一种蒽醌法制双氧水体系中微气泡强化的评测方法技术

本发明专利技术提供一种蒽醌法制双氧水体系中微气泡强化的评测方法，包括如下步骤：a、建立氧化反应方程式；b、构建反应气体的宏观反应动力学方程；c、构建氧气的反应增强因子E

【技术实现步骤摘要】
一种蒽醌法制双氧水体系中微气泡强化的评测方法


[0001]本专利技术涉及微界面强化
，具体而言，涉及一种蒽醌法制双氧水体系中微气泡强化的评测方法。

技术介绍

[0002]蒽醌法制双氧水现已成为一种成熟可靠的双氧水工业生成技术，是大规模工业生产中应用最广的主流生产工艺。其基本工艺流程为：工作液在钯催化剂的催化下与氢气加成生成含氢蒽醌的氢化液；氢化液与氧气反应生成含蒽醌和双氧水的氧化液；氧化液经纯水萃取得萃余液和粗稀双氧水；粗稀双氧水经芳烃净化得稀双氧水产品；萃余液经脱水和白土床再生后返回氢化工序循环使用。其中，氧化反应为氢化液中的氢蒽醌与氧气在氧化塔中反应生成蒽醌和双氧水，操作温度为40～60℃，操作压力为0.2～0.4MPa，双氧水收率可达95～98％。为了适应生产规模的增大，业内对氧化塔不断的改进以促进气液的均匀分布，增强气液传质，如改进气体分布器装置、改变压缩空气进塔位置、采用新型填料等。这些改进措施虽在一定程度上克服了放大效应，但仍然存在气液分布不均、床阻较大、气液相界面积小、传质能力有限等不足之处。
[0003]微界面反应强化技术通过形成微界面反应体系可以从根本上使气液分布均匀，同时极大的增大气液相界面积，增强传质，可避免填料带来的不足。微界面强化反应器气泡尺度构效调控数学模型建模方法(公开号：CN107563051A)量化了反应器气泡尺度与反应器的结构参数、操作参数以及物性参数之间的关系。当通气量一定时，气泡尺寸越小，气液相界面积越大，传质阻力也就越小，其宏观反应速率也就越大。Santacesaria等研究表明，2
‑
乙基四氢氢蒽醌与氧气反应的本征速度为中慢反应。因此，当生产产能一定时，如何确定蒽醌法制双氧水体系中微气泡强化的评测方法，从而最大程度地提高时空产率进而实现微界面反应强化技术的经济性是一个重要的现实问题。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术的目的在于为实现微界面反应强化技术的经济性，确定蒽醌法制双氧水氧化反应微界面反应强化评测方法，以优化氧化塔的设计和操作，构建蒽醌法制双氧水微界面氧化反应体系的构效调控数学模型，从理论上探讨氧化反应微界面反应强化的评测方法。
[0006]在实际工艺过程中，反应速率一般是指宏观反应速率，而非本征反应速率。宏观反应速率受传质控制，是指本征反应速率较快，而传质速率较慢，或本征反应速率与传质速率均对反应过程产生影响。研究传质的强化对反应过程的强化具有重要意义。
[0007]强化气液传质科学而有效的方法是将进入反应器的气相尽可能破碎成微米级的气泡，并在反应器中形成微界面传质与反应体系。由于微米级尺度有3个数量级，那么就有将气泡破碎成多大尺度为适宜的问题，即这个“度”如何把握。若单纯从相界面积强化角度
考虑，气泡越小，相界面积就越大，即一般情况下，当体系中气泡较大时，传质速率慢于本征反应速率，气泡尺度减小有利于传质速率的增大；但与此同时，本征反应速率随之减小。因此，在微界面反应体系气泡尺度逐渐减小的过程中，势必会出现一种情况，即：传质速率＝本征反应速率。在此之后，气泡尺度减小将导致体系传质速率大于本征反应速率，此时传质速率对体系宏观反应速率的影响已居于次要地位。故继续减小气泡尺度不仅增加了能耗，同时对提高宏观反应速率的实际意义不大。
[0008]因此，在实际工况中，气泡并非越小越好。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供一种蒽醌法制双氧水体系中微气泡强化的评测方法，包括以下步骤：
[0010]a、建立氧化反应方程式；
[0011]蒽醌法的氧化工段包括：2
‑
乙基四氢氢蒽醌与氧气反应生成双氧水，化学方程式为：
[0012][0013]2‑
乙基四氢氢蒽醌和氧气反应的反应速率方程式为：
[0014]‑
r
B
＝k
r
C
A
C
B
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0015]式(2)中，k
r
为反应速率常数，单位m3/(mol
·
s)；C
A
、C
B
分别为液相中2
‑
乙基四氢氢蒽醌和氧气的浓度，单位mol/m3；
[0016]b、构建反应气体的宏观反应动力学方程；
[0017]使氧化反应过程中氧气在气液膜中的传质速率和液相中的反应速率相等，得到方程式：
[0018]k
G
a(P
B
/H
B
‑
C
Bi
)＝k
L
aE
B
(C
Bi
‑
C
B
)＝k
r
C
A
C
B
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]求解方程式(3)得到：
[0020][0021]式(4)中，r
B
为氧气的宏观反应速率，单位mol/(m3·
s)；k
G
、k
L
分别为气膜、液膜传质系数，单位m/s；a为气液相界面积，单位m2/m3；E
B
为氧气反应增强因子；P
B
为气泡内气相主体中氧气分压，单位Pa；H
B
为氧气的亨利系数，单位Pa
·
m3/mol；
[0022]式(4)中的k
G
、k
L
和a与反应体系的气泡直径d
32
的关系分别为：
[0023][0024][0025][0026]式(5)中，t
32
为气泡停留时间，单位s；设反应器操作液位为H0，则：
[0027]t
32
＝H0/υ
32
ꢀꢀꢀ
(8)
[0028]式(6)中，υ
s
为气泡滑移速度，单位m/s，计算公式为：
[0029][0030]式(7)～(9)中，υ
32
为气泡群上升速度，单位m/s，计算公式为：
[0031][0032]式(10)中，υ0为无限大静止液体中单个气泡的上升速度，单位m/s，计算公式为：
[0033][0034]式(11)中，Mo为Morton数，是无量纲参数，描述气泡在液相中移动时的外形，Mo＝gμ
L4
/(ρ
L
σ
L3
)；d
e
为无量纲气泡直径，d
e
＝d
32
(ρ
L
g/σ
L
)
1/2
；K
b
为与体系物性相关的常数，K
b
＝K
b0
Mo
‑
0.038
，对于有机溶剂或混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蒽醌法制双氧水体系中微气泡强化的评测方法，其特征在于，包括以下步骤：a、建立氧化反应方程式；蒽醌法的氧化工段包括：2
‑
乙基四氢氢蒽醌与氧气反应生成双氧水，化学方程式为：2
‑
乙基四氢氢蒽醌和氧气反应的反应速率方程式为：
‑
r
B
＝k
r
C
A
C
B
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中，k
r
为反应速率常数，单位m3/(mol
·
s)；C
A
、C
B
分别为液相中2
‑
乙基四氢氢蒽醌和氧气的浓度，单位mol/m3；b、构建反应气体的宏观反应动力学方程；使氧化反应过程中氧气在气液膜中的传质速率和液相中的反应速率相等，得到方程式：k
G
a(P
B
/H
B
‑
C
Bi
)＝k
L
aE
B
(C
Bi
‑
C
B
)＝k
r
C
A
C
B
ꢀꢀꢀ
(3)求解方程式(3)得到：式(4)中，r
B
为氧气的宏观反应速率，单位mol/(m3·
s)；k
G
、k
L
分别为气膜、液膜传质系数，单位m/s；a为气液相界面积，单位m2/m3；E
B
为氧气的反应增强因子；P
B
为气泡内气相主体中氧气分压，单位Pa；H
B
为氧气的亨利系数，单位Pa
·
m3/mol；式(4)中的k
G
、k
L
和a与反应体系的气泡直径d
32
的关系分别为：的关系分别为：的关系分别为：式(5)中，t
32
为气泡停留时间，单位s；设反应器操作液位为H0，则：t
32
＝H0/υ
32
ꢀꢀꢀ
(8)式(6)中，v
s
为气泡滑移速度，单位m/s，计算公式为：式(7)～(9)中，v
32
为气泡群上升速度，单位m/s，计算公式为：
式(10)中，ω0为无限大静止液体中单个气泡的上升速度，单位m/s，计算公式为：式(11)中，Mo为Morton数，是无量纲参数，描述气泡在液相中移动时的外形，Mo＝gμ
L4<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志炳，周政，张锋，李磊，田洪舟，魏格林，吕文钧，李夏冰，李永强，
申请(专利权)人：南京延长反应技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：