工艺技术万吨双氧水装置工艺设计.docx
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工艺技术万吨双氧水装置工艺设计
安徽淮化精细化工股份有限公司
4万吨/年双氧水生产装置
工艺规程
吉林市双鸥化工有限公司
二OO三年五月
名称双氧水生产工艺规程
文件编号
第1页共48页
双氧水生产工艺规程
1•技术内容
1.1产品名称、性质、规格及用途
1.1.1产品名称
双氧水(学名过氧化氢)
分子式:
H2O2
分子量:
34.015
1.1.2产品性质
1.2.1物理性质
A.外观:
无色、无味透明液体
B.毒性:
双氧水无毒,但对皮肤有漂白及灼烧作用。
皮肤受其侵蚀可弓I起皮炎、起泡或针刺般疼痛,重者长期不痊愈。
它能强烈刺激眼睛,危害眼粘膜,长期接触,可使毛发变黄。
双氧水蒸气易引起眼睛流泪,刺激眼、鼻、喉的粘膜。
双氧水蒸气在空气中的最大浓度不应高于0.03mg/L。
C.粘度:
见附表一
D.凝固点:
见附表二
E.蒸气压(15C时):
附表三
制定日期:
1983年12月1日
吉林市双鸥化工有限公司
修订日期:
2003年5月9日
实施日期:
2003年6月15日
第四次修订第一版
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双氧水生产工艺规程
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F.H2O—H2O2二元混合物沸点和蒸发潜热:
见附表四
G密度:
见附表五
H.浓度换算:
见附表六1.1.2.2化学性质
双氧水是一种强氧化性物质,但遇到比它更强的氧化剂,如高锰酸钾、氯气等,则呈还原性质。
它的化学性质比较活泼,可以参加分解、分子加成、取代、氧化还原等反应。
双氧水具有较弱的二元酸性质,与某些碱反应可生成盐,由于它的分子内在结构关系及杂质的存在,呈现出一定的不稳定性。
当双氧水接触到光、热、粗糙表面或混入重金属及其盐类、酵母菌、有机物、碱性物质、灰尘等杂质会引起分解。
分解成为氧和水,并放出大量热量,剧烈分解时可引起爆炸。
相反,磷酸及其盐类、硼酸盐、锡酸盐能使其分解减慢,故双氧水产品中需加入一定数量的磷酸或其盐类等作为稳定剂为防止阳光直射和落入污物引起分解,盛装双氧水的容器必须具有排气孔。
用双氧水浸渍过的纸张,织物容易引起自燃。
1.1.3产品规格
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指标名称
指标
浓度(m/m)%>
酸度(m/m)%<
不挥发物(m/m)%<
稳定度(m/m)%>
外观
35
0.05
0.1
97.0
无色透明液体
1.1.4产品用途
A.用于各种织物、纸张、木材、草制品的漂白。
B.用于有机合成、做氧化剂、催化剂、引发剂、羟基化剂。
C.用于有机或无机过氧化物的制造(合成过氧乙酸、过氧化苯
甲酰、二氧化硫脲、过硼酸钠、过氧化钙等)。
D.用于电镀工业(电镀液的净化)、电子工业(金属表面处理)c
E.高纯度产品用于化学分析,医药(医药合成、消毒剂)、食品(消毒、保鲜)的加工和化妆品的生产等方面。
F.用于建材工业(做为泡沫塑料、泡沫水泥的发泡剂)。
2.原料技术指标
2.1重芳烃
来自石油工业的铂重整装置,主要为C9馏份,即三甲苯异构体。
另外有少量的二甲苯、四甲苯、萘及胶质物。
不含有机或无机硫化物。
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纯度(主要是三甲苯的异构体):
》99%
密度:
0.87—0.88g/ml
沸程:
160—200C
碘值:
w2%
总硫含量:
w5ppm
222—乙基蒽醌
外观:
浅黄色或米黄色粉末或晶体。
分子式:
C16H12O2
分子量:
236.27
结构式:
O
C2H5
O
初熔点:
>107C
苯中不溶物含量:
w0.1%
纯度:
》98%
硫含量:
w10ppm
铁含量:
w5ppm
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氯含量:
w25ppm
2.3磷酸三辛酯
外观:
无色透明液体,基本无味。
分子式:
C24H51O4P
分子量:
434.65
结构式:
[C4H9CH(C2H5)CH2O]3P=O
密度:
0.923士O.OO3g/cm3
含量:
》99%
界面张力:
》18mN/m(与水的界面张力,20—25C)
酸度:
w0.1mgKOH/g
色泽(Hazen单位):
w50
硫含量:
w5ppm
2.4活性氧化铝
外观:
白色球形固体,直径©3—5mm
氧化铝活性:
》60%(醋酸吸附法)
比表面积:
》200m2/g
强度:
》50N/粒
2.5碳酸钾
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外观:
白色粉末不含杂质。
碳酸钾》:
92%(干基)碳酸氢钾:
w8%(干基)
2.6磷酸
含量:
》85%
Fe:
w0.003%
氯化物:
w0.0003%
2.7纯水
PH:
6—7
电导率:
w1x10-6s/cm
2.8氢气
纯度:
》99.5%(V/V)
氧气:
V0.3%(V/V)
硫:
w0.1ppm
一氧化碳:
w5ppm
氯气:
w1ppm
压力:
》0.45MPa(G)
2.9空气
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无尘、无锈、无油。
压力:
》0.55MPa(G)
2.10氮气
纯度:
》99.7%
压力:
〉0.4MPa(G)
2.11惰性瓷球
耐酸度:
》98%
耐碱度:
》95%
粒径:
©3mm、©6mm
抗压强度:
》100N/粒
三氧化二铁含量:
W1.12%
2.12催化剂
钯含量:
0.3士0.02%
堆密度:
(0.63士0.05)g/ml
抗压碎强度:
》50N/粒
粒径:
©2.5—4mm
注:
本触媒为可再生触媒,在装填触媒时应注意控制其自由落差不大于
500mm,在生产过程中应严格控制氢化反应温度及工作液水份、
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碱度等工艺指标,以防止触媒失活。
3•生产工艺过程
3.1生产原理
蒽醌法生产双氧水是以2—乙基蒽醌和四氢2—乙基蒽醌为载体(总有效蒽醌含量为130-140g/l),重芳烃和磷酸三辛酯为混合溶剂(体积比为C9:
TOP=75:
25),配制成工作液。
该工作液与氢气一同进入装有钯触媒的固定床内,在0.27-0.30MPa(G)压力和40-70C下进行氢化反应,得到相应的氢蒽醌溶液(称氢化液)。
氢化液在氧化塔内0.22—0.3MPa
(G)压力和45—55C条件下用空气进行氧化,氢化液中的氢蒽醌还原成原来的蒽醌,同时生成双氧水。
由于双氧水在水和工作液中的溶解度不同,用纯水萃取含有双氧水的工作液(称氧化液)得到35%的双氧水
水溶液(称萃取液),该萃取液经重芳烃净化除去可溶性有机杂质即得到成品,被萃取后的氧化液称为萃余液,萃余液先经萃余液分离器分离掉大部分水份,再经碳酸钾溶液进行干燥除掉水份、分解双氧水和中和氧化过程中的酸,干燥后的工作液经沉降、分离,除去夹带的碳酸钾溶液,再经后处理白土床使工作液再生并除去碳酸钾和副产物,使之再生成为新鲜工作液循环使用。
在氢化过程中,部分2—乙基蒽醌转化为四氢2—乙基氢蒽醌,经氧化后得到四氢2—乙基蒽醌,
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且可反复被氢化、氧化生成双氧水,一定量的四氢2—乙基蒽醌的存在,
将有利于提咼氢化反应速度和抑制其它副产物的生成。
3.2化学反应
A.氢化反应
条件:
催化剂(钯),温度为40--70C,压力0.27—0.3MPa(G)反应方程式:
OH
—C2H5
0.27—0.3MPa(G)+H2
40--70CPd
丫
OH
C2H5
叫2。
2
OH
45--55C
II
O
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B.氧化反应
条件:
温度为45—55C,压力0.22—0.3MPa(G)
反应方程式:
OH
C2H50.22—0.3MPa(G
+O2
生产双氧水辅助工艺主要包括:
碳酸钾溶液的配制和回收、成品包
装、工作液配制等。
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3.3工艺流程简述
331工作液的氢化
工作液由工作液受槽(V-303)用工作液泵(P-301A/B)经液-液换器(E-103)送至工作液预热器(E-102)将其预热到需要的温度后,与经调压和氢气过滤器(X-102)净化及氢气预热器(E-101)预热到需要温度的氢气,在静态混合器中混合后,一并进入固定床(T-101A/B)。
气液经固定床(T-101A/B)顶部分布器分散后,并流而下,由固定床下部出料(用一段固定床时)或通过固定床外连接管再进入T-101B段顶部,
T-101B段固定床顶部亦装有分布器以使流经固定床内的气液均匀分散。
控制固定床(T-101A/B)压力在0.27—0.3MPa(G),固定床温度为40--70C
的条件下连续氢化。
温度和压力的控制要根据氢化程度的要求由低逐渐提高。
两段固定床如何使用要根据氢化效率的要求和触媒的活性来确定,一般是先使用T-101B段固定床,当正常条件下钯触媒经再生后仍不能达到要求时,封闭T-101B段,且妥善处理。
启用T-101A段固定床,同理当T-101A段固定床在正常条件下钯触媒经再生后不能达到要求时,将T-101A段与T-101B段串联使用,最后当钯触媒再生后不能满足生产时,更换钯触媒。
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从固定床出来的氢化液和未反应的氢气(称尾气)借固定床内的压力经过滤器(X-101A/B)滤除可能夹带的触媒粉末及其它杂质后(防止将其带到氧化工序引起双氧水的分解)连续进入氢化液气液分离器(V-104)进行气液分离;尾气由分离器顶部出来经氢化液尾气冷凝器(E-106)冷凝其中所含溶剂后,经阻火器放空。
冷凝液回流到氢化液受槽(V-107)。
自固定床(T-101A/B)下部出来的氢化液一部分去氢化白土床(V-108),由氢化白土床(V-108)顶出来后与另一部分氢化液一同经氢化液过滤器(X-101A/B)到氢化液气液分离器(V-104)、氢化液受槽(V-107),然后用氢化液泵(P-102A/B)送入氧化塔。
固定床(T-101A/B)两段均设有安全阀,当压力超过0.315MPa(G)时,安全阀会自动开启泄压。
3.3.2氢化液的氧化
氢化液的氧化是在氧化塔(T-201A/B)中进行。
氧化塔分上下两段,
每段塔内各有三块筛板、10个气体分散管。
氢化液和补加的磷酸进入氧化塔(T-201A)的底部,且由下而上进入氧化气液分离器(V-203A),再进入氧化塔(T-201B)底部,同样是由下而上进入氧化液分离器(V-203B),分离后去氧化液冷却器(E-203)然后进入氧化液受槽(V-204),用氧
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化液泵(P-202A/B)将氧化液经过滤器(X-201),送入萃取塔。
被氧化后的氢化液称氧化液去萃取塔。
空气是经压缩机(C-901)增压后经空气缓冲罐(V-901)及空气过滤器(X-901)进入氧化塔(T-201B)底部经分散管分散成细小气泡与(V-203A)下来的氧化液同向上升进入氧化液气液分离器(V-203B),分离后气体进入氧化塔(T-201A)的下部,经分离器(V-203A)后进入氧化尾气冷凝器(E-201A/B/C),经活性碳吸附床
(V-206A/B)和膨胀机(C-201)放空,冷凝液回收到氧化液受槽(V-204)3.3.3双氧水的萃取及净化
双氧水的萃取是在萃取塔(T-301)中进行的。
萃取塔为筛板塔,塔内装有含少量磷酸的纯水,氧化液经氧化液泵(P-202A/B)送入萃取塔
底部,纯水由纯水泵(P-302A/B)通过控制塔顶的水位调节流量送入萃取塔上部。
氧化液在萃取塔(T-301)中经筛板被分散成细小液滴,穿过连续水相逐渐升至塔顶,在塔中利用双氧水在水和氧化液中溶解度的不同进行萃取。
被分离出双氧水的氧化液(一般含双氧水w0.3g/l)称为萃余液,
经萃余液分离器(V-302)进入后处理。
水与氧化液逆流接触,氧化液中的双氧水被水萃取,浓度逐渐升高,称其为萃取液。
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萃取液由上向下流动,当浓度达35%(394.8—401.3g/L)时,萃取液由
塔底流出进入净化塔(T-302)。
水与氧化液流量之比称萃取比,生产时控制1:
50—55为宜。
纯水进入配制槽(V-307A/B)后,加入磷酸做为稳定剂,其酸度控制在w0.2g/l以下,最终要保证萃取液的酸度不大于0.5g/l(以硫酸计)。
净化塔(T-302)为不锈钢筛板塔,芳烃溶剂经芳烃高位槽(V-304)进入净化塔下部并充满净化塔。
由萃取塔(T-301)出来的萃取液进入净化塔的上部,且在塔内经分散向下流动,利用其密度差通过溶剂柱,除去双氧水中的有机杂质,净化后的萃取液自净化塔底部流出去包装工序。
自净化塔(T-302)上部流出的废芳烃去老装置工作液配制槽或氧化液受槽(V-204)回收使用。
3.3.4工作液的后处理
自萃取塔(T-301)塔顶流出的萃余液进入萃余液分离器(V-302),除去夹带的大部分水和双氧水后,进入干燥塔(T-501),除去微量双氧水和水。
干燥塔系一装有筛板的不锈钢塔,其内装密度为1.30—1.40g/cm3
的碳酸钾溶液。
碳酸钾溶液自碳酸钾泵(P-605A/B),从干燥塔(T-501)中部进入塔内,萃余液从干燥塔下部进入塔内,被筛板分散后向塔顶漂浮,以除去萃余液中水份、中和酸及分解双氧水。
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萃余液从干燥塔顶部流出后,进入碳酸钾分离器(V-504),除去部分夹带的碳酸钾溶液,并从其上部流出进入装有活性氧化铝的后处理白土床
(V-102A/B),进一步吸附工作液中的碳酸钾和再生蒽醌降解物,工作液
自后处理白土床上部流出进入工作液受槽(V-303),由工作液泵
(P-301A/B)经工作液过滤器(X-301)送入固定床(T-101A/B)循环使用。
从干燥塔(T-501)和其它后处理设备排出的废碳酸钾溶液送入碳酸钾回收工序。
3.4辅助生产工艺流程
3.4.1工作液的配制
工作液的配制是在一个具有搅拌和加热、冷却两用夹套的配制槽中
进行。
工作液的配制根据用途分两类:
一是开车时的工作液,其组份是:
重芳烃:
磷酸三辛酯(V/V)=75:
25,2—乙基蒽醌含量为130—140g/l,配制方法是将重芳烃和磷酸三辛酯送入配制槽中,经手孔加入称量好的
2—乙基蒽醌(EAQ),关闭手孔,开动搅拌,同时升温50--55C,在此温度下溶解1—1.5小时,2—乙基蒽醌(EAQ)完全溶解即结束。
二是正常生产时需调整补加的工作液,则是用循环生产所用的工作液,将其组
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份调配至符合要求,其方法如上述,只是各种原料投量不同而已
342碳酸钾溶液的配制与回收
碳酸钾溶液(20C密度1.30—1.40g/cm3)在碳酸钾配制槽中配制,先向配制槽中加入纯水,再从人孔加入固体碳酸钾,当完全溶解后,用泵经过滤器(X-501)供系统干燥使用。
从干燥塔(T-501)排放下来的密度》1.20g/cm3的碳酸钾溶液进入碳酸钾蒸发器(E-501)进行加热蒸发,使其浓缩到密度为1.30—1.40g/cm3,从底部流出进入碳酸钾冷却器
(E-503),然后进入碳酸钾受槽(V-502),再用碳酸钾泵(P-605A/B)连续送回干燥塔继续使用。
3.4.2成品的包装
来自净化塔(T-302)的双氧水进入成品贮槽,加入一定量的稳定剂后通入压缩空气进行充分搅拌,使其混合均匀,用双氧水泵送包装器装桶或其它工序。
4.生产控制指标
4.1主要控制工艺参数
4.1.1氢化工序主要工艺参数及指标
氢化温度:
40—70C
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固定床压力:
0.27—0.3MPa(G)
工作液流量:
190—220m3/h
氢化效率:
7.58.5g/l
氢化程度:
W50%
氢化白土床氢化液流量:
19—22m3/h
氢气总管压力:
》0.45MPa(G)
固定床内氧含量:
w0.5%
氢气总管氧含量:
w0.3%
工作液预热器出口温度:
3560C
活化触媒时氢气预热器出口温度:
110-140C
活化、再生触媒时氮气预热器出口温度:
110—140C
氢化液泵出口压力:
》0.8MPa(G)
循环氢化液流量:
(40士5)m3/h
氢化尾气冷凝器出口温度:
34—36C
氢化液冷却器出口氢化液温度:
45—55C
氮气总管压力:
》0.4MPa(G)
4.1.2氧化工序主要工艺参数
氧化塔温度:
45—55C
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空气总管压力:
》0.55MPa(G)
入氧化塔空气流量:
6500—8000Nm3/h
氧化液酸度:
0.003—0.01g/l(以硫酸计)
萃取塔相界面:
5—40cm(液面计)
氧化效率:
7.5—8.5g/l
入萃取塔氧化液流量:
190—220m3/h
入萃取塔纯水流量:
4.45—4.89t/h
出萃取塔萃取液流量:
5.56—6.12t/h
纯水含酸量:
0.1—0.2g/l
净化塔加芳烃量:
约10—15l/h
萃取液酸度:
w0.5g/l
萃取液中双氧水含量:
394.8—401.3g/l
氧化塔(上塔顶部)压力:
0.22—0.3MPa(G)
氧化液受槽液面:
30—80%(液面计)
氧化液泵出口压力:
》0.8MPa(G)
纯水泵出口压力:
》0.5MPa(G)
工作液收集槽液面:
5—80cm(液面计)
废芳烃受槽液面:
5—50cm(液面计)
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吉林市双鸥
化工有限公司
修订日期:
2003年5月9日
实施日期:
2003年6月15日
第四次修订第一版
名称
双氧水生产工艺规程
文件编号
第19页
共48页
方烃咼位槽液面:
5100cm(液面计)
芳烃泵出口压力:
》0.5MPa(G)4.1.3后处理工序工艺参数
萃余液流量:
190—220m3/h
工作液泵出口压力:
》0.8MPa(G)干燥塔相界面:
40—70cm(液面计)工作液受槽液面:
30—80%(液面计)
碳酸钾密度(20C):
1.30—1.40g/cm3废碳酸钾密度(20C):
>1.20g/cm3
白土床后工作液碱度:
w0.01g/l
白土床后工作液水份:
w3ml/l
碳酸钾分离器相界面:
无碱液面
4.4.1碳酸钾配制及回收工艺参数
蒸发器蒸发温度:
105110C
蒸发器蒸气压力:
0.050.1MPa(G)
蒸发器加碱量:
约900—1000L/h
碳酸钾泵出口压力:
》0.4MPa(G)
碳酸钾受槽液面:
570cm
制定日期:
1983年12月1日
吉林市双鸥化工有限公司
修订日期:
2003年5月9日
实施日期:
2003年6月15日
第四次修订第一版
吉林市双鸥化工有限公司
双氧水生产工艺规程
控制分析览表
文件编号
第20页
共48页
序号
工序
样品名称
取样点
分析项目
控制次数
技术指标
分析方法
分析者
1
氢化
氢化液
A0105
氢化效率
1次/小时
7.5—8.5g/l
高锰酸钾法
氢气
A0101
氢中氧
每4小时1次
氧含量w0.3%
焦性没石子酸吸收法
氢气
A0103A0104
氢中氧
每4小时1次
氧含量w0.5%
2
氧化
氧化液
A0204
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- 关 键 词:
- 工艺技术 双氧水 装置 工艺 设计