一种粗制过氧化氢水溶液的浓缩和提纯方法及所用装置制造方法及图纸

本发明专利技术对在由粗制过氧化氢溶液制备浓缩和提纯过氧化氢水溶液的方法中所用装置进行改进，该方法将粗制过氧化氢溶液在蒸发器中蒸发为带有雾状伴生液体的蒸汽，在气－液分离器中将蒸汽从液体细雾中分离，在分馏柱中使蒸汽分馏，其改进是通过使用串联连接的至少二个或最好二或三个旋流器作为气－液分离器。因此，在引入分馏柱前，来自蒸发器的蒸汽几乎完全没有伴生液体细雾，结果使得自分馏柱的浓缩和提纯的过氧化氢溶液的杂质含量大为降低。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及过氧化氢水溶液浓缩与提纯的装置系统和方法。具体地，本专利技术涉及在用于浓缩和提纯过氧化氢水溶液的装置系统和方法中的改进，其中，例如将以蒽醌方法获得的粗制过氧化氢水溶液在蒸发器中蒸发为蒸汽和伴生液体，蒸汽在气-液分离器中与伴生液体分离并将无伴生液体的蒸汽引入分馏柱，在该柱中浓缩为高纯度浓缩的过氧化氢水溶液，该过氧化氢水溶液适用于电子工业或作为半导体器件制造中所需的超高纯过氧化氢溶液的基本溶液以及用作各种化学反应中的试剂。如所周知，通常地用涉及蒽醌自氧化反应的所谓蒽醌方法制备过氧化氢。在蒽醌方法中，即，在有氢化催化剂存在下，在水不溶性有机溶液中，使2-烷基蒽醌氢化以得到相应的蒽氢醌化合物，在将该蒽氢醌化合物通过过滤与催化剂分离后，用氧或空气使其氧化，而再生起始的蒽醌化合物并同时形成过氧化氢，用水提取过氧化氢，得到过氧化氢水溶液。如此制得的过氧化氢水溶液含有相当量作为杂质的有机物质，包括蒽醌化合物和有机溶剂以及其降解产物，因此，常用的做法是通过用水不溶的有机溶剂进行萃取而除去在过氧化氢水溶液中的有机杂质，得到一种含有降低量有机杂质的初次纯化的过氧化氢水溶液，以下称为粗制过氧化氢溶液。在粗制过氧化-->氢水溶液中的过氧化氢含量通常在15到40%（重量）范围内，因此，在大多数情况下针对过氧化氢的含量而言，溶液必须浓缩，甚至对杂质含量的问题也可搁置不顾，因为工业上需要的过氧化氢溶液应含有的过氧化氢量是在30到70%（重量）。在美国专利3，073，755、英国专利1，326，282、日本专利公开37-8256、日本专利公开45-34926等中已提出过各种方法以作为用于浓缩和提纯粗制过氧化氢溶液的方法。各种这些现有技术工艺方法主要使用一种装置系统，其中，将粗制过氧化氢溶液在蒸发器中蒸发成蒸汽和雾状伴生液体，在气-液分离器中将该雾状伴生液体分离并从蒸汽中除去，将没有雾的蒸汽引入分馏柱，在其中进行分馏，而得到浓缩与提纯的过氧化氢水溶液。用上述现有技术方法所制得的过氧化氢水溶液可用于许多方面，不仅作为用于各种化学反应的试剂，而且可用作漂白剂、化学抛光剂等。近年来的趋势，在电子工业领域包括，半导体器件和印刷电路板的制造中，对过氧化氢水溶液的要求逐年增加。当过氧化氢水溶液用于电子工业的这些应用时，过氧化氢水溶液对有机和无机杂质必需具有极高纯度，这一点是非常必要的，而用上述常用方法以浓缩和提纯粗制过氧化氢溶液所制备的过氧化氢水溶液则在这一点上往往不能令人满意。即，当要求适用于电子工业的高质量过氧化氢水溶液时，上述惯用的过氧化氢水溶液浓缩和提纯方法还具有一些问题。粗制过氧化氢溶液除含有很低但其浓度不可忽略的有机杂质外，还含有来自装置表面、管线等的无机杂质。此外，有时，粗制过氧化氢溶液往往含有稳定剂，该稳定剂是在制造过程中加到反应混合物中以防止-->过氧化氢分解。尽管这些有机和无机杂质是不能蒸发的，但是，由于在气-液分离器中不完全的气-液分离，使来自气-液分离器和被引入分馏柱的蒸汽中有时含有这些杂质，它们以雾状液体伴随着蒸汽，因此，从分馏柱所得的浓缩和提纯的过氧化氢水溶液必定被这些杂质所污染。无需说，以前曾经对装置系统和其运转条件做过各种建议和尝试，以便基于各种原理包括所谓去雾器等来改进使用气-液分离器的气-液分离方法的效率。尽管以往做过许多建议和尝试，但是，极难达到从由蒸发器粗制过氧化氢溶液中所产生的蒸汽中完全除去极细雾状颗粒的伴生液体，因为，由于过氧化氢的不稳定性，使得当蒸汽与气-液分离器的接触表面接触时，在气-液分离器中的蒸气的接触表面不可能非常大。尽管有上述关于气-液分离效率的问题存在，然而尚未开发令人满意的气-液分离方法、气-液分离器的类型或结构及其操作条件，以满足适用于电子工业的浓缩和提纯的过氧化氢水溶液的纯度要求。为大大降低由分馏柱低部所得的浓缩和提纯的过氧化氢水溶液的污染，本专利技术的目的是提供一种甚至在电子工业也适用的从粗制过氧化氢溶液制备高纯度浓缩的过氧化氢水溶液的改进的装置系统及其操纵条件。鉴于上述问题，由于在气-液分离器中不完全的气-液分离所致，通过在蒸发器中蒸发粗制过氧化氢溶液而产生的蒸汽，与伴生的雾状液体一起导入气-液分离器。因此，本专利技术提供一种用于从粗制过氧化氢水溶液制备浓缩和提纯的过氧化氢水溶液的装置系统，它包括，蒸发器、气-液分离器和分馏柱，其方法包括的步骤有：在蒸发器中将粗制过氧化氢水-->溶液蒸发为带有雾状伴生液体的蒸汽;在气-液分离器中将蒸汽从液体雾中分离;并将没有液体雾的蒸汽在分馏柱中进行分馏;本专利技术的改进包括：气-液分离器是至少有二个、最好二或三个旋流器按串联连结的组合装置。此外，本专利技术在用于对粗制过氧化氢溶液的浓缩和提纯的方法中，通过运行上述装置系统而提供的改进包括：在第一级旋流器的入口处将系统的压力控制在50乇到200乇范围内，在第一级旋流器的入口处保持温度在40℃到90℃范围并在每一级旋流器的入口处控制气流速度在10米/秒到150米/秒。图1是用于浓缩和提纯粗制过氧化氢水溶液的传统装置系统流程图;图2是根据本专利技术改进的用于浓缩和提纯粗制过氧化氢水溶液的装置系统的流程图，包括串联的三个旋流器;图3是旋流器的示意透视图。如上所述，本专利技术最具有特征的是在装置系统中，在对粗制过氧化氢水溶液的浓缩和提纯中，除惯用的以外，使用了特定的气-液分离器和其特定的运转条件。通过参考示于图1的流程图简单描述了使用传统装置对粗制过氧化氢溶液进行浓缩和提纯的方法。在该传统流程图中，得自蒽醌方法的粗制过氧化氢水溶液通过管线1，引入蒸发器2，在该装置中蒸发成蒸汽，该蒸汽与雾状伴生液体一起通过管线3而引入气-液分离器4。在气-液分离器4中，含有过氧化氢、水蒸汽和挥发性杂质的蒸汽与大多数雾状伴生液体分离，该伴生液体包含与蒸汽相平衡的过氧化氢水溶液并含有非挥发性的杂质。当在汽-液分离器4中从蒸汽分出的伴生液体再循环到蒸发-->器2，尽管其中部分通过管线12而排放以防止非挥发性杂质的积累，从气-液分离器4中出来的蒸汽通过管线5在分馏柱6的中间高度部位引入分馏柱6，在分馏柱6中，通过与管线9引入柱顶部的回流水接触，使在分馏柱6上升蒸汽中的过氧化氢逐渐降低，该蒸汽从分馏柱6顶部出来，并几乎不含过氧化氢，通过管线7将该蒸汽引入冷凝器8，在那里，水蒸汽冷凝成冷凝水，该冷凝水部分通过管线9返回到分馏柱6的顶部，作为回流水，部分通过管线10排出。另一方面在分馏柱6下降的下流液体中，过氧化氢浓度是逐渐增加，并通过管线11由分馏柱6底部，作为浓缩和提纯的过氧化氢水溶液排出。粗制过氧化氢溶液的蒸发、气-液分离和分馏通常在减压下进行。因为通常由于在气-液分离器4对气-液分离效率不完全，在上述方法中所得的浓缩和提纯的过氧化氢水溶液在纯度上不能十分令人满意。专利技术人曾进行了广泛研究以便解决这个问题，并基于意外的发现而达到，通过使用特定的气-液分离器系统可大大改进气-液分离的效率，该气-液分离器系统是至少由二台串联连接的旋流器组合。参照图2使用本专利技术装置系统的方法的流程图，将本专利技术用于粗制过氧化氢水溶液的浓缩和提纯方法叙述如下。将粗制过氧化氢溶液通过管线21引入蒸发器24，在该蒸发器中溶液蒸发而产生的蒸汽含有过氧化氢、水蒸汽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从粗制过氧化氢水溶液制备浓缩和提纯的过氧化氢水溶液方法的装置系统，它包括蒸发器、气－液分离器和分馏柱，其操作步骤包括：在蒸发器中将粗制过氧化氢水溶液蒸发为带有雾状伴生液体的蒸汽，在气－液分离器中将蒸汽从液体细雾中分离和在分馏柱中将没有液体细雾的蒸汽分馏，其特征在于，气－液分离器是至少由串联连接的二个旋流器的组合装置。

【技术特征摘要】
JP 1993-9-13 5-2272731、一种用于从粗制过氧化氢水溶液制备浓缩和提纯的过氧化氢水溶液方法的装置系统，它包括蒸发器、气-液分离器和分馏柱，其操作步骤包括：在蒸发器中将粗制过氧化氢水溶液蒸发为带有雾状伴生液体的蒸汽，在气-液分离器中将蒸汽从液体细雾中分离和在分馏柱中将没有液体细雾的蒸汽分馏，其特征在于，气-液分离器是至少由串联连接的二个旋流器的组合装置。2、根据权利要求1的装置系统，其特征在于，气-液分离是由串联连接的2个或3个旋流器的组合装置。3、一种由粗制过氧化氢水溶液制备浓缩和提纯的过氧化氢水溶液的方法，其步骤包...

【专利技术属性】
技术研发人员：下川茂喜，南川好次，村上征志，
申请(专利权)人：三菱瓦斯化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]