蒽醌法生产过氧化氢喷射萃取与喷射反应萃取集成过程研究

摘要

本文研究了引入喷射气体(空气)的液-液萃取过氧化氢过程。在此基础上，将工作液的氧化反应和过氧化氢的萃取过程集成在一个板式塔中完成，反应原料气(氧气或富氧气体)以喷射的方式从塔底进入。氧气即为反应原料、又作扰动源，反应和萃取同时进行，实现了过氧化氢的原位反应萃取。 喷射萃取实验在有机分散相与连续相表观流速比为50：1的特定条件下(与工业上萃取条件相一致)，研究了气体扰动过程中气相、分散相、连续相表观流速对分散相中过氧化氢含量、分散相滞存率、气含率和总板效率的影响规律。实验结果表明，过氧化氢的喷射萃取效率大大高于相同条件下的液液萃取效率，分散相中过氧化氢含量随着表观气速的增加而减小，分散相滞存率、气含率和总板效率随着表观气速的增加而增大。由实验数据及讨论，得到了三者与气相、分散相表观流速的关联式。 在半间歇釜中对氧化与萃取的集成过程的传质进行了研究，考察了搅拌转速、温度、氢化率等因素对集成过程的影响，最终确定了集成过程的传质速率方程。 dCH2O2/dt=CO2*/[1/k(CEAOH20-CH2O2*+1/3.37×10-4)dCH2O2/dt+1.7×10-4[Ke/R+1]CH2O2=1.7×10-4KeCH2O2*喷射反应萃取实验，研究了氧化萃取过程中气体表观流速和分散相表观流速对集成过程氧化效率和萃取效率的影响。结果表明，随反应气体表观气速增加，气-液接触面积增大，气-液间传质和反应速率变快，氧化效率和萃取效率增加；随着表观气速的进一步增加，增加趋势不明显。随着分散相表观流速的增加，氢蒽醌的氧化效率和萃取效率明显下降。 完成了喷射反应萃取集成过程的初步模拟，得到了分散相中氢蒽醌及分散相和连续相中过氧化氢的浓度分布，计算值与实验值平均误差小于10％。 通过本文的研究，喷射反应萃取集成过程使蒽醌法生产过氧化氢反应和萃取两个过程都得到了强化，为进一步实现工业化提供了实验及理论依据。

目录

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第一章文献综述

1.1过氧化氢简介

1.2过氧化氢的用途

1.2.1漂白

1.2.2化学品合成

1.2.3环境保护

1.3过氧化氢的生产方法

1.3.1电解法

1.3.2氧阴极还原法

1.3.3异丙醇自动氧化法

1.3.4氢氧直接化合法

1.3.5蒽醌自动氧化法

1.4气体扰动萃取过程的研究

1.5蒽醌法过氧化氢合成中的氧化与萃取集成过程的研究

1.6反应萃取的数学模型

1.6.1平衡级模型

1.6.2非平衡级模型

1.7本课题研究的内容及意义

第二章蒽醌法生产过氧化氢喷射萃取过程的研究

2.1相平衡常数的测定

2.1.1实验部分及分析方法

2.1.2实验结果与讨论

2.2喷射萃取实验部分

2.2.1原料液的制备

2.2.2喷射萃取实验

2.3实验结果与讨论

2.3.1塔内分散相中过氧化氢浓度的分布

2.3.2分散相滞存率

2.3.3气含率

2.3.4总板效率

2.4喷射萃取过程的数学模拟

第三章单级氧化与萃取集成传质过程研究

3.1实验部分

3.1.1实验设备及反应条件

3.1.2实验步骤

3.1.3分析方法

3.2实验结果与讨论

3.2.1氧的消耗速率和时间的关系

3.2.2搅拌转速对耗氧量和水相中过氧化氢浓度的影响

3.2.3反应温度对耗氧量和水相中过氧化氢浓度的影响

3.2.4氢化率对耗氧量和水相中过氧化氢浓度的影响

3.3单级传质的数学模型

3.3.1模型假设

3.3.2氧气传质过程分析

3.3.3过氧化氢的传质过程分析

第四章蒽醌法生产过氧化氢氧化与萃取的集成过程

4.1实验部分

4.1.1实验设备及反应条件

4.1.2实验步骤

4.1.3分析方法

4.2实验结果与讨论

4.2.1表观气速对集成过程中氧化率的影响

4.2.2表观气速对集成过程中萃取率的影响

4.3喷射反应萃取过程模拟

第五章结论与展望

符号说明

参考文献

附录

发表论文和科研情况说明

致谢