摘要: 双氧水作为一种重要的绿色化学品有着广泛的应用需求。蒽醌法是工业制备双氧水最主要的方法之一，其中以蒽醌加氢和氢蒽醌氧化为关键工段。然而，由于氢气和氧气为难溶性气体，加氢和氧化的宏观反应速率受气液传质限制，极大影响了生产效率，增加了生... 展开 双氧水作为一种重要的绿色化学品有着广泛的应用需求。蒽醌法是工业制备双氧水最主要的方法之一，其中以蒽醌加氢和氢蒽醌氧化为关键工段。然而，由于氢气和氧气为难溶性气体，加氢和氧化的宏观反应速率受气液传质限制，极大影响了生产效率，增加了生产成本。 基于此，本文利用超重力反应器(Rotating Packed Bed reactor，简称RPB reactor)强化气液传质的特点，将其应用于蒽醌加氢和氢蒽醌氧化中，实现对两个反应的过程强化，以期达到提高宏观反应速率的目的，进一步对反应器的强化机理进行了探讨。主要的研究结果如下: (1)在蒽醌加氢反应中，采用拟均相催化加氢的方式，考察了超重力反应器转速、工作液初始浓度、氢气压力、反应温度和溶剂配比对双氧水收率(B)和有效蒽醌选择性(S)的影响:增大转速、氢气加压、升高反应温度有利于提升蒽醌加氢反应速率，但其中，氢气加压、升高反应温度会引起有效蒽醌选择性降低，不利于工作液循环使用;实验条件范围内，工作液初始浓度(CEAQ)与溶剂配比(VTMB∶VTOP)匹配最佳时(CEAQ=100g/L，VTMB∶VTOP=3∶3)，可获得双氧水收率最大值(B=13.08g/L)。与搅拌釜反应器(STR)进行比较，相同反应条件下，超重力反应器蒽醌加氢时空收率数值为369.8gH2O2g-1Pd h-1，是STR(14.5gH2O2g-1Pd h-1)的25倍。超重力反应器强化氢气和蒽醌工作液的气液传质，可有效提高宏观加氢反应速率。 (2)在氢蒽醌氧化反应中，采用RPB+STR串联反应器进行操作。首先排除了影响双氧水稳定性的因素:使用以玻璃纤维为基底、喷涂聚四氟乙烯的填料，同时加入磷酸水溶液为稳定剂，可有效提升氧化过程生成的双氧水的稳定性，并且可以实现对双氧水的原位萃取。串联反应器中氢蒽醌氧化和双氧水萃取速率随超重力反应器转速的增大先增加后趋于稳定，随油相/水相体积比的增加而降低;增大液量、气量、反应温度和使用氧气为气相有利于加快氧化和萃取速率;初步探究了RPB+STR串联反应器强化氢蒽醌氧化和双氧水萃取过程的机理:串联反应器在相同反应时间内可以达到更高的氢蒽醌转化率和双氧水萃取量，原因是串联反应器中STR的引入抑制了分散于水相中油滴的聚并和油水两相分层的趋势，增加了单位体积水相中分散油滴的数量。在实验操作范围内，RPB+STR串联反应器在5分钟的反应时间内，氢蒽醌转化率范围为21-45％，双氧水萃取效率范围为72-83％。与其他反应器相比，超重力反应器在氧化和萃取速率上优势明显，具有工业化应用的潜力。 收起