圓形微通道反應(yīng)器內(nèi)2-乙基四氫蒽氫醌氧化反應(yīng)

張 統(tǒng)，蘇宏久，曹 彬，Yves Gonthier，羅靈愛，王樹東

(1.中國科學(xué)院，大連化學(xué)物理研究所潔凈能源國家實(shí)驗(yàn)室，大連 116023；2.法國薩瓦大學(xué)尚貝里工程師學(xué)院LOCIE實(shí)驗(yàn)室，Le Bourget-du-Lac Cedex, France 73376；3.中國科學(xué)院研究生院，北京 100049)

圓形微通道反應(yīng)器內(nèi)2-乙基四氫蒽氫醌氧化反應(yīng)

張 統(tǒng)1,2,3，蘇宏久1，曹 彬1，Yves Gonthier2，羅靈愛2，王樹東1

(1.中國科學(xué)院，大連化學(xué)物理研究所潔凈能源國家實(shí)驗(yàn)室，大連 116023；2.法國薩瓦大學(xué)尚貝里工程師學(xué)院LOCIE實(shí)驗(yàn)室，Le Bourget-du-Lac Cedex, France 73376；3.中國科學(xué)院研究生院，北京 100049)

以管徑為900 μm的圓形微通道反應(yīng)器內(nèi)2-乙基四氫蒽氫醌（THEAQH2）的氧化反應(yīng)為研究對(duì)象，研究了反應(yīng)過程中氣液兩相的流動(dòng)形態(tài)，考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、液體流速ULS、氣液比rAS等因素對(duì)THEAQH2氧化反應(yīng)的影響。研究表明，圓形微通道反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行THEAQH2的氧化反應(yīng)時(shí)可得到較高的氣液兩相接觸比表面積；氧化反應(yīng)隨溫度升高、壓力增大和液體流速 ULS的增加而顯著加快；THEAQH2的氧化反應(yīng)在圓形微通道反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行可得到較高的過氧化氫時(shí)空收率YSTY（Space-Time Yield），在溫度50℃、壓力0.29 MPa、液體流速0.052 m/s時(shí)，YSTY可達(dá)1 790 kg/(m3·h)，高出常規(guī)反應(yīng)器1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

微通道反應(yīng)器 氣液比表面積 氣液流動(dòng) 氧化反應(yīng)

高效、環(huán)保、安全已經(jīng)成為世界化化學(xué)工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)[1]，對(duì)新型化工技術(shù)的應(yīng)用以及對(duì)化工工藝的革新探索，已經(jīng)成為當(dāng)前化學(xué)工業(yè)發(fā)展的主要方向。隨著微加工技術(shù)的快速發(fā)展，以及對(duì)并行分布式生產(chǎn)理念認(rèn)識(shí)的深入，作為一種化工領(lǐng)域革新型技術(shù)的微化工技術(shù)興起已有二十余年，以其高效、靈活、安全等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，并逐步在化學(xué)工業(yè)的一些領(lǐng)域中得到應(yīng)用，如制氫、有機(jī)合成、精細(xì)化工等[2]。

過氧化氫作為一種理想的、綠色的氧化劑，被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)合成、醫(yī)療衛(wèi)生、電子材料、污染物處理等行業(yè)。蒽醌法是目前生產(chǎn)過氧化氫的主要方法，主要由氫化、氧化和萃取三個(gè)步驟組成。蒽醌加氫后的氧化過程是蒽醌法制取過氧化氫工藝中不可或缺的重要步驟，影響著整個(gè)生產(chǎn)過程的效率。而現(xiàn)如今工業(yè)過氧化氫生產(chǎn)工藝中的氧化步驟普遍存在著效率低下的特點(diǎn)，尤其是在國內(nèi)，此步驟多采用大型逆流式氧化反應(yīng)鼓泡塔，生產(chǎn)效率低下、耗能高，技術(shù)改進(jìn)的意義重大[3]。而微化工技術(shù)的高效、強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)過程等優(yōu)點(diǎn)，為其在過氧化氫生產(chǎn)過程氧化步驟中的應(yīng)用提供契機(jī)。

本研究對(duì)圓形微通道反應(yīng)器內(nèi)2-乙基四氫蒽氫醌氧化反應(yīng)進(jìn)行了探索和研究，著重考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、液體流速、氣液比等因素對(duì)反應(yīng)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及流程

實(shí)驗(yàn)所用的單通道微反應(yīng)器是一根具有圓形截面的直石英玻璃管，內(nèi)徑為0.90mm，外徑為6.92mm，長(zhǎng)為30 cm，是由法國里昂的Verre et Séparation Technologies S. A.公司采用精確熱拉伸法制得，經(jīng)顯微鏡下觀測(cè)可知，其內(nèi)表面非常光滑，直徑誤差在2%以內(nèi)。T型接頭是不銹鋼材質(zhì)，其內(nèi)徑均為0.90mm，由大連南中精密模具加工有限公司用電火花加工制得。

為更接近工業(yè)條件，實(shí)驗(yàn)所用的工作液采自中國石化巴陵分公司雙氧水生產(chǎn)車間的循環(huán)液，其中含有2-乙基蒽醌（EAQ）33.1 g/L和2-乙基四氫蒽醌（THEAQ）91.5 g/L[4]。在EAQ和THEAQ同時(shí)存在的情況下，在催化反應(yīng)過程中加氫的是THEAQ，生成2-乙基四氫蒽氫醌（THEAQH2）[5]，因此參與氧化反應(yīng)的是THEAQH2，氫化反應(yīng)和氧化反應(yīng)表示為[6]：

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，實(shí)驗(yàn)過程中氧化氣體氧氣和氫化工作液經(jīng)T型接頭接觸后進(jìn)入微通道反應(yīng)器進(jìn)行氧化反應(yīng)，氣體流量由質(zhì)量流量計(jì)（七星華創(chuàng)：D07-11C，0～500mL/min；D07-7A，0～100mL/min；D07-7A，0～30mL/min；D07-7B，0～2 L/min）精確控制，而參與氧化反應(yīng)的氫化工作液流量則由精密柱塞泵（日本島津公司，LC-15C，精度為0.001～10mL/min）控制，泵后安裝兩個(gè)緩沖罐，以消除柱塞泵脈沖，保證液體流速平穩(wěn)。反應(yīng)過程中用水浴精確控制工作液和微通道反應(yīng)器的溫度。實(shí)驗(yàn)過程中，用數(shù)碼相機(jī)（Canon 5D Mark II，快門速度8 000-1s）拍攝反應(yīng)過程中的氣液兩相流型照片。微通道反應(yīng)器的兩端連接一個(gè)壓差傳感器（麥克，MDM490, 0～70 kPa），以測(cè)量反應(yīng)過程中壓降。反應(yīng)系統(tǒng)的整體壓力則由分離罐后的壓力傳感器（麥克，MPM489, 0～1 MPa）和一個(gè)背壓閥配合控制。工作液在氧化反應(yīng)前用高純氮?dú)饷芊?，防止與空氣中的氧氣接觸反應(yīng)；工作液離開反應(yīng)器進(jìn)入氣液分離罐即用大量高純氮?dú)獯祾弑Ｗo(hù)，防止進(jìn)一步氧化，以保證分析結(jié)果即為微通道反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)結(jié)果。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Schematic diagram of experimental setup

1.2 分 析

氧化過程中所用工作液是經(jīng)催化加氫反應(yīng)過程所得到的蒽醌工作液，氫化的總氫化效率C0（進(jìn)行完全氧化后所能得到工作液中過氧化氫的濃度），是氧化反應(yīng)工作液的初始濃度。氧化反應(yīng)后的工作液保存和分析過程中用高純氮?dú)膺M(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)以防止其離開反應(yīng)器后的進(jìn)一步氧化。取氧化反應(yīng)后工作液5mL進(jìn)行萃取，并用高錳酸鉀溶液進(jìn)行滴定分析測(cè)量，以確定氧化反應(yīng)的量Coxy（氧化反應(yīng)后所得工作液中過氧化氫的濃度），氧化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率可用η=Coxy/C0表示。滴定測(cè)量過氧化氫的質(zhì)量濃度按下式計(jì)算：

2 結(jié)果與討論

2.1 氣液兩相流型

氫化工作液中THEAQH2的氧化反應(yīng)是一個(gè)典型的氣液兩相反應(yīng)，而微通道反應(yīng)器內(nèi)的氣液兩相反應(yīng)呈現(xiàn)出其獨(dú)有的特征，尤為明顯的一點(diǎn)是微通道內(nèi)特有的氣液兩相流型，如泡狀流、Taylor流、攪拌流、環(huán)流等[7]，氣液流型是影響氣液兩相壓降、傳質(zhì)、反應(yīng)的重要因素。在本實(shí)驗(yàn)中，由于氣液比例、氣液流速相對(duì)適中，微通道反應(yīng)器內(nèi)的氣液兩相流型呈現(xiàn)Taylor流，又稱彈狀流（Slug Flow），如圖2所示。Taylor流中流動(dòng)比較規(guī)則，氣彈、液柱間隔有序，有環(huán)狀薄液膜連接液柱，并隔開氣彈跟微通道壁，氣液反應(yīng)過程中，氣體通過氣彈與液體的接觸面，向液柱和液膜進(jìn)行傳質(zhì)。

圖2 氧化反應(yīng)過程中微通道反應(yīng)器內(nèi)的氣液兩相流型Fig.2 Two-phase flow patterns in micro-channel reactor during experiments

由于所考察的微通道反應(yīng)器截面為圓形，觀察到的微通道內(nèi)圖像在徑向，由于石英玻璃對(duì)光線的折射作用已被放大，圖片中不失真的尺寸為軸向的長(zhǎng)度和微通道的外徑de。因此其徑向尺寸無法直接由圖像測(cè)得，而需根據(jù)軸向和外徑的尺寸求得。又因?yàn)門aylor流比較規(guī)則，則可據(jù)圖像可以求出微通道中氣液兩相接觸面積。根據(jù)圖3中所示，氣彈的直徑db可由下式計(jì)算

式中dc為微通道內(nèi)徑，m；Tf為Taylor流中環(huán)氣彈液膜厚度，m。Tf由Aussillous and Quere[8]提出的公式求得

圖3 Taylor流中的氣泡模型Fig.3 Gas bubbles in Taylor flow

其中毛細(xì)管數(shù)（capillary number）Ca

式中σ為表面張力，N/m；μL為液體粘度，Pa·s；Ub是氣彈實(shí)際速度，m/s。Ub可據(jù)Baten等[9]提出的公式求出

式中UGS為氣體表觀流速，m/s；εG為氣含率，%。εG可由下式求得

式中Vb為氣彈的體積，m3。由圖3可知，氣彈可近似看成一個(gè)圓柱體跟一個(gè)半球體的組合，其表面積SB可由下式表示

根據(jù)以上假設(shè)得到的氣彈表面積與本實(shí)驗(yàn)中氣彈的實(shí)際表面積的誤差在10%以下。根據(jù)一個(gè)氣彈的表面積可由下式求得反應(yīng)器的比表面積

以上公式中，dc、de已知，LB可根據(jù)圖2測(cè)得，UGS可根據(jù)氣體流量求得，因此可求出圖2中a、b、c、d四種情況下αi分別為4 560，4 840 ，4 960和5 040 m2/m3。如今工業(yè)過氧化氫生產(chǎn)過程中氧化反應(yīng)器一般為鼓泡塔，其氣液接觸面積不超過200 m2/m3[10]。有較大的比表面積使微通道反應(yīng)器在氣液兩相反應(yīng)過程中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，也正是本實(shí)驗(yàn)?zāi)苋〉昧己眯Ч闹匾蛑弧?/p>

2.2 溫度對(duì)氧化反應(yīng)的影響

圖4顯示的是溫度對(duì)氫化工作液中THEAQH2氧化反應(yīng)的影響。η為THEAQH2氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，rAS為氣液標(biāo)況體積比。由圖4可知隨著溫度的上升η顯著增加，即在同樣的液體流速 ULS下，Coxy隨溫度的上升而提高。當(dāng) T為12℃、rAS為4.4、ULS為0.013 m/s時(shí)，η僅為13.2%，Coxy只有0.79 g/L。而當(dāng)反應(yīng)溫度上升到70℃時(shí)，η上升到72.8%，Coxy增加到4.37 g/L。分析其原因主要有兩方面，第一，氫化工作液中 THEAQH2的氧化反應(yīng)被認(rèn)為是一個(gè)中速自氧化氣液兩相反應(yīng)，反應(yīng)過程由反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和氣液傳質(zhì)兩個(gè)步驟控制[6]。而反應(yīng)速率會(huì)隨溫度的升高而顯著加快。第二，就氣液兩相傳質(zhì)而言，首先，溫度升高有利于氣體的擴(kuò)散，當(dāng)反應(yīng)溫度升高時(shí)，氣體在液相中的擴(kuò)散系數(shù)隨之增大，而液相傳質(zhì)系數(shù)（實(shí)驗(yàn)中氧化氣體為純氧，因此氣相傳質(zhì)系數(shù)可忽略）與氣體擴(kuò)散系數(shù)的平方根成正比[11]；溫度的升高還會(huì)降低工作液的粘度，而粘度的降低加劇液相主體內(nèi)的擾動(dòng)并加快氣液界面的表面更新速度，增大液相傳質(zhì)系數(shù)，因此液相傳質(zhì)系數(shù)隨溫度的升高而增大。其次，溫度升高使反應(yīng)速率加快，而液相反應(yīng)速率加快會(huì)使氣液兩相間的傳質(zhì)加強(qiáng)。第三，工作液是以70%的重芳烴（分子量大于二甲苯的混合芳烴）和30%磷酸三辛酯混合液為溶劑，而氧氣在一些帶苯環(huán)的有機(jī)溶劑中的溶解度是隨溫度的升高而增大的[12]，本實(shí)驗(yàn)中溫度的升高可能會(huì)提高工作液中氧的平衡濃度，增大氣液傳質(zhì)推動(dòng)力，有利于傳質(zhì)過程的進(jìn)行。雖然溫度的升高會(huì)使氣體體積變大而減小微通道反應(yīng)內(nèi)工作液的實(shí)際停留時(shí)間，但影響相對(duì)較小?？傮w而言，隨溫度的升高，氫化工作液中THEAQH2的氧化反應(yīng)速度加快。

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)THEAQH2氧化反應(yīng)的影響Fig.4 Effects of temperature on the oxidation

2.3 壓力對(duì)氧化反應(yīng)的影響

一般而言，反應(yīng)壓力是影響氣液兩相反應(yīng)極其重要的因素。圖5顯示的是反應(yīng)壓力對(duì)氫化工作液中THEAQH2氧化反應(yīng)的影響。由圖可知反應(yīng)壓力對(duì)此反應(yīng)的影響非常明顯，η在0.49 MPa的反應(yīng)壓力（文中壓力指表壓）下比0.10 MPa時(shí)增大了接近兩倍。前面提到氫化工作液中 THEAQH2氧化反應(yīng)被認(rèn)為是由反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和液相傳質(zhì)兩個(gè)步驟共同控制的，反應(yīng)壓力的增加提高了氧氣的傳質(zhì)推動(dòng)力，有利于氧氣的傳質(zhì)。氫化工作液中THEAQH2氧化反應(yīng)又是一個(gè)二級(jí)反應(yīng)，跟工作液中THEAQH2濃度和氧氣的濃度成正比[6]，而反應(yīng)壓力的升高會(huì)增大氧氣傳質(zhì)的推動(dòng)力，加速氧氣向液相的傳質(zhì)，同時(shí)壓力的升高會(huì)提高液相中氧氣的溶解平衡濃度，從而提高THEAQH2氧化反應(yīng)速率，加快THEAQH2氧化反應(yīng)。綜上所述，升高反應(yīng)壓力會(huì)使氧氣向液相的傳質(zhì)速度加快并能提高 THEAQH2氧化反應(yīng)速率，因此能使氧化反應(yīng)加快，得到較高的η。

圖5 反應(yīng)壓力對(duì)THEAQH2氧化反應(yīng)的影響Fig.5 Effects of pressure on the oxidation

圖6 液體流速對(duì)THEAQH2氧化反應(yīng)的影響Fig.6 Effects of liquid velocity on the oxidation

圖7 液體流速對(duì)過氧化氫時(shí)空收率的影響Fig.7 Effects of ULSon the space-time yield of hydrogen peroxide

2.4 液體流速對(duì)氧化反應(yīng)的影響

圖6顯示了其他反應(yīng)條件不變的情況下，η隨ULS的變化規(guī)律，表明了η隨ULS的增加而降低。ULS增加，rAS不變，則氣液兩相在反應(yīng)器內(nèi)的停留反應(yīng)時(shí)間減少了，C0也不變，這必然導(dǎo)致η的降低。然而，ULS的增加，增大了反應(yīng)器單位時(shí)間內(nèi)的處理量，微通道反應(yīng)器內(nèi)氫化工作液中的 THEAQH2進(jìn)行氧化反應(yīng)所得H2O2的時(shí)空收率YSTY隨ULS的變化規(guī)律展示在圖7中。由圖可知，YSTY隨ULS的增加有顯著提高，究其原因，有以下兩條：首先，ULS的增加會(huì)增大氧氣的液相傳質(zhì)系數(shù)，加快氧氣的傳質(zhì)速度，從而加快氧化反應(yīng)；其次，較高的 ULS下，η保持在較低水平，則整個(gè)反應(yīng)過程中 THEAQH2的平均濃度較高，THEAQH2的氧化反應(yīng)速率較快，因此可得到較高的YSTY。

能得到較高的YSTY正是在THEAQH2氧化反應(yīng)過程中應(yīng)用微通道反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)所在。在此反應(yīng)過程中應(yīng)用微通道反應(yīng)器旨在強(qiáng)化過程以提高反應(yīng)器的利用效率，減小能耗。如今工業(yè)過氧化氫生產(chǎn)過程的氧化步驟中，氧化反應(yīng)器的H2O2時(shí)空收率低下，一般在15～36 kg/(m3·h)[13]。即使Kemira公司發(fā)明的較先進(jìn)的管式反應(yīng)器[14]，采用氧氣為氧化氣，反應(yīng)器的 H2O2時(shí)空收率也只能達(dá)到 254 kg/(m3·h)，并且沒有得到推廣，沒能使整個(gè)過氧化氫工業(yè)生產(chǎn)中氧化步驟的效率低下問題得到明顯改善。而從圖7中可得知，ULS在0.052 m/s時(shí)，微通道反應(yīng)器的YSTY已達(dá)到1 790 kg/(m3·h)，較傳統(tǒng)的塔式氧化反應(yīng)器和專利中的管式反應(yīng)器都有顯著提高，對(duì)過氧化氫工業(yè)生產(chǎn)中氧化步驟的技術(shù)改進(jìn)有著重大的借鑒意義。

3 結(jié) 論

a) 在微通道反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行THEAQH2的氧化反應(yīng)可得到較大的氣液比表面積，在本實(shí)驗(yàn)條件下可超過5 000 m2/m3，遠(yuǎn)高于常規(guī)的氧化反應(yīng)器。

b) 實(shí)驗(yàn)表明，反應(yīng)溫度的升高、反應(yīng)壓力的增加都會(huì)使微通道反應(yīng)器內(nèi)THEAQH2的氧化反應(yīng)速度顯著加快。

c) 隨著液體流速的增加，微通道反應(yīng)器內(nèi)THEAQH2的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率會(huì)有所降低，而H2O2的時(shí)空收率卻有顯著提高，說明隨著液體流速的增加，氧化反應(yīng)速度加快；在本實(shí)驗(yàn)條件下，微通道反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行THEAQH2的氧化反應(yīng)能得到的H2O2時(shí)空收率比常規(guī)氧化反應(yīng)器高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，有良好應(yīng)用前景。

[1] Charpentier J C. The triplet "molecular processes-product-process" engineering: the future of chemical engineering? [J]. Chemical Engineering Science, 2002, 57(22-23):4667-4690.

[2] Dietrich T. Microchemical engineering in practice [M]. Hoboken, New Jersey: John Wiley and Sons, 2009:129.

[3] 陳迪航, 李綿慶. 過氧化氫的應(yīng)用領(lǐng)域與主要生產(chǎn)方法 [J]. 化工技術(shù)與開發(fā), 2011, 40(3):32-35.Chen Dihang, Li Mianqing. Application and production technology of hydrogen peroxide [J]. Technology and Development of Chemical Industry, 2011, 40(3):32-35.

[4] 張建國. 蒽醌法制備過氧化氫加氫催化劑制備及其性能研究 [D]. 大連: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所, 2008.

[5] Berglin T, Schoon N. Selectivity aspects of the hydrogenation stage of the anthraquinone process for hydrogen-peroxide production [J].Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development, 1983, 22(1):150-153.

[6] Santacesaria E, Ferro R, Ricci S et al. Kinetic aspects in the oxidation of hydrogenated 2-ethyltetrahydroanthraquinone [J]. Industrial and Engineering Chemistry Research, 1987, 26(1):155-159.

[7] Zhang T, Cao B, Fan Y L, et al. Gas-liquid flow in circular microchannel part I: influence of liquid physical properties and channel diameter on flow patterns [J]. Chemical Engineering Science, 2011, 66(23):5791-5803.

[8] Aussillous P, Quere D. Quick deposition of a fluid on the wall of a tube [J]. Physics of Fluids, 2000, 12(10):2367-2371.

[9] van Baten J M, Krishna R. CFD simulations of mass transfer from Taylor bubbles rising in circular capillaries [J]. Chemical Engineering Science, 2004, 59(12):2535-2545.

[10] Ehrfeld W, Hessel V, L?we H. Microreactors: new technology for modern chemistry [M]. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH and Co KgaA, 2004:1-13.

[11] Lamont J C, Scott D S. An eddy cell model of mass transfer into the surface of a turbulent liquid [J]. American Institute of Chemical Engineers,1970, 16(4):513-519.

[12] 黃建彬. 工業(yè)氣體手冊(cè) [M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002:48-59.

[13] 胡長(zhǎng)誠. 蒽醌法制過氧化氫及產(chǎn)品濃縮、凈化、安定化研發(fā)新進(jìn)展 [J]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2008, 6(3):1-9.Hu Changcheng. New progress of research and development of anthraquinone process for preparation of hydrogen peroxide and itsconcentration, purification and stabilization [J]. Chemical Propellants and Polymeric Materials, 2008, 6(3):1-9.

[14] 胡長(zhǎng)誠. 國外過氧化氫生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀 [J]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2004, 2(3):1-4.Hu Changcheng. Current situation of foreign H2O2production plants and production technology [J]. Chemical Propellants and Polymeric Materials, 2004, 2(3):1-4.

Oxidation of Hydrogenated 2-Ethyltetrahydroanthraquinone in a Horizontal Circular Micro-Channel Reactor

Zhang Tong1,2,3，Su Hongjiu1，Cao Bin1，Yves Gonthier2，Luo Lingai2，Wang Shudong1
(1.Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences,Dalian 116023, China; 2.Laboratoire Optimisation de la Conception et Ingénierie de l’Environnement (LOCIE),CNRS-UMR5271, Université de Savoie, Campus Scientifique, Savoie Technolac, 73376 Le Bourget-du-Lac Cedex, France;3.Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China)

An experimental investigation on oxidation of hydrogenated 2-ethyltetrahydroanthraquinone(THEAQH2) is presented in a horizontal circular micro-channel reactor with inner diameter of 900 μm. The gas-liquid two-phase flow patterns in the reactor were visualized and recorded by a fast camera, and the gas-liquid contacting specific surface (αi) was calculated with the image of flow patterns. Moreover, the influence of temperature, pressure, liquid superficial velocity (ULS) and gas-liquid ratio (rAS) on the THEAQH2oxidation reaction were also investigated. The results show that αiin the micro-channel could be much higher than that in traditional reactors and the rate of THEAQH2oxidation reaction speeds up obviously with the temperature and pressure increase. Although the conversion (η) decreases with increasing of ULS, the space-time yield of hydrogen peroxide (YSTY) would increase. In addition, YSTYin the micro-channel reactor could reach 1 790 kg/(m3·h) under the conditions of temperature 50℃, pressure 0.29 MPa and liquid superficial velocity 0.052 m/s, much higher than that in traditional oxidation reactors.

circular micro-channel; hydrogen peroxide; gas-liquid flow; oxidation

TQ031.7

A

1001—7631 ( 2012) 03—0193—07

2012-04-23;

2012-05-23。

張 統(tǒng)(1983-)，男，博士研究生；王樹東(1965-)，男，研究員，通訊聯(lián)系人。E-mail:wangsd@dicp.ac.cn。

國家自然科學(xué)基金（20776138）。