法過(guò)氧化氫合成中h

法過(guò)氧化氫合成中h

由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理能力大、傳遞質(zhì)量高、運(yùn)營(yíng)成本低等優(yōu)點(diǎn)，該工藝被廣泛應(yīng)用于原油、廢水處理等領(lǐng)域。在此過(guò)程中,傳質(zhì)面積和軸向返混是影響萃取效率的主要因素。為增加相接觸面積,減小軸向返混,提高萃取效率,人們提出了填料塔、脈動(dòng)萃取塔、轉(zhuǎn)盤(pán)塔及噴霧萃取塔等設(shè)備。關(guān)于篩板塔和填料塔的氣體擾動(dòng)萃取過(guò)程,RonaldPriestly等人認(rèn)為擾動(dòng)氣體的表觀空塔速率為0.02～0.03m·s-1時(shí)理論等板高度最低。為近一步減小軸向返混,提出了徑向氣體噴射的溶劑萃取過(guò)程,該過(guò)程軸向返混小,無(wú)塔內(nèi)構(gòu)件。H2O2是一種性能優(yōu)良的氧化劑,因其以水為還原產(chǎn)物而倍受綠色化學(xué)與化工研究領(lǐng)域廣泛關(guān)注。目前H2O2主要生產(chǎn)方法為蒽醌法,其過(guò)程中萃取是關(guān)鍵步驟之一。工業(yè)上一般利用篩板塔逆流液液萃取H2O2,為達(dá)到一定分離要求,往往以增加塔的高度來(lái)實(shí)現(xiàn),而塔內(nèi)引入噴射氣體進(jìn)行噴射萃取則可降低塔的傳質(zhì)單元高度,提高萃取效率。本實(shí)驗(yàn)以蒽醌法過(guò)氧化氫生產(chǎn)中的蒽醌工作液為實(shí)驗(yàn)物系,進(jìn)行H2O2的噴射萃取及反應(yīng)噴射萃取實(shí)驗(yàn)研究。以蒽醌氫化液為分散相,以含氧氣體或氧氣為噴射氣體,則氫化液的氧化反應(yīng)便可在水介質(zhì)中進(jìn)行,生成的H2O2不斷地被萃取到純水中在塔底成為產(chǎn)品,,實(shí)現(xiàn)H2O2的原位反應(yīng)萃取,達(dá)到氧化與萃取相互促進(jìn)的集成目的。研究結(jié)果也將為其它噴射氣體是反應(yīng)物之一的反應(yīng)萃取體系提供計(jì)算依據(jù)。關(guān)于過(guò)氧化氫生產(chǎn)中氧化與萃取的集成國(guó)外專利有所報(bào)道,但其只是將氧化與萃取兩獨(dú)立過(guò)程在一塔內(nèi)重復(fù)連續(xù)進(jìn)行,沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上的集成。本文在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)噴射萃取及反應(yīng)噴射萃取的集成作了探索。1實(shí)驗(yàn)部分1.1氫氧生物樣品實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖1。萃取塔的塔徑20mm,萃取溫度為50℃。來(lái)自滄洲化肥廠的新鮮蒽醌工作液在自制的氫化裝置上加氫得蒽醌氫化液,再用空氣或氧氣氧化為蒽醌氧化液。使含H2O24.00g/L蒽醌氧化液由平流泵經(jīng)噴嘴進(jìn)入塔底成為分散相,并在噴嘴尖端處被噴嘴環(huán)隙中噴出的壓縮氣體(空氣或氧氣)撕成細(xì)小液滴分散于連續(xù)相之中。萃取劑純水由雙柱塞泵經(jīng)塔頂分布器向下成為連續(xù)相與分散相進(jìn)行逆流萃取。л型管用于調(diào)節(jié)上澄清段內(nèi)的兩相界面高度,待系統(tǒng)操作穩(wěn)定后,用碘量法分析塔頂萃余相及塔底萃取相中H2O2的含量。2結(jié)果與討論2.1氧化液中h2的量的配比本文中萃取率為單位時(shí)間萃取相中H2O2的量占塔底進(jìn)料蒽醌氧化液(H2O24.00g/L蒽醌氧化液)中H2O2的量的百分比。由圖2可以看出,過(guò)氧化氫的萃取率隨噴射氣體(壓縮空氣)流量的增加而增加,隨分散相流量的增加略有減少。噴射萃取的萃取率比液液萃取高2～3倍。主要因?yàn)闅怏w的擾動(dòng)因素使分散相液滴直徑變小,增加了相間的接觸面積,從而提高了傳質(zhì)速率。2.2氣體流量對(duì)傳質(zhì)單元高度的影響在50℃下,進(jìn)行氣-液-液噴射萃取實(shí)驗(yàn)研究,壓縮空氣經(jīng)塔底噴嘴環(huán)隙進(jìn)入與由噴嘴中央進(jìn)入的蒽醌氧化液混合逆流向上與連續(xù)相進(jìn)行傳質(zhì),蒽醌氧化液的流量(ml/min)分別為5.0,10.0,20.0,40.0。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。圖中噴射氣體流量為0.0ml/min時(shí)為液液萃取。由圖3可知,在一定分散相流量下,傳質(zhì)單元高度隨噴射氣體的流量增加而減小,但當(dāng)氣體流量增加到一定程度時(shí),傳質(zhì)單元高度的減小趨勢(shì)變緩慢。這是因?yàn)殡S氣體量增加液滴直徑逐漸減小不斷增加傳質(zhì)推動(dòng)力,所以處理等量的物料傳質(zhì)單元高度持續(xù)減小。繼續(xù)增加氣體流量則液滴直徑過(guò)小難于再聚集甚至發(fā)生乳化現(xiàn)象使萃取操作效率降低,因而傳質(zhì)單元高度不在明顯減小。圖中氣體流量為0.0mL/min時(shí)表示進(jìn)行液液萃取操作。由圖可見(jiàn),相同分散相流量下,噴射萃取的傳質(zhì)單元高度至少比液液萃取降低2～3倍。一定噴射氣體流量下,隨蒽醌氧化液流量增加,傳質(zhì)單元高度逐漸減小,當(dāng)分散相流量大于20ml/min,氣體流量大于61.5ml/min時(shí),減小的趨勢(shì)變緩慢。主要因?yàn)樵黾友趸毫髁繉?dǎo)致萃取相中H2O2濃度提高,使傳質(zhì)單元數(shù)變大,因而傳質(zhì)單元高度變小,但當(dāng)分散相流量增到一定程度,其細(xì)小液滴易于再聚集成較大液滴而使相間傳質(zhì)面積變小,因而傳質(zhì)速率下降,傳質(zhì)單元高度減小趨勢(shì)變緩。另由圖3知當(dāng)氣體流量大于84.8ml/min時(shí),兩條曲線幾乎重合。說(shuō)明本條件下繼續(xù)增加氣體的流量傳質(zhì)單元高度不再降低,此時(shí)最佳氣體流量為84.8ml/min.2.3填充塔醇法h2的氧化和萃取性能塔內(nèi)的填料為鈍化后的3.5×3.5cm不銹鋼θ環(huán),填料層高0.9m。2.3.1油相流量的影響由圖4知,在氧氣流量為179.24ml/min,萃取劑水流量為9.0ml/min下進(jìn)行氫化液的氧化與萃取集成研究(氫化率以其完全氧化后含H2O2量計(jì)(g/L))。本實(shí)驗(yàn)取為4.0g/L,隨油水比增加,氧化率與萃取率均有所下降。是因?yàn)檠趸孰S油相流量增加而減小,繼而萃取率也減小。當(dāng)油相流量為55ml/min,水流量為3ml/min時(shí),氫化液的集成氧化率為80.97%,集成萃取率為74.87%。這說(shuō)明H2O2生產(chǎn)中的氧化與萃取過(guò)程的集成是可行的。2.3.2萃取平臺(tái)區(qū)的選擇由圖5知,隨氣油比增加,集成氧化率增加,直至完全氧化.而集成萃取率則出現(xiàn)平臺(tái)區(qū),即當(dāng)氣油比為8左右時(shí),萃取率基本保持不變。氣油比繼續(xù)增加萃取率則下降.是因?yàn)樗?nèi)的夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重所至,說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)條件下,萃取過(guò)程為控制步驟,此時(shí)集成萃取率為90%左右。2.3.3萃取性能的影響由圖6可見(jiàn),在相同的分散相(Ud)及萃取劑水流量(Ug)下,進(jìn)行集成萃取率與單純噴射萃取率的比較,單純噴射萃取時(shí)氧化液中含H2O24.0g/L,集成時(shí)氫化液完全氧化后的氧化液含H2O2也控制在4.0g/L。當(dāng)氣油比在7.5～14.5之間時(shí),噴射萃取率和集成萃取率出現(xiàn)平臺(tái)區(qū),集成萃取率略低于噴射萃取率。這是因?yàn)榧奢腿÷什粌H僅取決于氧化率,還與氣體的擾動(dòng)因素有關(guān)。集成過(guò)程中的氧氣的反應(yīng)消耗減弱了氣體的擾動(dòng),因而集成萃取率有所減小。3最佳氣油比及萃取性能1)在相同的條件下,空塔內(nèi)的噴射萃取率是液液萃取率的2～3倍,而其傳質(zhì)單元高度僅為后者的1/2～1/3;2)氧化與萃取的集成過(guò)程中,集