化工原理 毕业设计：过氧化氢 生产工艺.doc

第一章 绪 论1.1 过氧化氢生产的发展现状和趋势1.1.1 过氧化氢生产的发展现状国内外生产现状过氧化氢(h2o2)俗名双氧水，广泛应用于化工，纺织，军工，电子，医药等方面，用作氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氧剂、并供制火箭燃料，有机或无机过氧化物，泡沫塑料和其他多孔物质等。双氧水的生产，由于需求量的剧增，世界以年10%15%的速度增长，其主要生产分布情况如表1所示。1989年世界双氧水生产力分布情况万 t/a地区国家产量（100% h2o2计）西欧东欧（未包括前苏联）北美拉美日本亚洲（中，日除外）合计5444283155451115最大的生产公司有下列几家：美国英特洛克斯集团公司的15家工厂，生产能力30万t/a（100% h2o2，下同）；迪高沙集团公司 15万t/a阿托化学公司/液化空气公司 13万t/afmc公司（即美国食品化学公司） 12万t/a杜邦公司9.1 万t/a日本三菱瓦斯化学品公司7万t/a诺贝尔公司(瑞典) 5万t/a 蒙特氟公司(意大利) 3.5万t/a我国h2o2的生产始于1957年，到1990年生产能力达3.2万t/a。其中蒽醌法装置34套，总能力2.46万t，电解法装置20套，总能力0.77万t。双氧水的消费结构，大致为：造纸 28%30%化学品生产 22%24%纺织工业 18%环保 17%其他 11%15%目前世界各国对双氧水的大量和浓度等方面，提出了更高的要求，已开发出h2o2浓度可达70%85%以上的产品。其中为满足大西北的需要，美国fmc公司已建成了两套总能力为3200 t/a生产者装置，并投入运行。国内目前仍以27.5%h2o2浓度为主，极少数厂家少量生产35%和50%的产品，因此，国内h2o2的生产，不论是产量还是质量，都还是难以满足各行业日益发展的需要。1.1.2 过氧化氢生产的发展趋势 当前国内双氧水的生产和消费都进入了一个良性循环的发展的阶段，双氧水投资主体将继续朝着多元化方向发展，随着外资、合资、民营资本的大规模入驻，民营资本将逐渐占据主导地位。历经几轮行业内部的结构调整，在华东、华北及华南三大市场，将有几个行业巨头浮出水面，这些企业具有相对完善和一定特色的产品链，并同时占据较大的市场份额，将成为国内区域市场强有力的竞争者。未来几年，双氧水产业将进入一个稳步发展的成熟阶段，产量仍会有一定程度的增长，但增幅较前几年相对减缓。在高速增长期之后，必将经过一个由分散到集中、优胜劣汰的产业整合阶段，最终形成几个企业巨头垄断国内双氧水市场的局面。双氧水产业在经过大规模整合和结构调整之后，生产装置布局、产品结构、消费市场及投资主体等都将发生很大的变化。而当前的首要任务是抓住国际市场机遇，乘机做大做强，使我国尽快进入世界双氧水生产强国之列。双氧水的生产除了广泛使用蒽醌法生产外，还有电解法、空气阴极法、氢氧直接合成法、异丙醇法。氢氧直接合成法目前一直是各大公司研究开发的热点，各大公司专利不断涌现，且各具特点，其目标都是着眼于工业化，但迄今尚未见诸实现，该法看来是较有希望突破技术关键而用于工业生产的方法。此外，一些公司和大学还研究了其他制备双氧水的方法，大多尚处于研究阶段，有的仅证明它是制备双氧水的新途径，要实现工业化，尚需进行大量工作和深入论证。至于目前被广泛采用的蒽醌法，由于其工艺技术已基本上趋于成熟，重大研究成果日益减少，仅在工艺的个别环节上有所改进和创新，尽管如此，对此仍应加以重视。蒽醌法生产双氧水的关键步骤是氢化，触媒又是氢化的核心，其性能的优劣影响着整个生产过程的进行，触媒的种类有镍触媒和钯触媒两种。目前我国大部分生产装置都用镍触媒，国外和我国一部分生产装置采用钯载体触媒，它具有工艺流程短、氢化设备结构简单、装置生产能力大、触媒寿命长、生产安全性好、不易中毒、操作方便等优点，利用该工艺技术已建成十几套生产装置，产量达4.5万t/a，为了提高触媒活性、选择性和使用寿命，正在进行新一代触媒研究，其可使生产能力提高23倍，选择性明显提高，现已取得突破性进展，预计不久可实现工业化生产。蒽醌法所用溶剂的选择是生产过程进行好坏的关键之一，所选用的溶剂必须对蒽醌和氢蒽醌的溶解能力高、分配系数大，与水的相互溶解度小，所配成的工作溶液与水的密度差大，有较高的沸点和闪点，对触媒无毒化作用，有较低的粘度，毒性小且廉价易得，通常选用两种溶剂的混合物才能达到上述目的，目前采用的有氢化萜松醇（hta）、磷酸三辛酯（top）、二异丁基甲醇等。top沸点高，无味、无毒，在水中溶解度较hta低，萃取所得产品浓度高，但氢化效率还不够理想，价格高，而且配制工作液及工作液进系统时有乳化情况造成top的损失和操作还有困难，还有待研究，本设计所用溶剂选用hta。1.2 过氧化氢的特性与应用.2.1 过氧化氢的物理化学性质过氧化氢俗名又称双氧水，英文名：hydrogen peroxide，其化学分子式h2o2,它的结构式为h-o-o-h，分子量为34.0146。其外观为无色透明液体,无毒,对皮肤有一定侵蚀作用，产生燃烧感和针刺般疼痛。双氧水是一种强氧化剂，当遇重金属，碱等杂质时，则发生剧烈分解，并放出大量的热，与可燃物接触可产生氧化自燃。 1.物理性质外观： 常温下为无色透明液体，由于生产中有有机物和溶剂的残留，允许略带微黄色。密度：1.13103 kg/m3（20，35%的h2o2）水溶液2.化学性质过氧化氢的反应：作为氧化剂：ooh2o2 h2o2or-s-r r-s-r r-s-r作为还原剂：2ce4h2o2=2ce32ho2uo222h2o2xh2o=uo4xh2o2h过氧化物：ch3coohh2o2 ch3coohh2o加成物：2na2co33h2o2=2na2co33h2o2另一反应即分解：2h2o2=2h2oo2反应机理：作为氧化剂，过氧化氢通常按下述机理之一进行反应：离子反应通过无机及有机过氧化物进行氧转移电子转移自由基反应，常有金属催化剂存在。过氧化氢用用途还因下列性质：全部ph范围内均有效高氧化电位（e0=1.763，ph0；e0=0.878，ph14）无污染物液态，易于使用（1）.h2o2是一种强氧化剂，但遇到更强的氧化剂，如高锰酸钾、氯等，则呈还原性，因此可参加分解、加成、取代、还原氧化等反应。（2）.h2o2具有较弱的二元酸的性质，与某些碱反应可生成盐。（3）. h2o2性质不稳定，当接触到光、热、粗糙表面时，会分解为水和氧气，并放出大量的热；当重金属和其它盐类、灰尘等杂质混入后，可使其剧烈分解，严重时可发生爆炸。当双氧水较长时期的与易燃物质如木屑等接触时，可引起自燃；h2o2在阳光直接照射下，也可导致剧烈分解甚至爆炸。由于h2o2的不稳定性，一切盛装h2o2的容器必须留有气孔，有时常需要在储罐中加入一定数量的磷酸作为稳定剂。（4）. h2o2具有毒性。对皮肤有漂白和灼烧作用，受侵蚀后，会引起发炎，重者会长期不愈，所以接触皮肤后应立即冲洗。h2o2的蒸汽能刺激眼、鼻、喉黏膜引起流泪、咳嗽等。1.2.2 过氧化氢的应用过氧化氢性质活泼，在国民经济建设中得到非常广泛的应用。除了是重要的化工原料外，也应用于纺织、军工、电子、造纸、化工、轻工、医药、污水处理等多个工业领域。过氧化氢具有漂白、氧化、杀菌、消毒待多种功效，起效后无任何副产物，无需特殊处理。1.在有机合成中可用作氧化剂、催化剂和羟基化基。2.用于有机和无机过氧化物的制造，如过氧乙酸、过氧甲酸、过磷酸钠等。过氧乙酸即可用于有机合成，也是一种杀虫剂。3.用于纺织、纸浆草藤制品的漂白，其优点是污染小，印染白度高并纤维的品质，即可用于天然纤维、动物纤维，也可用于合成纤维。4.电子工业和电镀工业电子工业中用于金属表面的清洗及蚀刻电路板的印刷。电镀工业中用于电镀后清洗和净化过程。5.水及污水处理利用h2o2可有效处理工业废水中含有的氰化物、酚类、亚硝酸盐、硫化物等污染物。工业废气中常含有二氧化硫、硫化氢、硫醚、亚硫酸物等硫化物，用h2o2处理后可以消毒、除臭。6.用于食品和奶制品生产设备及生产管线的清洗，如牛奶、果汁及其它食品容器的清洗，可起到防腐、消毒和杀菌作用。7.医药业h2o2可用于某些药品的合成；h2o2的稀溶液做杀菌剂可起到消毒、杀菌的作用。8.建筑工业 在一定条件下，h2o2可产生大量氧气，残余的仅是水分，因此它常用作天然橡胶、合成橡胶、塑料及混凝土的发泡剂。9.航空航天业 h2o2是飞机和火箭快速升空的能量来源，高浓度的h2o2（80%y以上）可作为火箭原料。综上所述，h2o2的用途极为广泛。目前的生产规模还远没有达到国民经济的需求，生产成本也比较高，而对其应用的研究也在不断地开发中，因此进行h2o2的研究及工业生产的设计具有重要的现实意义。1.3 水、电、汽及原材料供应情况1.3.1 水、电、汽的供应供水：双氧水厂的建设厂址位于黄河沿岸，有充足、可靠的水源，其供水量能够满足工厂企业建设和生产、生活所需和其他用水的水量要求和水质要求。本次设计采用工厂处理的黄河水。供电：厂址靠近电热供应地，利用兰州石化公司的蒸汽供应，减少电热基础设施上的投入。蒸汽：从兰州石化公司接入。1.3.2 原材料的供应原料：2-乙基蒽醌、四氢2-乙基蒽醌、氢气、氢化萜松醇、重芳烃、活性氧化铝、兰尼镍触媒，来自兰州石化公司及外购。1.4 设计地区的水文、地质、气象资料本次设计地区：兰州 平均温度：9.2 降水日数：76.4天 最大积雪：8cm 平均海拔：1517.2m 主导风向：东北风 冻土厚度：84cm 降水量：332.3mm 平均压力：0.9105pa 极端最高温度：39.1 极端最低温度：-21.31.5 本设计的特点本次设计采用蒽醌法连续生产，它具有节约能源，不用贵金属，易于大规模生产以及装置简单，占地面积小，投资费用低，效益好等特点。主要消耗原料为氢气、空气中的氧和水，原料来源较广，而且工艺流程短、氢化设备结构简单、装置生产能力大、触媒寿命长、生产安全性好、不易中毒、操作方便等优点。本次设计车间属于一级火灾危险场所和二级爆炸危险场所，故车间采用钢筋混凝土材料，并掺入防火材料，厂房多开门窗，并设置泄压口，厂生活区建在车间外。在三废处理方面，保证做到符合于各项环境保护的排放标准，废渣中的镍触媒可回收使用，工作液循环利用，降低了原料的消耗。第二章 过氧化氢和主要原材料规格、性质及技术指标2.1 主要原料的规格、性质、技术指标1. 重芳烃 比重 0.8749(25) 沸程 150200（150以前馏分5%） 芳烃含量 96% 不含硫、砷、汞及其化合物2. 2-乙基蒽醌： 外观 淡黄色或亮黄色粉末或鳞片状结晶 熔点 不低于108111 苯中不溶物 不高于0.05%3. 氢化萜松醇： 外观 无色透明液体，常温下呈油状，具有芳香味 比重 0.908（20） 醇含量 86% 溴值 2 沸程 204220，馏分不少于93%（体积）4. 碳酸钾： 外观 白色粉末，不应含有颗粒状机械杂质，在水中溶解时，其溶液允许有轻微浑浊 碳酸钾含量 92%5. 活性氧化铝： 外观 白色柱状颗粒，直径35mm，长2030mm 活性 不低于6%（按醋酸吸附法测定） ph值 约为76. 氢气： 纯度 98%（体积） 氮含量 1.6%（体积） ch4含量 2.0%（体积） 氧含量 0.4（体积） 氯含量 10ppm co含量 10ppm co2含量 25ppm 总硫量 0.1ppm 汞含量 0.1ppm 水分 露点不高于-207. 氮气：氧含量不高于1.5%8. 兰尼镍触媒： 外观 黑灰色松散的金属粉末，在空气中能够自燃 湿堆比重 2.12.3g/cm2 活性 不低于80%9. 正磷酸：（hgb 3017-59 二级或三级试剂） 比重 不小于1.698 含量 不低于85% 铁含量 不高于0.01% 重金属含量 不高于0.001% 10. 纯水： 要求不含有钙、镁、氯及重金属 电导率1010-6欧姆厘米 ph值 6711. 压缩空气： 要求不含铁锈、灰尘及co、so等有害气体 露点 不高于-202.2 过氧化氢产品的规格、性质和技术指标就浓度而言，h2o2水溶液可具有398%的不同浓度，其中27.5%、35%、50%的产销量最大。就产品的浓度和用途而论，则h2o2水溶液又分为工业级、医用级、电子级、军用级等不同级别，其中的工业级产品的数量最大。表2-1 中华人民共和国国家标准 gb 1616-88 工业过氧化氢技术要求质量标准国家标准 gb 1616-88指 标名 称指 标27.5%h2o235%h2o250%h2o2优等品优等品优等品优等品优等品优等品优等品优等品优等品h2o2% 27.527.527.535.035.035.050.050.050.0游离酸(以h2so4计)%，0.040.050.080.040.050.080.040.060.12不挥发物%，0.080.100.180.080.100.180.080.120.24稳定物%，97.097.093.097.097.093.097.097.093.0第三章 生产方案的确定3.1 过氧化氢的主要生产方法国内外生产方法1 电解法该法以铂作电极把酸性硫酸铵水溶液进行电解，得到阳极产物过硫酸铵，然后将其水解、分离、蒸馏，即得h2o2产品，（nh4）2so4和h2so4回收利用。其反应式如下： （nh4）2so4 h2so4 电解 （nh4）2so4 h2 （nh4）2so4 2h2o pt 电极 （nh4）2so4 h2so4 h2o2电解法生产h2o2，国外延续了近五百年，现象早已淘汰。国内1957年开始用该法生产h2o2，但由于电耗高（1t275%h2o2国内先进企业电耗400kwh以上），要使用价格昂贵的t，所以产品成本高。国内现有的20套装置，大部分生产高纯度h2o2，约占国内总生产能力的85%左右。2 蒽醌法自1953年美国杜邦公司第一个采用蒽醌法生产双氧水以来，到80年代，该法已成为世界h2o2生产的主要方法，并已趋向大型化、自动化，生产装置最小也在1万t/a以上，成本相当低。我国于60年代末，由于化工部黎明化工研究趋院首先对该法进行了研究和试生产，到1990年，全国建立了34套装置，工艺也不断完善，趋于成熟。其中，吉林化学试剂厂的1.4万t/a和上海吴淞化肥厂的1万t/a27.5% h2o2装置，是国内最大装置。蒽醌法生产双氧水的原理过程为：将-烷基蒽醌溶于有机溶剂中，制成所谓工作液，在催化剂钯触煤作用下，通氢气氢化还原，使烷基蒽醌变成烷基氢蒽醌，后者再经氧气或空气氧化，在氢蒽醌转化为原来的蒽醌的同时，生成h2o2，用水萃取工作液中的h2o2，再经净化、蒸馏处理，即为产品，工作液可循环使用，其反应式为： rro2 钯触媒过程中所谓工作液是由a-乙基蒽醌溶液于重芳烃（如三甲苯异构体）和氢化后的氢蒽醌溶解于磷酸三辛酯而组成的混合物。蒽醌法制h2o2主要h2，据资料介绍，1t100% h2o2，需耗氢气790立方米。所以用便宜的氢气，是蒽醌法生产的关键，氢气来源有两个途径：一是电解水制氢气：而是利用合成氨厂水媒气变换的氢气。近年来，用吸附法提取氢气技术在国外广泛应用，国内西南化工研究院亦在研究开发这种工艺，并在昆明、江苏太仓和海门化肥厂进行了工业应用试验。变压吸附法装可以从合成氨尾气、城市煤气、高炉尾气中吸附氢，氢化度可达98%以上，收率为81%。这样以来，氢源扩大了，相应h2o2成本也就低了。蒽醌法生产h2o2的主要优点是生产规模大，都在万吨以上，自动化程度较高，且氢源取之较广，能源消耗很低（如有合适的氢气的话），在安全操作、三废治理等方面，经过不断完善和改进，也基本过关。其主要不足是：产品质量由于有机物及溶剂残留，产品少有黄色，仅达工业级，如要提高产品质量等级，必须再精制。要有氢气源设备等，工艺沉长复杂，投资较大，如年产35005000t/a27.5%的装置,总投资最少在2000万元以上。虽然国内已建成几个大厂，但运行中还存在不少问题有待研究解决。生产过程全是易燃易爆物质，且温度较高，操作要求严格。3 空气阴极法空气阴极法制h2o2，是蒽醌法工业化后，为了进一步降低h2o2制造成本，简化工艺，缩小投资而出现的新工艺。早在70年代，美国dow公司与加拿大hurou公司合作，开发了滴流床电糟的氧阴极还原法，并完成了10t/a h2o2工业装置。国内袁志平等人，把此技术推向工业化装置，并于1987年在国内申请了87-103988号专利。近5年来已先后在东北、西北完成了碱性h2o2的工业装置试生产，结果是满意的。空气阴极法生产h2o2，就是在稀naoh溶液中，使用一种以碳为主体，加蒽醌等活性物质，以纤维素为骨架的空心电极，使空气中的氧既多又快的溶解在其中，通电使氧原子还原成负氧离子，在阴极上同h2o直接生成的过程。其反应式为：o+h2o2+2eho2+oh氧阴极制备h2o2原理。锦屏化工厂利用本厂生产的热法h3po4中和，把h2o2释放出来，而钠离子变成磷酸钠盐。刻试验的小试早已完成，h2o2收率达85%，联产出合格的三聚磷酸钴（五钠）。目前正在组织人力、物力完成工业化生产的设备和工艺，预计很快可推向工业化。4 氢氧直接合成法是国外近年来取很的重大进展的方法。据有关人士预计，该法可能成为今后h2o2生产最有希望的方法，1987年以来，美国dupont公司已取得了重大进展，采用几乎不含有机溶剂的水反应介质；用活性碳为载体的pt-pd作催化剂；水介质中的溴化物作助催化剂；在反应温度025、反应压力317.3mpa的条件下，反应物h2o2中浓度可达13%25%；反应可连续进行；控制了运转中导致爆炸的因素。该法装置费比蒽醌法减少一半，成本明显降低。现该公司正筹划建设第一套示范装置，规模12万t/a（100% h2o2）。为了降低成本，正在研究用空气代替氧气。国内未见有开展氢氧直接合成h2o2的报道。 5 异丙醇法 此法以异丙醇为原料，用空气氧化异丙醇，同时生产h2o2丙酮两种产品，已被美国壳牌公司和前苏联工业化。工业上采用异丙醇的浓度为80%85%，从技术上讲，可以将丙酮再氢化成异丙醇 ，但从经济角度考虑没有循环的必要。该法由于投资大，产品分离和精制等问题未能解决，所以在国外工业化的不多，国内未见有该法资料报道，更无生产厂家。综上所述，以上五种方法，氢氧直接合成是最有前途的方法，但和异丙醇法一样，国内未见开发的报道，似离国内现实较远。电解法在国内也趋于淘汰，蒽醌法，正在大力发展，但该法投资太大，建厂条件苛刻，难度大。而空气阴极法国内已经起步，是较有前途的方法之一，它投资小，只要是有大型烧碱厂和磷酸厂并存的地方就可以建厂。在生产工业h2o2的同时，又可联产五钠，联产的五钠比目前国内用热法磷酸及纯碱生产的产品，价格要便宜，有一定的竞争力。3.2 本设计生产方法的确定 蒽醌法主要优点是生产规模大，可在万吨及以上。自动化程度较高，且氢源取之较广，能源消耗很低，同时经生产工艺上的不断改进，产品的纯度可以达到电解法的标准。在安全操作、三废治理等方面也达到了要求。其缺点是如果要得到高浓度的h2o2产品还需要再浓缩、精制的过程。现在国内外已经基本上用蒽醌法取代了以上制备h2o2的方法。因此我们选择用蒽醌法生产h2o2。第四章 生产原理与工艺流程4.1 化学反应方程式蒽醌法生产h2o2的化学反应方程式（1）氢化过程的化学反应式为：（2）氧化过程的化学反应式为：4.2 生产原理以一定比例的2-乙基蒽醌和四氢2-乙基蒽醌（重量比为15：85）为载体，以重芳烃和氢化萜松醇（体积比为55：45）为溶剂配制成工作液（总蒽醌含量为120g/l）。此工作液在压力为3kgf/cm2和温度为6070的条件下，以高温兰尼镍触媒为催化剂与氢气进行加氢反应，两种蒽醌氢化生产相应的氢蒽醌，此反应叫氢化，氢化后的工作液叫氢化液。氢化液中的氢蒽醌在氧化塔内，在压力为3kgf/cm2，反应温度为4555的条件下，与空气中的氧气发生氧化反应生产过氧化氢，同时将氢蒽醌还原成原来的蒽醌，这个过程叫氧化，氢化液经氧化后叫氧化液。利用过氧化氢在水及工作液中的溶解度不同，用纯水萃取氧化液中的过氧化氢，得到过氧化氢的水溶液即双氧水，再经重芳烃净化处理得到浓度不低于35%的产品。用萃取过的工作液叫萃余液，经过用碳酸钾溶液干燥脱水和分解过氧化氢后再经活性氧化铝脱碱，并在此一系列过程中再生部分降解物，然后送往氢化工序循环使用。所以本方法理论上消耗的基本原料仅为氢气、水和空气中的氧气。4.3 生产工艺流程方框图及生产工艺流程工艺流程方框图如：兰尼镍触媒 h2 空气 尾气 纯水 重芳烃萃取塔包装净化塔氧化塔氢化反应器配制 工作液 氢化液 氧化液 萃取液 成品 萃余液干燥塔白 土床银镍触媒床 k2co3溶液 工作液4-1 蒽醌法生产h2o2工艺流程方框图该工艺整个流程共分为四个工序：1. 工作液的氢化以一定比例的重芳烃和氢化萜松醇为溶剂（体积比为55：45），以2-乙基蒽醌和四氢2-乙基蒽醌为溶质配成工作液（有效蒽醌含量为120g/l），将该工作液用泵连续的送入氢化釜。氢化釜是一个釜内带有袖筒过滤器和搅拌装置的反应釜，同时连续的向氢化釜内通入氢气，在兰尼镍触媒存在条件下，控制釜内压力为3kgf/cm2,温度为6070，在此条件下进行连续氢化反应，氢化后的工作液（又称氢化液），借助釜内压力连续通入釜内袖筒过滤器和釜外补充过滤器，以免触媒被带到氧化塔和萃取塔，导致生产的h2o2分解。从补充过滤器出来的氢化液进入氢化液分离器，分出夹带的少量h2通过水封防空。从氢化液分离器底部出来的氢化液进入氢化液中间槽。2. 氢化液的氧化氢化液自氢化液中间槽使用氢化液泵，经氢化液冷却器送入氧化塔。在氢化液进入氧化塔之前，预先加入适量含有磷酸（作为稳定剂）和硝酸铵（作为缓蚀剂）的工作液，以减少氧化过程中过氧化氢的分解损失和过氧化氢对设备的腐蚀，其加入量应保证工作液中磷酸含量为0.0045g/l，硝酸铵含量为0.0015g/l。氧化塔是一座三节并流填料塔，采用陶瓷拉西环。氢化液由塔上节（第一节）底部进入，与通过第一节塔底逆止阀来的空气一起并流向上，空气被填料分散成细小的气泡，增加了与氢化液的接触面积。氢化液在塔上部进入1#气液分离器，分除的氧化尾气经尾气芳烃冷凝器分除大部分溶剂后进入尾气水封，进一步回收溶剂，然后尾气放空。从1#气液分离器分离出的部分被氧化的氢化液进入第二节氧化塔底部，与自第三节塔分离出的空气一起并流向上，在第二节塔上部，绝大部分气体通过逆止阀进入第一节塔，而又被氧化了的氢化液和夹带的一些气体则通过导管直接进入第三节塔底部，与进入的新鲜空气一起并流向上，从第三节塔上部进入2#气液分离器，分离出的空气进入第二节塔底部，分离出的氧化好了的工作液（又称氧化液）送入氧化液中间槽。该氧化塔从每节来看是并流操作，从整体来看是逆流操作。3. 氧化液中过氧化氢的萃取和萃取液的净化萃取在萃取塔中进行，氧化液自氧化液中间槽借助氧化液泵进入萃取塔底部，纯水由高位槽流入萃取塔顶部，为了保证所得的过氧化氢具有良好的稳定性和防止它对铝设备的腐蚀，预先在纯水中加入适量的磷酸和硝酸铵。萃取塔是一具有43块塔板的筛板塔，氧化液自萃取塔底部进入，被筛板分散成细小液滴，借助与水的比重差穿过每节塔的水逐渐上升至塔顶，在每节塔内，氧化液都经过一次重新凝聚与重新分散的过程，在塔顶经萃取后的工作液（萃余液）与水相分离，进入后处理工序。h2o2的净化在净化塔内进行，净化塔是一充满拉西环的填料塔，萃取所得的粗双氧水（称萃取液）自萃取塔进入净化塔底部，而重芳烃在重芳烃高位槽连续进入净化塔底部，两者进行逆流操作，以除去双氧水中的有机物，在净化塔中，重芳烃为连续相，过氧化氢为分散相，净化后的过氧化氢自塔下部流出，进入净化分离器，在其中进一步分离可能夹带的重芳烃，然后进入成品中间槽，向该槽中鼓入空气以吹除成品中的重芳烃，将吹空气后的成品放入成品储槽，即可储存和包装。自净化塔上部流出的重芳烃，连续进入氧化液中间槽，以补充工作液中重芳烃的损失。4. 工作液的后处理自萃取塔顶部出来的萃余液经萃余液计量槽，进入干燥塔底部，比重为1.381.42的碳酸钾溶液自碳酸钾计量槽进入干燥塔顶部，与萃余液进行逆流操作。浓的碳酸钾溶液吸收工作液中的水分后，浓度逐渐变小，后者经干燥器底部进入废碳酸钾分离器，于其中分离出夹带的少量工作液流入工作液收集槽，废碳酸钾溶液引进废碳酸钾收集槽，备回收利用。干燥塔的作用在于中和氧化时产生的酸性氧化物，除去工作液中多余的水分，分解少量残余的过氧化氢。碳酸钾溶液的加入量以控制工作液中水分量不高于7ml/l，废碳酸钾的比重不低于1.25为准。工作液自干燥塔上部流出，经碳酸钾分离沉降器进一步分除所夹带的少量碳酸钾溶液，然后进入白土床，白土床中装有颗粒状的活性氧化铝，其作用在于吸附工作液中溶解的微量的碳酸钾和其他盐类，再生循环过程中可能产生的少量的降解物，最后工作液进入银镍镍触媒床，设备内装有银镍触媒，以便将工作液中残存的微量h2o2彻底分解。至此，工作液的后处理工序结束，从银镍触媒床出来的工作液进入工作液槽，再用泵打入氢化釜循环使用。第五章 工艺计算5.1 物料衡算产量的计算 由任务书得知，此生产车间为年产4000吨28的过氧化氢，年工作日为330天，由物料平衡关系w入=w出得：产品产量 4000103/(33024)=505.1/h产品中纯h2o2的量 505.128141.4/h产品中纯h2o的量 505.1-141.4363.7/h工作液循环量的计算1.因为萃取液收率为93，所以氧化液中h2o2的量为： 141.4/0.93=152.0/h2.已知氧化塔反应条件：p=23kgf/cm2 ,t=50,氧化反应收率为95，由氧化反应方程得： 241.56 34.0146 m氢蒽醌95 152.0m氢蒽醌=241.56152.0/(34.01460.95)=1136.3/h3.氢化反应釜反应条件p=3kgf/cm2 , t=6070,转化率为67 239.56 241.56 m蒽醌67 1136.3 m蒽醌1136.3239.56/(241.560.67)=1681.9/h4.工作液量，已知工作液中蒽醌量为120g/l（等于120kg/m3）,密度为924.3/ m3 工作液体积流量v工作液=1681.9/120=14.02m3/h 工作液质量流量m工作液v=924.314.02=12958.7/h 已知工作液含水量为7g/l, 工作液中水量 14.02798.1/h 工作液中重芳烃、氢化萜松醇的总量 12958.7-1682.2-98.111178.7/h已知溶剂中重芳烃/氢化萜松醇=55/45(体积比)，设工作液中重芳烃体积为x m3/h, 氢化萜松醇体积为(45/55) x m3/h m重+氢化萜松醇=(v) 重 +(v) 氢化萜松醇 =874.9x+908(45/55 )x=11178.4 m3/h 解得x6.90 m3/h已知重芳烃密度为874.90/ m3，氢化萜松醇密度为908.00/ m3重芳烃质量 m重6.91874.96036.8/h氢化萜松醇质量 m氢化萜松醇11178.7-6036.85141.9/h表5-1 工作液中各物料循环量 工作液流量蒽醌水重芳烃氢化萜松醇总量质量流量/h1681.998.16036.85141.912958.7体积流量m3/h1.320.16.905.6914.025.1.1 氢化反应釜的物料衡算本工序的工艺条件（1）进氢化反应釜工作液中蒽醌含量120g/l；（2）进氢化反应釜工作液流量14.02m3/h；（3）氢化反应温度6070，压力3kgf/cm2；（4）氢化反应转化率为67；（5）氢化利用率为85（体积）放空工作液氢化釜6070，3kgf/cm2h2蒽醌h2氢蒽醌重芳烃氢化萜松醇水余蒽醌 重芳烃氢化萜松醇 水 239.56 2 241.56 mh2 1136.3反应了的h2质量流量 mh221136.3/241.56=9.41/h(60+70)/2=65,3 kgf/cm2下氢气的密度 pm/rt=30.98105210-3/8.314(273+65)=0.21/ m3反应了的h2体积 vh2 = 9.41/0.21= 44.81 m3/h已知h2体积利用率85参加反应的h2体积流量v= 44.81/85% = 52.72 m3/h参加反应的h2的质量流量 52.720.2111.07/h放空h2的质量流量 11.079.411.66/h余蒽醌的质量流量 1681.9（1-67）555.03/h表5-2 氢化反应釜的物料衡算进料（/h）出料（/h）蒽醌1681.9氢蒽醌1136.3重芳烃6036.8重芳烃6036.8氢化萜松醇5141.9氢化萜松醇5141.9水98.1余蒽醌555.03h211.07水98.1/放空h21.66合计12969.77合计12969.795.1.2 氧化塔的物料衡算本工序的生产工艺条件(1)氧化塔的反应温度4555； (2)氧化塔顶压强2 kgf/cm2，塔底压强3 kgf/cm2；（3）工作液每升需加磷酸量0.0045g/l； （4）氧化反应收率95； （5）空气利用率70（体积）； （6）尾气中氧气体积含量低于6；（7）重芳烃在氧化塔尾气分压为0.0125 kgf/cm2。氧化塔455523kgf/cm2重芳烃o2n2尾气h3po4氢蒽醌重芳烃氢化萜松醇水余蒽醌h2o2蒽醌重芳烃氢化萜松醇水h3po4空气（o2,n2） 氧化液 32 239.56 34.0146 mo2 m蒽醌 152.0/0.95生成蒽醌的量 m蒽醌 239.56（152.0/0.95）/34.01461126.86/h反应了的氧气的量 mo2 32（152.0/0.95）/34.0146150.52/h在2kgf/cm2，50时氧气的密度：氧气的密度 o2 pm/rt =20.981053210-3/8.314(273+50) = 2.34/ m3空气的密度 空气pm/rt =20.981052910-3/8.314(273+50) 2.12/ m3反应了的氧气的体积流量 v= m/=150.52/2.34=64.32 m3/h参加反应的氧气的体积流量 v氧气总量64.32/0.7=91.89m3/h参加反应的氧气的质量流量 m参，o291.892.34215.022/h参加反应的空气的体积流量 v空气91.89/0.21437.57 m3/h参加反应的空气的质量流量 m空437.572.12927.65/h空气进料中氮气的质量 m氮气927.65-215.02712.63/h氧化反应收率为95，在氧化塔被分解的h2o2的量为152.0/0.950.05=8/h2h2o + o2 2h2o2 234.0146 218 32 8 m水 mo2被分解h2o2生成的水量 m水2188/(234.0146)=4.23/h被分解h2o2生成的氧气量 mo2328/(234.0146)=3.76/h25,1.01325105pa下氧气的密度: o2pm/rt =1013253210-3/(8.314298)=1.31/ m3被分解h2o2生成氧气的体积 v=3.76/1.31=2.87 m3/h尾气中总的氧气体积量 91.89（1-0.7）2.34/1.31+2.87=52.11 m3/h因为尾气中氧气的体积含量为6，所以尾气的体积为52.11/0.06=868.5 m3/h 尾气中氧气的质量为 52.111.3168.26/h因为尾气中重芳烃的分压为0.0125 kgf/cm2，重芳烃的分子量（以三甲苯为主）120，其密度 重芳烃pm/rt= 10132512010-3/(8.314298)=4.91/ m3尾气中重芳烃的质量 m重芳烃0.01250.98105868.54.91/101325 = 51.56/h氧化液中重芳烃的质量流量 6045.6-51.565994.04/h工作液中h3po4含量为0.0045 g/l加入磷酸的密度1.698103/ m3，浓度85氧化液中85的磷酸量 m=(14.020.0045)/85% =0.074/h其中纯磷酸量 14.020.00450.063/h水的量 0.074-0.0630.011/h表5-3 氧化塔的物料衡算进料（/h）出料（/h）氢蒽醌1136.3h2o2152.0重芳烃6036.8蒽醌1681.9氢化萜松醇5141.9氧化液中重芳烃5994.04水98.111氢化萜松醇5141.9余蒽醌555.03水102.341磷酸0.063尾气中重芳烃51.56 氧气215.02尾气中68.26氮气712.63尾气中n2712.63/氧化液中h3po40.063合计13895.85合计13904.695.1.3 萃取塔的物料衡算本工序工艺条件（1）在常温常压下，用纯水萃取h2o2；（2）萃取塔h2o2收率93，萃余液带走4，在塔中分解3；（3）萃取液中磷酸为0.5g/l。纯水萃取塔（磷酸）萃取液萃余液h2o2蒽醌重芳烃氢化萜松醇水h2o2蒽醌重芳烃氢化萜松醇磷酸水氧化液h2o2o2h2oh3po4萃取液中水量： 363.7/h萃取液中3的h2o2分解：152.034.56/h2h2o2 h2o + o2 234.0146 218 32 4.56 m水 mo2m水 = 4.56218/(234.0146)=2.41/hmo2 = 4.5632/(234.0146)=2.14/h查出28h2o2的密度为1.101103/ m3萃取液体积 v505.1/(1.101103)=0.46 m3/h萃取液中h3po4的量 0.460.50.23/h纯水中应加入磷酸量 0.23-0.0630.167/h表5-4 萃取塔的物料衡算进料（/h）出料（/h）纯水363.7萃取液中h2o2141.4纯水中h3po40.167萃取液中h2o363.7h2o2152.0萃取液中h3po40.23蒽醌1681.9萃余液中h2o26.1重芳烃5994.04萃余液中蒽醌1681.9氢化萜松醇5141.9萃余液中重芳烃5994.04氧化液中水102.341萃余液中氢化萜松醇5141.9h3po4（氧化液带来）0.063萃余液中h2o104.75/萃取液中o22.14合计13436.11合计13436.165.1.4 干燥塔的物料衡算本工序的工艺条件（1）碳酸钾的比重1