雙氧水生產(chǎn)中影響萃取塔操作的因素

喬迎超，萬(wàn)雙華

(中國(guó)石化長(zhǎng)嶺分公司，湖南 岳陽(yáng) 414012)

雙氧水是一種綠色的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，應(yīng)用廣泛。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)雙氧水技術(shù)主要采用蒽醌法[1]。蒽醌法生產(chǎn)雙氧水工藝是2-乙基蒽醌為載體的工作液依次經(jīng)過(guò)氫化工序、氧化工序、萃取工序、后處理工序，得到濃度為28%～40%的雙氧水粗溶液，工作液則循環(huán)使用。其中萃取工序的作用是將氧化工序送來(lái)的氧化液在萃取塔中進(jìn)行萃取，得到粗雙氧水溶液。粗雙氧水溶液經(jīng)過(guò)凈化塔處理后的得到稀品雙氧水，再經(jīng)過(guò)濃縮工序得到50%濃度雙氧水產(chǎn)品。萃取塔操作的好壞直接關(guān)系著產(chǎn)能、產(chǎn)品質(zhì)量以及裝置的安全。

1 萃取原理

萃取是利用雙氧水在純水和工作液中的溶解度不同，用純水將雙氧水從氧化液中提取出來(lái)的操作。氧化液和水的密度差是萃取的推動(dòng)力。氧化液從萃取塔下部進(jìn)入，經(jīng)萃取后的氧化液稱(chēng)為萃余液，經(jīng)處理后循環(huán)使用。純水從萃取塔上部進(jìn)入，萃取氧化液中的雙氧水后稱(chēng)為萃取液，從萃取塔底部排出，即為雙氧水粗溶液。

圖1 萃取示意圖

1.1 操作線(xiàn)方程

氧化液和水互不相溶，符合二元多級(jí)逆流萃取的要求[2]。

圖2 二元多級(jí)逆流萃取圖

假設(shè)R=R1=R2=……=Ri=……=Rn，E=E1=E2=……=Ei=……=En

對(duì)第1級(jí)到第i級(jí)做物料衡算

RXi+EYcp=RXyh+EYi+1

式中：R——氧化液流量，m3/h

E——萃取液流量，m3/h

Xyh——氧化效率，kg/m3

Xcy——萃余，kg/m3

Ycp——萃取液濃度，kg/m3

Y0——純水中雙氧水的濃度，kg/m3

已知R=1050 m3/h，E=17.2 m3/h，Xyh=7.81 kg/m3，Xcy=0.13 kg/m3，Ycp=32%=357.1 kg/m3代入數(shù)據(jù)得Yi+1=61.047Xi-119.673。

1.2 平衡線(xiàn)方程

分配系數(shù)m表示第i級(jí)萃取相雙氧水濃度與萃余相雙氧水濃度之比。

m=Yi/Xi即Yi=mXi

m與工作液組成、溫度、進(jìn)出料流量、氧化效率等有關(guān)，假定m不變，本裝置取m=55。

Yi=55Xi

假設(shè)每級(jí)萃取都達(dá)到平衡狀態(tài)，交替使用操作線(xiàn)方程和平衡線(xiàn)方程可計(jì)算出每塊塔板水相和工作液相中雙氧水的濃度。

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，R>R1>R2>……>Ri>……>Rn，E1>E2>……>Ei>……>En>E，且分配系數(shù)m并不是一個(gè)常數(shù)，mi=Yi/Xi，應(yīng)實(shí)測(cè)得出萃取平衡時(shí)萃取相雙氧水濃度與萃余相雙氧水濃度，或者測(cè)得多組萃取相雙氧水濃度與萃余相雙氧水濃度，利用曲線(xiàn)擬合得出Yi=f(Xi)，通過(guò)插值法得出不同的Yi和Xi，進(jìn)而得出不同的mi[3]。

假設(shè)每級(jí)萃取都達(dá)到平衡狀態(tài)，對(duì)第n級(jí)萃取做物料衡算，包括總物料守恒，雙氧水守恒，純水守恒和工作液(不含雙氧水)守恒。注意此時(shí)流量單位為質(zhì)量單位。

由已知E、Y0、Xcy，R、Xyh，得出Yn、En、Rn、Rn-1、Xn-1。

依次對(duì)對(duì)第n-1、n-2……2、1級(jí)萃取做物料衡算，可以得出每塊塔板水相和工作液相中雙氧水的濃度，以及水相和工作液相的流量。

2 影響萃取塔操作的因素

2.1 萃取比E/R

萃取比E/R即萃取水與氧化液流量之比。

對(duì)第1級(jí)到第n級(jí)萃取做物料衡算

RXcy+EYcp=RXyh+EY0

其中Y0=0，

E/R與氧化效率、萃余、產(chǎn)品濃度有關(guān)，正常生產(chǎn)中R一般不變，從上式中可以看出氧化效率越高，萃取比越大，即萃取水量越大。若氧化效率不變，則控制最佳萃取比，可得到最佳萃取效果。

若萃取比偏小，容易造成萃余偏高，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生液泛。若萃取比偏大，產(chǎn)品濃度過(guò)低，塔頂界面偏高，萃余液易帶水至后處理工序，增加后處理負(fù)擔(dān)，影響正常操作。

2.2 萃取水酸度

萃取水酸度偏高，影響產(chǎn)品質(zhì)量。萃取水酸度偏低，易使萃取塔內(nèi)呈堿性，雙氧水分解，造成事故。

2.3 萃取濃度

萃取濃度過(guò)高，容易造成萃余偏高，此時(shí)應(yīng)提高萃取水量，調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)緩慢，防止過(guò)大、過(guò)急，影響萃取效果。萃取濃度過(guò)低，則增加濃縮工序能耗，且產(chǎn)能降低。

2.4 萃 余

萃余含量偏高，增加后處理工序負(fù)擔(dān)，且分解產(chǎn)生的氧氣進(jìn)入氫化塔，和氫氣混合，容易引發(fā)安全事故，過(guò)高的萃余還會(huì)影響產(chǎn)量[4]。

2.5 塔頂界面

塔頂界面是指水和萃余液的界面。塔頂界面偏高，易使萃余液帶水。塔頂界面偏低，容易造成萃余偏高，嚴(yán)重時(shí)萃取塔發(fā)生液泛?？赏ㄟ^(guò)進(jìn)出水量調(diào)節(jié)塔頂界面，進(jìn)水量增加或出水量減少，可提高界面，進(jìn)水量減少或出水量增加，可降低界面。

2.6 溫 度

過(guò)低的溫度使工作液粘度增加，造成工作液與水互相夾帶，不容易分層，嚴(yán)重的還會(huì)造成工作液乳化，溫度過(guò)低還會(huì)使分配系數(shù)降低，影響萃取效果；而溫度過(guò)高易使雙氧水分解，因此要控制適宜的溫度。

2.7 工作液組成

工作液中芳烴含量低，會(huì)降低分配系數(shù)，影響萃取效果，導(dǎo)致萃余偏高。

工作液中降解物增加，會(huì)改變工作液的密度和粘度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致工作液乳化，影響萃取塔的正常操作[5]。

因此，若是因?yàn)楣ぷ饕航M分原因?qū)е螺腿⌒Ч陆?，可適當(dāng)往系統(tǒng)補(bǔ)加芳烴，或者補(bǔ)充一部分新鮮工作液，排出一部分舊工作液進(jìn)行再生。

3 控制指標(biāo)

3.1 萃取水流量

萃取液中雙氧水的量為1050×(7.81-0.13)=8064 kg/h=8.064 t/h；

萃取液總量為8064÷32%=25200 kg/h=25.2 t/h；

萃取水流量為25.2-8.064=17.14 t/h；

這與萃取水E的流量計(jì)顯示值17.2 t/h基本吻合，實(shí)際生產(chǎn)中萃取水的量即是由上述方法計(jì)算得來(lái)的。 而產(chǎn)能則是 由萃

取液總量來(lái)控制的，裝置的產(chǎn)能(以50%雙氧水計(jì))為25.2×8000×32%÷50%=12.9萬(wàn)噸/年。

3.2 萃 余

控制指標(biāo)萃余≤0.25 g/L，超過(guò)該指標(biāo)則裝置緊急停工。萃余不但是一個(gè)安全指標(biāo)，還影響裝置產(chǎn)量，每降低0.1 g/L萃余，則產(chǎn)量增加(以50%雙氧水計(jì)) 0.1×1050×8000÷50%=1680噸/年。

3.3 其它指標(biāo)

(1)萃取水酸度0.1～0.3 gH3PO4/L；

(2)萃取濃度28%～33%；

(3)塔頂界面5%～25%；

(4)溫度45～55 ℃；

(5)萃取比1:(40～65)

(6)工作液組成V(AR):V(TOP):V(2-MCHA)=70%:15%:15%。

4 結(jié) 論

萃取工序操作的好壞直接影響著裝置的產(chǎn)能和安全，良好的操作不但要理解萃取過(guò)程的原理，平穩(wěn)控制工藝指標(biāo)，還要學(xué)會(huì)分析、計(jì)算，掌握物料守恒、雙氧水進(jìn)出料守恒，這對(duì)萃取塔的操作和控制具有重要的指導(dǎo)意義。