Введение к работе
Актуальность проблемы. Пероксид водорода является одни»! ип важнейших продуктов химической промышленности. Благодаря таким свсим качествам^ак высокое содержание активного кислорода, экологическая чистота ( никаких отходов кроме воды он не образует ), высокая специфичность и эффективность реакций, проводимых с его участием, и ряду других, пероксид водорода нашел применение в сами различных областях. Пероксид водорода используется в медицине и бытовой химии, сельском хозяйстве и электронной промщдекности, металлургии, стране окрулащеЯ среды и т.д.. Темпы росва потребления пе(яксида водорода весьма высоки. По оценкам специалистов, в США в бликайпше годы ожидается рост спроса на этот продукт на 9 % в год, а в Японии - на 3-4 % в год.
Іехнический прогресс в области производства пероксида водорода за последние 20 лет выразился в совершенствовании существующих и внедрении новых процессов его получения, в частности, основанных на органических реакциях. В настоящее время в промышленное:и используются три метода получения пероксида водорода : традиционный электрохимический - путем окисления серной кислоты' до перокесдисернэй с последующим ее гидролизом - и органические методы - так называемый антрахинонный, основанный на попеременном каталитическом восстановлении и окислении алкилантрахиноноз, и метод, использующий, реакцию жидкофазного окисления изопропилового спирта с получением ацег. она и пероксида водорода ( изопропиловый метод ).
Антрахинонный метод производства пероксида. водорода, открытый в 40-х годах, получил наиболее широкое распространение за рубежем. В настоящее Еремя практически весь пероксид водороде, в мире получается этим способом. Общее производство пероксида водорода в мире на 1987 год составило I. 095 тысяч тонн б год в пересчете на 100 % -ую конценірацию.
В СССР наряду с существовавшим электрохимическим методом, в 60-70 -е годы был внедрен изопропиловнй способ. Антрахинонный способ производства пероксида водорода, несмотря на ряд его преимуществ перед существующими технологиями, в нашей стране в промышленности не используется. За исключением небольшой установки в г. Дзержинске других производств не существует.
Однако все возрастающий спрос на данный продукт поставил задачу скорейшего развития производства пероксида водорода в нашей стране, в том числе за счет строительства новых крупных установок по его производству с использованием антрахинонной технологии.
Главными критериями при разработке антрахинонных технологий яв-
ляются: определение эффективных композиций растворителей и рабочего вещесгза - антрахинона, с целью повышения съёма гцъду/ста с единицы рабочего раствора, а также подбор лучших катализаторов и усо-вершенствов?лие аппаратурного оформления.
В данной работе не преследовалась цель охватить бєсь процесс _> целом, ее осно-.кой задачек чвлялась опгкмизрция одного из основных узлов процесса - экстракции пероксида члдорода из рабсчегс рястЕО-ра.деминерализованной водой. Эта стадич во многом определяет количество и качество получаемого пероксида водорода, поскольку явая-еися завершающей в основном цикле производства. Практическое отсутствие катшх-либо данных тю равновесию в системе рабочий раствор -пероксид водорода - вода, а также по механизмам взаимодействия у:г.~ ствущих в процессе вєщєсіх, эатруднягт качественное проектирование стадии вкотракционной очистки и концентрирования пероксида водорода, увеличивают влзиюжность ошибок при расчете аппаратуры. Поэтому представлялось весьма актуальним проведение работы по глуб:>-кэыу изучению экстракционных равновесий различных систем рабочиГ раствор - пероксид водорода - вода и расчету на базе' полученных дан ных промышленного экстрактора.
Цель работы. Целыэ диссертационной работы являлось определение оптимальной композиции растворителей алкилантрахинонов и их гидроформ для создания рабочего раствора производства пероксид;. водорода по антрахинонной технологии, а ^акке разработка процесса экстракционного концентрирования и очистки пероксида водорода.
Изучение равновесия в системах : эксрагенты различного класса
- пероксид водорода - вода, определение механизма взаимодействия
пероксида водорода с исследуемыми экстрагентами. Изучение "ермоди-
намических характеристик процесса экстракций пероксида водорода.
На основе полученных данных - выбор и расчет аппаратурного оформле-*ния процесса экстракционного концентрирования и счистки пероксида водорода.
Научная новизна.
Получены данные по равновесию в системах исследуемый экстрагект
- пероксид водорода - вода, для экстрагентов: нейтральные фозфорор-
ганические соединения ( НФОС 1 - триизоамилфосфат ( ТиАФ ' (i.C^HjjO)
-Р0, диизооктилметилфосфонат ( ДИОМФ ) tCoHj70)2СН3РО, фосфинзк-
сид разнорадикальный (7-9^15-19 CgHjjPO; ацетаты - метилцикло-
гексилацетат ( МЦГА ) СН3 А 0ССН3, ацетат октанола-2 ( АО-2 )
CgHj^OCCHg» спирт - октанол-2 CqHj^OH. Коэффициенты распределения
и тройные диаграммы состояния для всех изученных систем определены при изменении концентрации пероксида водорода в равновесной водной фазе от 0 до II моль/л и Т=45 * 50"С.
Установлено, что экстракция пероксида водорода HS0C и октано-лом-2 протекает по гидратно-сользатному механизму, с образованием соединений следующего состава: для HJOC при Г%0р]водн < 5,5-7,0 моль/л - S HgOg'H'oO, при П^оЛ^^ > 5,5-7,0 коль/л -$:2Ш202' НрО), а для октанола-2 -' 'НоОр'НрО во всей области изменение концентраций пероксида водорода от 0 до II моль/л.
Получено, что кЦГА и АО-2 не образуют, в данных условиях, с пе-роксидом водорода и водой соединений определенного состава, а их переход в органическую фазу может быть охарактеризован как физическое распределение.
По данным ИК-спектров органических фаз и результатам термохимических исследований получено, что присоединение пероксида водорода к экс.рагенту осуцествляевся за счет образования водородных связей типа : -Р=0---(Н-02-Н"'Н-0-Н) и -0Н-*-(Н-02-Н" -Ь-О-Н).
Установлено, что поверхностное натяжение в системе рабочий раствор - водный растзор пероксида водорода изменяется по высоте экстракционной крлонны, причем его ве іичина несколько увеличивается с уменьшением концентрации пероксида водорода.
Практическая ценность работы. На основании изучения и анализе шести экстракционных систем в качестве компонента рабочего раствора ответственного за растворение алкилантрагидрохинонов выбран ацетат октанола-2, а растворителя алкилантрахинонов - нефрас ЛХ ( нефтяной растворитель, представляющий собой заксилольную фракцию продуктов перегонки нефти ). Предложена новая композиция рабочего раствора.
Разработан эффективный процесс экстракционного концентрирования и очистки пероксида водорода, проведены выбор и расчет его аппаратурного оформления.
Реализация в промышленности. На основе результатов работы осуществлено проектирование узла экстракционного концентрирования и очистки установки по производству пероксида водорода мощностью 100 тысяч тонн в год. Данные работы использованы при усовершенствовании технологической схемы производства пероксида водорода на установке в г. Дзер-кинске.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Мездуна-родной конференции по жидкостной экстракцииГ^ЕС- 90 ( Япония, Киото, 1990 ), на Московском семинаре по экстракции ( Москва , 1990).
Публикации. По результатам рабсты опубликовано 2 статьи, тезисы доклада на Международной конференции, выпуцено 2 отчета.
Структура и объём рпботы. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста, состоит из введения, семи глав содергхит рисунков и страниц приложения. Список литературы содержит наименований работ советских и зарубежных авторов.
-Автор защищает :
- результаты экспериментального исследования равновесий в бинарных
к тройных системах лри экстракции пероксида водорода .шесты) ки
слородсодержащими эястрагентами",
- результаты экспериментального исследования ИК-спектрэв ирганичес-
ких фаз и термохимических взаимодействий в экстрактах перэксида во
дорода;
механизм экстракции пероксида водорода изученными кислородсодержащими соединениями:
данные по межфазному натяжению в системе рабочие раствор - водный раствор пероксида водорода;
рекомендации по проведению процесса экстракционного концентрирования и очистки пероксида водорода, а такте его апларатурному оформлению.
