由图可见,相同分散相流量下,喷射萃取的传质单元高度至少比液液萃取降低2～3倍。一定喷射气体流量下,随蒽醌氧化液流量增加,传质单元高度逐渐减小,当分散相流量大于20ml/min,气体流量大于61.5ml/min时,减小的趋势变缓慢。主要因为增加氧化液流量导致萃取相中H2O2浓度提高,使传质单元数变大,因而传质单元高度变小,但当分散相流量增到一定程度,其细小液滴易于再聚集成较大液滴而使相间传质面积变小,因而传质速率下降,传质单元高度减小趋势变缓。另由图3知当气体流量大于84.8ml/min时,两条曲线几乎重合。说明本条件下继续增加气体的流量传质单元高度不再降低,此时最佳气体流量为84.8ml/min.2.3填充塔醇法h2的氧化和萃取性能塔内的填料为钝化后的3.5×3.5cm不锈钢θ环,填料层高0.9m。2.3.1油相流量的影响由图4知,在氧气流量为179.24ml/min,萃取剂水流量为9.0ml/min下进行氢化液的氧化与萃取集成研究(氢化率以其完全氧化后含H2O2量计(g/L))。本实验取为4.0g/L,随油水比增加,氧化率与萃取率均有所下降。是因为氧化率随油相流量增加而减小,继而萃取率也减小。当油相流量为55ml/min,水流量为3ml/min时,氢化液的集成氧化率为80.97%,集成萃取率为74.87%。这说明H2O2生产中的氧化与萃取过程的集成是可行的。2.3.2萃取平台区的选择由图5知,随气油比增加,集成氧化率增加,直至完全氧化.而集成萃取率则出现平台区,即当气油比为8左右时,萃取率基本保持不变。气油比继续增加萃取率则下降.是因为塔内的夹带现象严重所至,说明本实验条件下,萃取过程为控制步骤,此时集成萃取率为90%左右。2.3.3萃取性能的影响由图6可见,在相同的分散相(Ud)及萃取剂水流量(Ug)下,进行集成萃取率与单纯喷射萃取率的比较,单纯喷射萃取时氧化液中含H2O24.0g/L,集成时氢化液完全氧化后的氧化液含H2O2也控制在4.0g/L。当气油比在7.5～14.5之间时,喷射萃取率和集成萃取率出现平台区,集成萃取率略低于喷射萃取率。这是因为集成萃取率不仅仅取决于氧化率,还与气体的扰动因素有关。集成过程中的氧气的反应消耗减弱了气体的扰动,因而集成萃取率有所减小。3最佳气油比及萃取性能1)在相同的条件下,空塔内的喷射萃取率是液液萃取率的2～3倍,而其传质单元高度仅为后者的1/2～1/3;2)氧化与萃取的集成过程中,集