法過氧化氫生產(chǎn)過程中h

法過氧化氫生產(chǎn)過程中h

在溶劑萃取過程中，傳質(zhì)面積和軸向回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、脈動萃取塔、轉(zhuǎn)盤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萃取過程,RonaldPriestley等認為擾動氣體的表觀空塔速率為0.02—0.03m/s時,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程,該過程軸向返混小,無塔內(nèi)構(gòu)件。H2O2是一種性能優(yōu)良的氧化劑,目前其主要生產(chǎn)方法為蒽醌法,而過程中萃取是關(guān)鍵步驟之一。工業(yè)上一般利用篩板塔逆流液液萃取H2O2,為達到一定分離要求,往往以增加塔的高度來實現(xiàn),而塔內(nèi)引入噴射氣體進行噴射萃取則可降低塔的傳質(zhì)單元高度,提高萃取效率。本實驗以蒽醌法過氧化氫生產(chǎn)中的蒽醌工作液為實驗物系,進行H2O2的噴射萃取及反應(yīng)噴射萃取實驗研究。以蒽醌氫化液為分散相,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)中進行,生成的H2O2不斷被萃取到純水中,在塔底成為產(chǎn)品,實現(xiàn)H2O2的原位反應(yīng)萃取,達到氧化與萃取相互促進的集成目的。1實驗部分1.1萃取劑為復(fù)合液-水體系中混合分散相的檢測實驗裝置見圖1。萃取塔塔徑為20mm,萃取溫度為50℃。來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。蒽醌氧化液(含H2O24.00g/L)由平流泵經(jīng)噴嘴進入塔底成為分散相,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)撕成細小液滴分散于連續(xù)相中。萃取劑純水由雙柱塞泵經(jīng)塔頂分布器向下成為連續(xù)相與分散相進行逆流萃取。π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。1.2碘量法分配溫度在50℃下進行H2O2在不含萜松醇的滄州化肥廠蒽醌工作液和水中的分配曲線測定。取100mL新鮮蒽醌工作液和50mL質(zhì)量濃度分別為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三口燒瓶中,機械攪拌30min,靜止60min,用碘量法分析兩相中H2O2的質(zhì)量濃度,分配曲線見圖2。由圖中可看出,當水相H2O2質(zhì)量濃度低于0.250g/mL時,分配曲線基本為一過原點的直線。2結(jié)果與討論2.1萃取劑用量的確定在50℃下,分散相(蒽醌氧化液)流量Ud=10mL/min時,研究了萃取劑流量對H2O2萃取率的影響,實驗結(jié)果如圖3所示。由圖可見,萃取劑用量由5.0mL/min增加到16.0mL/min,H2O2的萃取率基本不變。這是因為過氧化氫的分配系數(shù)較大,萃取比在1∶1和1∶50之間時均能獲得較好的分離效果。實驗中,取萃取劑用量Uc=9.0mL/min的連續(xù)相(純水)流量進行噴射萃取實驗研究,塔底氧化液為含H2O24.00g/L的蒽醌工作液。2.2萃取率本文中萃取率為塔底進料蒽醌氧化液中H2O2的質(zhì)量(4.00g/L)減去塔頂萃余相中H2O2的質(zhì)量與塔底進料蒽醌氧化液中H2O2的質(zhì)量比。由圖4可以看出,H2O2的萃取率隨噴射氣體流量的增加而增加,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。主要因為氣體的擾動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。2.3氣體流量對萃取單元高度的影響50℃下,進行氣液液噴射萃取實驗研究,壓縮空氣或氧氣經(jīng)塔底噴嘴環(huán)隙進入,與由噴嘴中央進入的蒽醌氧化液混合逆流向上進行傳質(zhì),蒽醌氧化液的流量分別為5.0、10.0、20.0、40.0mL/min,實驗結(jié)果如圖5所示。圖中噴射氣體流量為0.0mL/min時為液液萃取,由圖中可知,在一定分散相流量下,傳質(zhì)單元高度隨噴射氣體流量增加而減小,氣體流量增加到一定程度時,傳質(zhì)單元高度的減小趨勢變緩慢。這是因為隨氣體量增加,液滴直徑逐漸減小,不斷增加傳質(zhì)推動力,處理等量的物料傳質(zhì)單元高度減小。繼續(xù)增加氣體流量則液滴直徑過小,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)單元高度不再明顯減小。圖5中氣體流量為0.0mL/min時進行液液萃取操作。由圖可見,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。另由圖5可見,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,當分散相流量大于20mL/min,氣體流量大于61.5mL/min時,減小的趨勢變緩慢。主要因為增加氧化液流量導(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,但當分散相流量增到一定程度,其細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)單元高度減小趨勢變緩。4萃取劑用量的影響(1)本實驗物系中,50℃下H2O2在水和工作液中的分配系數(shù)較大,在本文條件下為90以上。因此認為萃取比在1∶1和1∶50之間時,萃取劑用量對液液萃取塔H2O2的萃取率影響不大。(2)噴射萃取H2O2的萃取率比液液萃取