法过氧化氢生产过程中h

法过氧化氢生产过程中h

在溶剂萃取过程中，传质面积和轴向回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,RonaldPriestley等认为扰动气体的表观空塔速率为0.02—0.03m/s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,目前其主要生产方法为蒽醌法,而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,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。1实验部分1.1萃取剂为复合液-水体系中混合分散相的检测实验装置见图1。萃取塔塔径为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。蒽醌氧化液(含H2O24.00g/L)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。π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。1.2碘量法分配温度在50℃下进行H2O2在不含萜松醇的沧州化肥厂蒽醌工作液和水中的分配曲线测定。取100mL新鲜蒽醌工作液和50mL质量浓度分别为0.3257、0.228、0.2606、0.1954、0.1629、0.1303、0.0977、0.0651、0.0326g/mL的H2O2水溶液于250mL三口烧瓶中,机械搅拌30min,静止60min,用碘量法分析两相中H2O2的质量浓度,分配曲线见图2。由图中可看出,当水相H2O2质量浓度低于0.250g/mL时,分配曲线基本为一过原点的直线。2结果与讨论2.1萃取剂用量的确定在50℃下,分散相(蒽醌氧化液)流量Ud=10mL/min时,研究了萃取剂流量对H2O2萃取率的影响,实验结果如图3所示。由图可见,萃取剂用量由5.0mL/min增加到16.0mL/min,H2O2的萃取率基本不变。这是因为过氧化氢的分配系数较大,萃取比在1∶1和1∶50之间时均能获得较好的分离效果。实验中,取萃取剂用量Uc=9.0mL/min的连续相(纯水)流量进行喷射萃取实验研究,塔底氧化液为含H2O24.00g/L的蒽醌工作液。2.2萃取率本文中萃取率为塔底进料蒽醌氧化液中H2O2的质量(4.00g/L)减去塔顶萃余相中H2O2的质量与塔底进料蒽醌氧化液中H2O2的质量比。由图4可以看出,H2O2的萃取率随喷射气体流量的增加而增加,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。2.3气体流量对萃取单元高度的影响50℃下,进行气液液喷射萃取实验研究,压缩空气或氧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进行传质,蒽醌氧化液的流量分别为5.0、10.0、20.0、40.0mL/min,实验结果如图5所示。图中喷射气体流量为0.0mL/min时为液液萃取,由图中可知,在一定分散相流量下,传质单元高度随喷射气体流量增加而减小,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,处理等量的物料传质单元高度减小。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再明显减小。图5中气体流量为0.0mL/min时进行液液萃取操作。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。另由图5可见,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。4萃取剂用量的影响(1)本实验物系中,50℃下H2O2在水和工作液中的分配系数较大,在本文条件下为90以上。因此认为萃取比在1∶1和1∶50之间时,萃取剂用量对液液萃取塔H2O2的萃取率影响不大。(2)喷射萃取H2O2的萃取率比液液萃取