摘 要

过氧化氢作为一种理想无污染的绿色化学产品，在很多领域均有广泛的应用，如纺织、化学合成、环保以及医药等。其中蒽醌法是目前国际工业上制备过氧化氢的主要方法。在蒽醌法制备过氧化氢的过程中，蒽醌氢化是最关键的反应步骤，核心单元操作是气-液-固三相流化床反应器。本文设计的是一种直径为18mm静床高为300mm的高效蒽醌加氢玻璃流化床反应器。本反应器的特点是：a.采用浮阀式气体分布器，通过控制孔径及孔的分布使气体更分布均匀，增加气液固三相的接触面积提高催化剂的催化性能；b.增加伴床结构，反应液在反应器中进入伴床后又在流化态下，一部分返回至反应器，而另一部分则流进产品出口端或再次进入反应器实现蒽醌工作液外循环：c.产品出口段设置简单过滤装置，由于伴床中蒽醌工作液的流化状态会变缓慢，在产品出口段的催化剂含量较小，液体流速较小，简单过滤装置的工作压力较小，可防止催化剂颗粒被带出反应器，减少催化剂损失。这样，即可大幅度提升流化床反应器中催化剂的性能，进而提升过氧化氢的产量。

关键词：H₂O₂；蒽醌加氢；工艺流程；流化床反应器；浮阀式气体分布器

Abstract

Hydrogen peroxide as an ideal non-polluting green chemical product, in many fields have a wide range of applications, such as textile, chemical synthesis, environmental protection, medicine and so on. The Anthraquinone method is the main method of producting hydrogen peroxide in the international industry at present. In the process of product hydrogen peroxide by the anthraquinone, the key step of the method is the hydrogenation of anthraquinone and the core unit is the three-phase suspension bed reactor. In this paper, we designed a high efficient fluidized bed reactor with a diameter of 18mm and a high of 300mm. The reactor has many good characteristics. The float valve type gas distributor control the gas distribution more uniform through the distribution of pore diameter witch increasing the contact area of gas-liquid-solid three phase to improve the catalytic performance of the catalyst. Increased with bed structure,the reaction liquid in the reactor run into bed reactor with the fluidized state. A partial return to the reactor, while the other part into the products outlet or cycling to the reactor. Products export section set up a simple filtering device, because the fluidized state with anthraquinone working solution in the bed will become slow, in smaller catalyst content products export section of the liquid flow rate is little pressure, the simple filtration device which can prevent the catalyst particles out of the reactor, reduce the loss of the catalyst. In this way, the performance of the catalyst in the fluidized bed reactor can be greatly improved, and the output of the hydrogen peroxide can be improved.

Key Words：H₂O₂, Anthraquinone hydrogenation; The process flow;

Fluidized bed reactor; Float valve type gas distributor

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 过氧化氢的应用 1

1.2 过氧化氢的合成方法 1

1.2.1 异丙醇法 1

1.2.2 电解法 2

1.2.3 氢氧直接合成法 2

1.2.4 蒽醌法 2

1.3 蒽醌加氢反应器 4

1.3.1 固定床氢化反应器 4

1.3.2 流化床氢化反应器 5

1.3.2.1 管式氢化反应器 6

1.3.2.2 鼓泡床氢化反应器 7

1.4 选题背景及研究意义 7

1.5 本文主要研究内容 8

第2章 反应器类型设计 9

2.1 三相流化床反应器 9

2.1.1浮阀式气液固三相流化床反应器 9

2.1.2 过滤式三相流化床反应器 10

2.1.3 改进型气液固三相流化床反应器 10

2.1.4密相循环流化床反应器 11

2.1.5 多层流化床反应器 12

2.2 气体分布器 13

2.3 优化的三相循环流化床反应器 14

2.3.1 流化床反应器的伴床 15

2.3.2 简单过滤装置 16

2.3.3 冷凝装置 16

2.4 催化剂活化与再生 16

2.4.1 催化剂的活化 16

2.4.2 催化剂的再生 16

第3章 反应器主要参数设计 17

3.1 基本参数及蒽醌加氢反应条件的确定 17

3.1.1 催化剂的选择 17

3.1.2 蒽醌加氢反应条件 17

3.1.3 基本参数 18

3.2 流化速度 19

3.2.1 临界流化速度 19

3.2.2 末端沉降速度 20

3.2.3 流化速度范围 20

3.3 流化床床层高度 21

第4章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 23

参考文献 24

致谢 26

附录1 27

第1章 绪论

1.1 过氧化氢的应用

过氧化氢又称双氧水，分子式为H₂O₂，当在温度为25℃压强为0.1MPa时，它的沸点是151.4℃，呈液体状，无色透明。其易溶于水、醇类以及醚类，当高于一定的浓度时，极易腐蚀其它物品，并且长久储存放置时会逐渐分解为氧气和水，有较强的漂白和杀菌作用，可被催化分解。

过氧化氢这种化工产品是目前完全无污染的绿色化学品，无论生产还是使用过程中都没有污染物质产生，因此称之为“最清洁”的化工产品，它的使用和生产前景非常广阔，作为一种基础的化学产品，可以根据其性质分别作为氧化剂、漂白剂、交联剂、消毒剂和聚合物引发剂。其最初仅仅用于医药与军工两方面，随着其日益发展，逐步运用到化学合成、造纸、环保、纺织、食品加工、化妆品、冶金和农业等诸多方面^[1]。

目前，过氧化氢主要应用于化学品合成、漂白和环境保护等三大领域^[2]，并且与相关产品相比更有绝对的优势，如过氧化氢用于各种纺织品的漂白，不仅仅是由于其对纤维强度的损伤较小、纺织品不易返黄、手感舒适且对环境无污染，更重要的是过氧化氢能生产出多种无机过氧化物产品，包括过硼酸钠及过碳酸钠等，有些还具有漂白消毒作用；有毒工业废水的处理液常常用到过氧化氢，尤其是含氰化物、硫化物和酚类化合物废水处理尤为有效；处理有毒气体如SO₂、H₂S和NO等，过氧化氢的使用效果良好，并不会产生二次污染。

1.2 过氧化氢的合成方法

制备过氧化氢通常有电解法、蒽醌法、异丙醇法及趋于工业化的氧阴极还原法和氢氧直接合成法^[3-4]等。

1.2.1 异丙醇法

异丙醇法是由于其使用的化工原料是异丙醇来命名的，反应过程中可采用的引发剂有产品过氧化氢及另外的金属过氧化物，最后使用空气或者氧气对反应液进行氧化反应，得到丙酮和产品过氧化氢。过氧化氢经过一定处理后得到产品。但是异丙醇法消耗大量的异丙醇，异丙醇加工相对较高，提高了经济成本，装置的市场竞争力也相对小，已基本淘汰。