蒽醌法生产过氧化氢工艺中氧化塔的设计与改造_施友立
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202021362987.9(22)申请日 2020.07.13(73)专利权人 中国空分工程有限公司地址 310051 浙江省杭州市滨江区庙后王路299号(72)发明人 徐向晖 林晨 陆棋 徐杭 方永 王红伟 楼生龙 张丹妮 (74)专利代理机构 杭州浙科专利事务所(普通合伙) 33213代理人 周红芳(51)Int.Cl.C01B 15/023(2006.01)(54)实用新型名称一种蒽醌法生产双氧水的氢化塔(57)摘要本申请公开了一种蒽醌法生产双氧水的氢化塔,包括氢化塔壳体和进料泵,氢化塔壳体包括上段壳体和下段壳体,上段壳体内部和下段壳体内部均设有触媒填料层;上段壳体侧部设有氢气进口,上段壳体的上端内部穿入一根工作液进口管,工作液进口管的进口端位于上段壳体的外部并与进料泵由管路连接,工作液进口管的出口端进行封口,工作液进口管的下方均匀间隔设置若干喷头,上段壳体内的触媒填料层设于所述喷头的正下方;下段壳体内部设有液体分布板,液体分布板设置于下段壳体内的触媒填料层的正上方,下段壳体的底部设有工作液出口。
采用本申请的氢化塔结构能够使得氢化反应效率提高,副反应降低,生产安全性大大提高。
权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 213060206 U 2021.04.27C N 213060206U1.一种蒽醌法生产双氧水的氢化塔,其特征在于包括氢化塔壳体(1)和进料泵,氢化塔壳体(1)包括径直连通的上段壳体和下段壳体,上段壳体内部和下段壳体内部均设置有用于催化氢化反应的触媒填料层(4);上段壳体侧部设有氢气进口(7),且上段壳体的上端内部穿入一根工作液进口管(2),工作液进口管(2)的进口端位于上段壳体的外部并与进料泵由管路连接,工作液进口管(2)的出口端进行封口,工作液进口管(2)的下方均匀间隔设置若干喷头(3),上段壳体内的触媒填料层(4)设于所述喷头(3)的正下方;下段壳体内部设有液体分布板,所述液体分布板设置于下段壳体内的触媒填料层(4)的正上方,下段壳体的底部设有工作液出口。
专利名称:一种蒽醌法生产双氧水的氧化方法专利类型:发明专利
发明人:杨秀娜,齐慧敏,高景山,张英
申请号:CN201210440125.7
申请日:20121107
公开号:CN103803501A
公开日:
20140521
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种蒽醌法生产双氧水的氧化方法。
该方法包括如下内容:(1)蒽醌法生产双氧水工艺的部分氢化液与含氧气体I进行氧化反应;(2)步骤(1)得到的气液混合物、剩余氢化液与含氧气体II进行氧化反应,氧化反应后的物料进行气液分离,气液分离得到的液相为氧化液用于萃取分离得到双氧水。
本方法具有氧化收率高、氧化塔体积小、尾氧含量低的特点,可以降低装置的投资和能耗。
申请人:中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院
地址:100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号
国籍:CN
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一、蒽醌法双氧水工艺技术简介定义:蒽醌法生产双氧水,即利用醌类物质可以被氢化还原再重新回复成醌的性质,以烷基蒽醌衍生物为载体,在催化剂催化下被氢化,而后氧化合成过氧化氢(俗称双氧水)。
蒽醌法生产双氧水是目前世界上该行业最为成熟的生产方法之一,国外大型的生产厂家都采用蒽醌法生产双氧水,在国内目前双氧水的制备也几乎都是蒽醌法。
目前,世界上双氧水的生产方法主要有电解法、蒽醌法、异丙醇法、氧阴极还原法和氢氧直接化合法5种,在全球范围内蒽醌法生产占有绝对优势。
蒽醌法又分为钯催化生产工艺和镍催化剂氢化生产工艺。
国内20世纪80年代中期以前,过氧化氢的生产主要以镍催化剂搅拌釜氢化蒽醌工艺为主,随着生产能力得不断扩大,与搅拌釜工艺相比,以钯为催化剂的固定床组件显示出氢化设备结构简单、装置生产能力大、生产过程中不需经常补加催化剂、安全性能好和操作方便等优点,借助于DCS集散控制技术,可大大提高装置得安全性能,该工艺已成为过氧化氢生产发展的方向。
目前国内工业上蒽醌法生产过氧化氢的方法有悬浮釜镍催化剂工艺、固定床钯催化剂工艺、流化床工艺等,其中蒽醌法固定床钯催化剂工艺因其投资少、产量高、操作简单以及其使用的钯催化剂具有用量少、活性高、易再生和使用安全等优点,而成为国内过氧化氢生产工艺的主流,蒽醌法固定床钯催化剂工艺:是以2-乙基蒽醌为载体,以芳烃和磷酸三辛酯为溶剂配制成混合液体工作液。
工作液在固定床内于一定的温度、压力和钯催化剂的催化作用下,与氢气进行氢化反应,氢化完成液再与空气中的氧气进行氧化反应,得到的氧化液经纯水萃取、净化得到双氧水。
工作液经处理后循环使用。
其中氢化工序为整个生产工艺的核心,而氢化工序运行的效果,直接取决于钯催化剂的性能。
钯催化剂作为蒽醌法过氧化氢生产中的一种昂贵的关键原料,在生产应用时必须结合其特点进行有效的控制,使钯催化剂安全平稳地使用,否则,会影响钯催化剂效能正常发挥,造成浪费,影响产品产量质量,甚至造成难以弥补的损失。
蒽醌法制过氧化氢工艺流程注意事项《关于蒽醌法制过氧化氢工艺流程注意事项的那些事儿》嘿,朋友们!今天咱来聊聊蒽醌法制过氧化氢工艺流程那点事儿,这里头的注意事项可不少呢!可别小瞧了这些,弄不好就得出岔子。
首先啊,设备就像咱们的宝贝工具,得好好伺候着。
那些管道啊、反应器啊,啥的都得检查得仔仔细细。
可别等出了问题才拍大腿,那时候黄花菜都凉了。
就好像你去打仗,总不能拿着把破枪上阵吧,那不是找虐嘛!所以啊,设备的维护保养那是重中之重,别偷懒哦!然后呢,原料这一块也得把好关。
要是原料质量不行,就跟那厨艺不好的厨师做菜一样,再好的菜谱也白搭。
可不能让那些劣质原料浑水摸鱼进来,得瞪大了眼睛精挑细选才行。
要不然,最后制出来的过氧化氢不纯,那可就悲剧咯!等于是白忙乎一场。
在操作过程中,细节决定成败啊!温度、压力这些参数,得像照顾宝贝一样小心翼翼地控制着。
这就好比咱蒸馒头,火候大了就糊了,火候小了又不熟。
所以啊,咱得时刻关注着这些个参数,稍有不对就得赶紧调整,不然可就麻烦大了。
还有啊,安全问题绝对不能忽视!这可不是闹着玩的,过氧化氢可不是好惹的主儿。
咱得严格遵守操作规程,可别去挑战它的底线。
该戴手套戴手套,该穿防护服穿防护服,千万别嫌麻烦。
毕竟,安全第一啊,谁也不想一不小心就“中奖”不是。
最后,提醒大家,团队合作也很重要哦!每个人都要做好自己的那份工作,同时还得和其他人默契配合。
就像踢足球一样,一个人再厉害也踢不过一个团队。
大家齐心协力,才能让这个工艺流程顺顺利利的进行下去。
总之,蒽醌法制过氧化氢工艺流程注意事项可多了去了,咱们得重视起来,不能马虎大意。
不然,到时候出了问题可就追悔莫及啦!所以,大家一起加油,把每一个环节都做到最好,让我们的过氧化氢制得又快又好!大家一起努力,争取把这事儿干得漂亮!。
蒽醌法双氧水生产中活性氧化铝的选择、装填及使双氧水是一种优良的化工产品,由于它在使用后只产生水和氧气,不造成二次污染,因此被称为“绿色化工产品”。
尤其在国家大力提倡绿色环保的今天,它的需求量大大增加,目前国内总产能已经超过300万吨。
生产双氧水的方法主要有:电解法、蒽醌法、空气阴极法、氢氧直接化合法以及真空富集法等。
其中蒽醌法在国内最为常见,近几年新上的装置均采用此法生产。
蒽醌法生产双氧水的关键是蒽醌的降解与再生的平衡问题,蒽醌的降解发生在两个工序:氢化和氧化。
蒽醌的再生主要在白土床完成,在蒽醌法生产双氧水中由后处理白土床和氢化白土床组成,后处理白土床再生氢化降解物,氢化白土床再生氧化降解物,降解物主要在氢化工序产生,因此后处理白土床不仅比氢化白土床大而且数量还多。
活性氧化铝是双氧水生产中的重要助剂,如果说双氧水生产中工作液是人体的血液,那氧化铝就是医学上的血液透析仪,它不仅能将工作液中的一些杂质除去,还可将一部分可以利用的成分再生。
因此,选择和使用好氧化铝对双氧水的生产至关重要,它关系到原料消耗、产品质量、产量。
我们公司双氧水开车以来逐渐摸索了一套白土床的使用方法,主要从以下几个方面做起:1. 活性氧化铝的选择:目前国内生产活性氧化铝的生产厂家很多,价格也相差很大,产品质量也参差不齐,因此在选择氧化铝时要格外小心。
我们首先对生产厂家进行了实地考察,听取了有关专家的推荐介绍,并向一些使用厂家进行了咨询,对厂家送来的样品进行了多次再生试验,最后确定供应商。
优良的氧化铝主要表现在两个方面:1.再生能力强 2.吸水性好。
一旦选用的氧化铝使用效果很好,就不要再随便更换供应商。
2.氧化铝的装填:由于氧化铝在生产和运输过程中不可避免产生一些粉末,如果不将这些粉末除去,在生产中带入系统,轻则会进入氢化塔,堵塞催化剂造成氢效下降缩短催化剂再生周期,重则造成工作液物性发生变化,造成工况发生大幅度波动,给生产和安全带来严重危害。
蒽醌法双氧水生产装置的优化改造杨秀娜;卿光宗;付骐;方向晨【摘要】针对12万t/a(质量分数为27.5%)蒽醌法双氧水生产装置存在的双氧水产品浓度低、萃余液双氧水残留量高和碱耗量大等问题,对该装置的氢化、氧化、萃取和碱处理工序中的关键设备和内构件进行了优化和改造.改造后,双氧水产品质量分数由改造前的20%~23%提升至≥27.5%,萃余液双氧水残留量由改造前的0.3 g/L以上降至0.15 g/L以下,碱耗量由改造前的4t/h降至3.4 t/h.对蒽醌法双氧水生产装置的优化改造既增加了企业效益,又提高了装置安全性能.【期刊名称】《无机盐工业》【年(卷),期】2013(045)011【总页数】4页(P35-37,49)【关键词】蒽醌法;双氧水;优化改造【作者】杨秀娜;卿光宗;付骐;方向晨【作者单位】中国石化股份有限公司抚顺石油化工研究院,辽宁抚顺113001;湖南兴鹏化工科技有限公司;上海苏鹏实业公司;中国石化股份有限公司抚顺石油化工研究院,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TQ123.6双氧水是一种重要的无机化工产品,广泛应用于化工、纺织、造纸、军工、电子、医药、环境保护等行业[1]。
近年来随着双氧水氧化新工艺(一是双氧水直接氧化丙烯生产环氧丙烷[2],另一个是采用双氧水对环己酮氨肟化制环己酮肟生产己内酰胺[3])的开发成功,既拉动了双氧水的市场需求,也刺激了双氧水技术的研发。
目前工业上大规模生产双氧水的方法是蒽醌法,主要包括蒽醌氢化、氢蒽醌氧化、筛板塔萃取、工作液后处理等工序[4]。
双氧水产品的浓度及装置的运行指标取决于各个工序中关键设备的性能,现有蒽醌法双氧水生产装置运行效果仍有可待提高之处,有些装置已进行了优化整改,取得了一定的成果[5-7]。
中国石化某炼厂12万t/a(质量分数为27.5%,下同)蒽醌法双氧水生产装置于2009年投产运行,运行后发现存在以下问题:1)萃取率低,即双氧水产品浓度只有20%~23%,未能满足27.5%的要求,不能外售;2)萃余液双氧水残余量高(≥0.3 g/L),影响装置安全稳定运行;3)碱耗量大,工作液持碱量高。
蒽醌法双氧水生产装置的设计和优化文磊【摘要】Along with our country economy and the further development of science and technology,the society are experiencing rapid growth,in every field of industry,textile,pharmacy,chemical industry and so on,these developments brought great convenience to our life,constantly improve the quality of our life and spiritual cultural level.With the continuous development of science and technology and advanced technology,all kinds of products are experiencing the updating and upgrading,among them,the hydrogen peroxide is one of the important products.Hydrogen peroxide,as a kind of inorganic chemical products,widely used in every major industry.Based on such background,discusses the method of anthraquinone hydrogen peroxide production device design and further optimization.%随着我国经济和科技的进一步发展,社会的各个领域都在经历着快速的发展,工业、纺织、制药、化工业等行业的发展给我们的生活带来了极大的便利,不断地提高着我们的生活质量和精神文化水平。
优化系统工艺,确保2#双氧水系统稳产高产摘要:蒽醌法生产过氧化氢的工艺中,氢化塔是整个生产工艺中的核心设备,设备内触媒的活性高低直接制约了装置的产量及消耗,介绍蒽醌法生产过氧化氢装置氢化塔内气液分布盘的改造及氧化液储槽内构件的改造,优化系统工艺,确保高产稳产。
生产过程中工艺安全注意事项。
关键词: 蒽醌;过氧化氢;触媒一、综述双氧水是一种绿色化工产品,其生产和使用过程几乎没有污染,被称为“清洁”的化工产品。
双氧水生产技术主要包括有:蒽醌法、氢氧直接合成法等方面,中能化工主要采用蒽醌法生产工艺,蒽醌法在生产过程中,属于一项相对成熟的生产技术,主要是以蒽醌为载体,芳烃和磷酸三辛酯为溶剂配置成工作液,在氢化塔内,在钯触媒催化剂的作用下,通过加H2反应,生成氢化液再通过加空气在氧化塔内进行氧化反应,在工作液中生成过氧化氢,再用纯水萃取其中的过氧化氢,形成过氧化氢水溶液,俗称双氧水。
在利用蒽醌法进行双氧水生产的过程中,钯催化剂对氢化反应的选择性相对较强,活性度也相对较为良好,可以有效的提升生产的效果,因此得到了广泛的应用。
中能化工在蒽醌法生产过氧化氢的工艺中,氢化塔是整个生产工艺中的核心设备,氢化工序氢化塔内所用的钯催化剂是最重要的原料,其质量优劣、使用性能、活性高低直接制约了装置的生产能力、生产成本、操作的稳定及消耗。
在把触媒使用初期中期,由于触媒活性较好通常采用两节塔串联生产的工艺。
为了提升产量及系统的安全生产,通过分析讨论,对氢化塔内气液分布器进行改造,使触媒得到有效利用,塔顶部设有气液分布器,以使进入塔内的气体和液体分布均匀。
在把触媒使用初期、中期,由于触媒活性较好通常采用两节塔串联生产的工艺,如何采用单塔或两塔串联生产工艺,主要根据氢化效率要求及触媒活性而定。
比如当上中两节串联使用时,工作液与氢气进人上节塔顶部,并流而下通过塔内触媒层,由上塔底流出,再经塔外连通管进入中节塔顶部,从中节塔底流出进入氢化液气液分离器。
蒽醌法生产过氧化氢加氢催化剂的研究进展王松林;程义;张晓昕;宗保宁【期刊名称】《化工进展》【年(卷),期】2017(36)11【摘要】加氢催化剂是蒽醌法生产过氧化氢(H2O2)的核心,很大程度上决定了装置的生产能力和成本,因而一直是蒽醌法工艺中的研究热点和需要重点突破的课题之一.高活性、高选择性和高稳定性的加氢催化剂不仅能显著提高生产效率,还可明显减少蒽醌降解物的生成,从而降低生产成本.本文简述了用于蒽醌加氢的镍基和钯基催化剂研究进展,特别重点介绍了Al2O3负载的钯基催化剂.总结了Al2O3载体的物理性质、表面酸性和修饰等因素对钯基加氢催化剂性能的影响,还介绍了近年来发展的新型钯基加氢催化剂.在此基础上,指出比表面积和孔径均较大、酸性和钯层厚度均适中、并且加入适当修饰剂的蛋壳型载钯催化剂是理想的蒽醌加氢催化剂.%Hydrogenation catalyst is the core for the production of hydrogen peroxide(H2O2)through the anthraquinone route,which determines the production capacity and cost to a large extent,and thus it has always been the research spot and one of the key topics that needs to be studied. A hydrogenation catalyst with high activity,selectivity,and stability not only enhances the production efficiency,but also significantly decreases the formation of the degradation products derived from anthraquinone,and thus reduces the production cost. Herein,advances in the nickel and palladium-based catalysts for the hydrogenation of anthraquinone are reviewed , with special emphasis on the Al2O3-supported palladium-basedcatalysts. The effects of physical properties,surface acidity,and modification of the Al2O3 support on the catalytic performance of palladium-based catalysts are reviewed. In addition,the recently developed novel palladium-based hydrogenation catalysts are also introduced. Finally,it is concluded that egg-shell palladium catalyst with large surface area and poresize,medium acidity and palladium penetration depth,and modified by proper additive(s),is the ideal catalyst for anthraquinone hydrogenation.【总页数】7页(P4057-4063)【作者】王松林;程义;张晓昕;宗保宁【作者单位】浙江巴陵恒逸己内酰胺有限责任公司,浙江杭州 311228;浙江巴陵恒逸己内酰胺有限责任公司,浙江杭州 311228;中国石化石油化工科学研究院,北京100083;中国石化石油化工科学研究院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TQ426.94【相关文献】1.蒽醌法过氧化氢生产用加氢催化剂的研制 [J], 孟繁梅;周红军;郭玉峰2.蒽醌法生产过氧化氢用加氢催化剂的研究进展 [J], 张孟旭;戴云生;谢继阳;安霓虹;唐春;沈亚峰;周伟3.蒽醌法合成过氧化氢催化剂的研究进展 [J], 杨杰;安霓虹;魏建伟;王红琴;谢继阳;戴云生4.蒽醌法生产过氧化氢中钯催化剂的优化控制和常见问题处理 [J], 张云众;张立杰;李晶;姚艳敏;齐亚新;饶贵久5.蒽醌法过氧化氢生产中氢气与钯催化剂优化控制 [J], 孔少尉;张振雨;蔡洪涛因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
蒽醌法双氧水生产装置的环保改造发布时间:2021-10-13T05:56:18.589Z 来源:《科学与技术》2021年16期作者:李德胜李娜康健栋[导读] 如今,随着科技的发展和社会的进步,也造成了环境污染、水资源破坏等一系列严重后果李德胜李娜康健栋河南心连心化学工业集团股份有限公司,河南新乡 453700摘要:如今,随着科技的发展和社会的进步,也造成了环境污染、水资源破坏等一系列严重后果。
改善环境,采用绿色技术和原材料是未来的发展方向。
过氧化氢(H2O2)作为一种重要的绿色化工原料,已广泛应用于造纸、纺织、化学合成、废水处理、电子等领域。
近年来,一些科研机构对高浓度过氧化氢作为绿色液体推进剂做了大量研究,有望在航空航天工程中取代一些传统的有毒推进剂。
如果过氧化氢生产装置本身在设计、运行和控制方面存在不足,可能会造成有机工作液泄漏、污水中工作液含量过高等环境污染问题。
因此,让这个绿色化工原料生产工厂更加环保、更加清洁就显得尤为重要。
关键词:蒽醌法;双氧水;环保;改造;某公司15万吨/年蒽醌法双氧水装置运行半年以来,发现隔油池内工作液量较多,导致后续污水处理压力大等环保难题。
在检修期间对生产装置内部氧化残液分离器、工作液分离器、排污退料系统及隔油池等多处涉及环保的源头部位进行了改造。
经过改造之后隔油池内工作液量明显减少,环境得以改善。
一、蒽醌法生产双氧水工艺简介蒽醌法生产双氧水,是以2-乙基蒽醌为工作液载体,以芳烃和磷酸三辛酯为溶剂,配成具有一定组成的工作液。
工作液中蒽醌在一定温度和压力下,与氢气进行氢化反应,得到相应的氢蒽醌溶液(即氢化液)。
氢化液与空气中的氧气在一定条件下进行氧化反应,氢蒽醌恢复为原来的蒽醌,同时生成H 2O 2。
氢化液经氧化反应后被称为氧化液,氧化液经萃取塔与纯水逆流萃取,得到双氧水溶液,再经净化处理后送往成品包装工序。
水萃取后的氧化液(即萃余液),经K2CO3溶液干燥、脱水分解和沉降分离,再经白土床内的活性氧化铝吸附和再生降解物后得到工作液,然后循环使用。
蒽醌法双氧水工艺的智能化改进分析发布时间:2021-07-01T16:04:29.213Z 来源:《科学与技术》2021年3月第7期作者:吴杰[导读] 蒽醌法双氧水工艺在生产实践中,存在诸多安全隐患,例如易爆、易燃、泄漏工作液等,呈现出较大的运行吴杰宜昌苏鹏科技有限公司摘要:蒽醌法双氧水工艺在生产实践中,存在诸多安全隐患,例如易爆、易燃、泄漏工作液等,呈现出较大的运行风险。
对此,有必要对蒽醌法双氧水工艺实施智能化改进。
基于原工艺自动控制,增设后台保护系统,该系统具备自判断异常紧急停车、一键停车以及预警等功能。
本文浅析了对蒽醌法双氧水工艺的智能化改进,以期为相关研究提供参考借鉴。
关键词:蒽醌法;双氧水;智能化前言:在生产双氧水的方法中,蒽醌法较为成熟。
若双氧水生产装置缺乏平稳运行,将影响烧碱装置的正常运行,对此,要保障双氧水生产装置的运行稳定性。
工作液相应的闭路循环系统中,各反应器、塔器、储罐之间的衔接性控制具有极为严格的要求。
冬季,蒽醌从工作也中析出后,将堵塞管道,并形成不平衡的闭路循环量,在一定程度上存在工艺安全问题。
对此,有必要构建高效良好的安全生产控制系统。
1、程序概述蒽醌法双氧水生产工艺配套的自我运行保护系统,其具备的硬性保护措施缺乏较大的操作弹性,形成对安全控制条件的触发时,通常会引发事故。
对此,有必要开发具有较大操作弹性的安全生产控制系统。
(1)DCS数据自查自检智能化应用通过后台计算DCS数据,并利用计算结果,对一定周期内形成的数据波峰波谷进行统计,并对异常数据波峰谷点进行判断,将偏离度作为依据,实现选择性报警,促进DCS数据能智能化实现自查自检[1]。
预警模块,该模块涉及的控制点,在双氧水工艺中占据的比例为35%。
其中,通过11项装置,针对高风险危害实施预警。
该模块能检测装置所含工作液是否形成均衡转移量,能检测钯触媒具备的活性,还能检测塔内工作液呈现出的异常运行状态和相关变化[2]。
蒽醌法生产双氧水的萃取装置及工艺嘿,朋友们!今天咱们来聊聊一个超有趣的化工领域的事儿——蒽醌法生产双氧水的萃取装置及工艺。
这可不是什么枯燥的话题,这里面可有着许多神奇的奥秘呢。
我有个朋友叫小李,他就在一家生产双氧水的工厂工作。
有一次我去他厂里参观,就被这蒽醌法生产双氧水的过程给深深吸引住了。
咱们先来说说这个蒽醌法。
这就像是一场精心编排的魔术表演。
蒽醌就像是魔术师手中的魔法棒,在整个生产过程中起着关键的作用。
它在一系列的反应中不断地变换着自己的状态,就像一个会变身的超级英雄。
那萃取装置呢?这可是整个生产流程中的一个超级明星设备。
想象一下,你有一杯混合了各种好东西的溶液,就像一锅大杂烩,而萃取装置就像是一个超级挑食的小孩,它只把我们想要的双氧水从这锅大杂烩里挑出来。
这个装置啊,结构可复杂着呢。
它有着各种各样的管道,这些管道就像人体内的血管一样,溶液在里面川流不息。
在这个工厂里,我还遇到了一位老师傅,姓张。
他可是这方面的行家。
他告诉我,这个萃取装置里面有专门设计的萃取塔。
这个萃取塔啊,就像一个巨大的分层蛋糕。
不同的物质在这个蛋糕里按照各自的喜好分布着。
双氧水就像是蛋糕里最特别的那一层馅料,我们要做的就是巧妙地把它取出来。
那这个工艺具体是怎么操作的呢?首先啊,在前面的反应阶段,蒽醌经过一系列的氧化还原反应,生成了含有双氧水的工作液。
这个工作液就像是一个神秘的宝藏盒,里面藏着我们想要的宝贝——双氧水。
然后呢,这个工作液就被送到了萃取装置里。
在萃取塔里,有两种不相溶的溶剂在相互作用。
一种是工作液,另一种是水。
这就好比是两个不同的部落,它们有着不同的特性。
水这个部落呢,特别喜欢和双氧水交朋友。
当工作液和水在萃取塔里相遇的时候,就像是两个部落的人在进行一场盛大的交换活动。
双氧水就像是一个渴望去新部落生活的居民,它毫不犹豫地从工作液这个部落跑到了水这个部落。
这时候你可能会问,这是怎么做到的呢?其实啊,这就是萃取原理的神奇之处。
设 计技 术 蒽醌法生产过氧化氢工艺中氧化塔的设计与改造施友立Ξ 福建省石油化学工业设计院 福州 350001摘要 通过对当前过氧化氢生产装置氧化塔氧化收率偏低的各种因素进行分析,找出影响氧化收率的关键因素,并提出氧化塔设计或改造的方向。
并列举该类塔的改造效果。
关键词 过氧化氢 氧化塔 设计 改造1 生产工艺在蒽醌法生产过氧化氢的工艺中,氧化过程是生产过氧化氢的关键步骤之一,氧化塔又是关键设备之一。
氧化塔是将2-乙基氢蒽醌(EAHQ)和四氢2-乙基氢蒽醌(THEAHQ)氧化生成过氧化氢和四氢2-乙基蒽醌或2-乙基蒽醌。
其反应式:EAHQ+O2→EAQ+H2O2(1) THEAHQ+O2→THEAQ+H2O2(2)反应式(1)是瞬时完成生成过氧化氢和2 -乙基蒽醌的反应。
而反应式(2)的反应速度比较慢,这一反应是氧化反应的控制步骤。
在国内过氧化氢生产装置中,工作液中四氢2-乙基蒽醌浓度在70%~90%(wt)。
根据氢化反应机理:EAQ+H2→EAHQ(3) THEAQ+H2→THEAHQ(4) THEAQ+EAHQ THEAHQ+EAQ(5)反应式(5)的反应速率比反应式(3)反应速率快,所以,在2-乙基蒽醌(EAQ)转化为2-乙基氢蒽醌(EAHQ)之前,四氢2-乙基蒽醌(THEAQ)大部分都转化为四氢2-乙基氢蒽醌(THEAHQ),据国外有关资料报导,98%的THEAHQ都是由THEAQ转化而成的,控制氢化程度主要控制THEAQ的转化程度为50%左右。
这就说明在氧化塔内基本上以THEAHQ 氧化为过氧化氢,即以反应式(2)为主。
这一思路给合理设计或改造氧化塔提供了理论依据。
2 影响氧化收率的因素当前在过氧化氢生产装置中,氧化塔多数采用空塔,也有采用填料塔,个别采用鼓泡塔,无论采用哪种塔型,移除反应热有内冷式和外冷式两种类型。
所谓内冷式就是将冷却器放置在塔内;外冷式将冷却器放置塔外,外冷式在小装置氧化塔都采用伴管或夹套外部冷却方式,对于中型和大型装置大部分厂家采用在两塔之间设置板式冷却器并增设氧化液冷却器。
个别厂家将加热管的一半螺旋式扣焊在塔外壁上称为伴管冷却方式。
在上述的塔型中,当四氢2-乙基蒽醌在工作液中的浓度上升到70%以上时,氧化收率一般都在90%~93%,个别在89%左右。
在正常反应温度和压力下,很难达到95%的设计值,更谈不上接近国际先进指标98%~99%。
211 操作条件造成氧化收率偏低的因素很多,有操作上的原因,如塔内的反应温度、压力、空气流量、空气中的含水量和氢化液的流量等因素都将影响氧化收率。
这些因素可以通过对工艺参数调整与控制来尽量提高氧化收率。
但多数都是因为氧化塔结构设计不合理而造成氧化收率偏低。
212 塔结构21211 冷却器国内过氧化氢装置中氧化塔多数采用内冷式的空塔,由于塔内设置了多段冷却器,占据了塔Ξ施友立:高级工程师。
1980年毕业于福州大学基本有机合成专业,长期从事化工工艺设计工作。
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内的有效空间,为了保证氢化液在塔内有充分停留时间,必将增大塔的直径或高度。
对于大型过氧化氢装置来说,氧化塔在结构设计上是很难做到的。
更重要的是由于塔内多段冷却器的存在,在塔内就容易形成温度梯度,使反应物从溶液内部向界面扩散速度与氧从空气中向界面扩散速度不能保持平衡,从而破坏了液相氧化反应。
对于空塔氧化塔要求空气在塔内均匀分布在液相中以达到气液充分混合来实现理想扩散传质的目的。
但是有冷却器存在,使得在管间流体速度和不在管间的流体速度不相等影响了气液两相在塔内的充分混合,即使塔底的空气分布器的分散程度再好,在8m以内能实现理想分布,在8m以上空气逐渐形成大气泡,气体易形成短路,这就影响气液两相充分混合,增强了破坏液相氧化反应的力度。
21212 轴向逆向混合对于空塔另一个显著特点是易发生轴向逆向混合,随着氧化反应的不断进行,氧化液中的过氧化氢浓度不断增加,由于液相与气相并流向上的,因此越往上过氧化氢浓度就越高,形成了上下组分重度差。
对于普通的空塔而言,由于轴向分子扩散和湍流扩散以及上下组份的重度差引起的自然对流,必然发生轴向逆向混合,即进入塔内氢化液和已经生成产物过氧化氢的氧化液混合。
这种混合的结果对整个反应不利。
首先使得含过氧化氢的氧化液稀释了刚进入塔的氢化液浓度,降低了反应式(2)的反应速度,由于含过氧化氢的氧化液的返混,在反应体积不变的条件下增加了单位时间的流通量,因而降低了塔内氢化液的停留时间,这样使少部分四氢2-乙基氢蒽醌(THEAHQ)不能发生反应而进入后处理系统。
其次,生成过氧化氢的氧化液在塔内逆向混合而进入下部,由于塔底降解物较浓必然增加了过氧化氢的分解程度从而降低了氧化收率。
21213 空塔气速空塔氧化塔在操作中受到最低或最高极限空塔速度的制约,向塔内通入空气时,有一个通气范围。
首先确定通过氧化塔空塔速度的最小值,所谓空塔速度的最小值就是空气通过空气分布器,使得所有小孔都出气,每个小孔形成连珠泡的气流,此时速度也成为小孔临界速度,根据华南理工大学实验推荐空气分布器穿孔临界速度: (U G O/C O)2=6516/ρg[(ρL-ρg)σL/d o]1/3(6)式中,U G O为穿孔临界速度,m/s;C O为穿孔系数;ρg为空气重度,kg/m3;ρL为氢化液重度, kg/m3;σL为氢化液表面张力,kg/m;d o为分布器孔径,m。
当分布器管壁厚δ=115mm时,则从穿孔系数C O与d o/δ关联图查得C O=0184,在氧化塔平均操作压力为0135MPa,操作温度为55℃时,ρg=4182kg/m3,ρL=925kg/m3,σL=01003kg/ m。
将上述各值代入式(6)得U G O=618m/s。
以618m/s确定分布器总开孔数为N时,这时通过空塔气速即为最小空塔气速。
因此在设计氧化塔时,必须大于最小空塔气速,才能在空气分布器形成连珠泡空气流并均匀分布在液相中,以取得较好氧化收率和空气中氧的利用率。
所以,空气分布器设计好与坏的关键在于在一定的操作条件下其孔速必须大于该条件下的临界穿孔速度。
向塔内通入空气量也不是越多越好,因为对于氧化塔为空塔来说,它又受到最高空塔速度限制。
氧化反应基本为非均相反应,其反应速度由相间物质扩散传递速率所控制。
当反应组份从液相本体中扩散到气液接触的相界面处,空气中氧以与反应组份同样扩散速率扩散到相界面,则两相的扩散速度达到了平衡,液相氧化反应就顺利进行。
当空塔速度达到极限进气量时,就破坏了这一平衡,从而使液相氧化反应就发生了“终止现象”。
这就是空塔氧化塔的最大特点。
对于固定氧化塔来说,当达到极限进气量时,减少了氢化液在塔的停留时间,降低了氧化收率和氧的利用率。
空塔速度U G与空气滞留系数εG之间的关系:lnεG=(1105)lnU G-7(7)当空塔速度为U G=100m/hεG=011148 (液体的充满度为88152%)当空塔速度为U G=200m/hεG=012377 (液相充满度为76123%)从上面的计算可以看出,液相在塔内占据体积减少了1213%,当进气量越大,液相停留时间就越短,因此空塔进气量也受到空塔速度最高极限制约。
根据国外资料推荐空塔进气量一般控制在550~1300Nm3/(h・m2)为宜。
3 分析与改进311 分析综上所述,为了获得较好的氧化收率,对常规型氧化塔设计或改造的基点主要从两个方面考虑:(1)增大反应器反应容积。
因为98%过氧化氢都由四氢2-乙基氢蒽醌(THEAHQ)生成,而这一步的反应速度又非常慢,必须有足够的反应时间———液相在塔内停留时间。
这就要求反应热的移除方式采用外冷式。
对于规模较大装置最好采用两节塔之间设置板式冷却器并在氧化液进入萃取塔之前设置氧化液冷却器。
对于大型装置的氧化塔同时还考虑由于气量较大,为了不超过最高极限空塔速度,液相又有充分反应时间,使塔高不宜太高,必须选择大直径氧化塔。
例如设计一台2715kt/a(100%计)氧化塔,总空气为16750Nm3/h,塔内平均操作压力0135MPa(G),温度为55℃,通过上节塔空气量10050Nm3/h,氢化液循环流量Q为550m3/ h,空塔速度取200m/h,要求上节塔液相在塔内停留时间为25min,其塔径为:D=(10050/0178×750)1/2=4113m (D取412m)根据式(7)空气在塔内滞留系数lnεG=1105lnU G-7=(1105)ln200-7=-114368εG=012377液相充满度ε=1-012377=76123%上塔的有效容积V R[(550/60)×25]/017623=30016m3塔的有效高度:H=30016/(01785×4122)=2117m取22m。
如果空塔速为267m/h,则塔径D=316m,εG=013219,塔高H=33m。
通过以上计算可知,对于大装置的氧化塔空塔速度尽量靠近低限值,为了保证液相有充分反应时间,塔径取大值,塔高取低值这样比较经济。
(2)增加相界面积和扩散速度,消除轴向返混。
在氧化塔内由四氢2-乙基氢蒽醌氧化生成过氧化氢是非均相反应,其反应速度由相间物质传递速率所控制,为了强化这一过程,必须增大相界面积和扩散速度以提高塔内的物质流速,使其处于湍流和产生不规则的涡旋运动,是达到非均反应的最佳手段。
同时为了消除逆向混合,尽量使塔内的流体接近列流状态。
在实际生产中,小塔径易形成列流,而大塔径易发生轴向返混,所以在大塔径内设计合理的结构内件,使物料在塔内处于搅拌状态,接近完全混合程度,不仅消除轴向返混,而且增加气液两相的接触面积,从而达到非均相反应的目的。
312 改进为了达到上述目的,在塔内件设计上有两种结构形式见图1。
图1 氧化塔示意图11气液混合物出口 21氢化液入口 31空气入口 41残液出口 51温度计接口 61压力计接口 71人孔(下转第28页)套管式翅片管型石墨冷却管,可在氯化氢石墨合成炉设计生产能力范围内有效提高系统的生产能力。
(2)石墨冷却管长度与生产能力关系的研究,对采用二合一氯化氢石墨合成炉系统的企业的改进有一定的指导意义。
参 考 文 献1 徐秀富.二合一石墨炉系统中石墨冷却管道的长度校核[J].中国氯碱,2000(11):43~452 Chen, C.Y.,G. A.Hawkins,and H.L.Solberg.Trans.ASME,vol.68,pp.99.(1964)3 Kays,W.M.and A.L.London.“Com pact Heat Exchang2 er”Mc Graw-HILL4 Wiegand,J.H.Discussion of paper by McMillen and Larson, Trans AichE,vol.41,pp.147(1945)5 Clark,L.,and R. E.Winston:Chem.Eng.Progr.,vol.51,pp.147(1955)6 Knudsen,J.G.,and D.L.Katz:Chem.Eng.Progr., vol.46,pp.490(1950)7 姚玉英.化工原理(上册)[M].天津:天津大学出版社, 1999,242~2468 尾花英朗.热交换器设计手册(下册)[M].北京:石油工业出版社,1984,350~3659 化学工业部化学工程设计技术中心站.化工工艺设计基础数据手册[M].北京:化工部化工设计中心,198210 北京石油化工工程公司.氯碱工业理化常数手册[M].北京:化学工业出版社,198811 石油化学工业部化工设计院.氮肥工艺设计手册[M].北京:石油化学工业出版社,197712 许志远.石墨制化工设备[M].北京:化学工业出版社, 2003(修改回稿2006-05-24)(上接第19页) (1)将氧化塔上、下两节各有8m为空塔,上、下空塔以上为规整填料,填料高度分别为4m和3m。