СПОСОБ ОЧИСТКИ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА Российский патент 1997 года по МПК C01B15/13 C01B15/26 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к очистке веществ от органических примесей, и может быть использовано при очистке пероксида водорода, полученного путем окисления изопропилового спирта, от уксусной кислоты.

Известен способ очистки пероксида водорода от уксусной кислоты путем эксракции органическими углеводородными растворителями (ксилолом, хлористым метиленом) (1).

Однако данный способ обеспечивает лишь 65% извлечение уксусной кислоты и позволяет получить целевой продукт с концентрацией пероксида водорода на выходе из распылительной колонны не более 30% и содержанием в качестве органических примесей до 3,5 г/л уксусной кислоты.

Наиболее близким к изобретению является способ очистки пероксида водорода от органических примесей, включающий ректификацию рабочего раствора, эксракцию водного раствора пероксида водорода полярным органическим растворителем, содержащим от 4 до 8 атомов углерода, в частности бутанолом, извлекающим органические примеси, нейтрализацию кислых продуктов окисления в экстрагенте раствором щелочи (2).

Недостатком известного способа является наличие стадии отмывки пероксида водорода водой из экстракта после экстракции органических примесей. Водный раствор пероксида водорода, полученный после отмывки экстракта, соединяется с рафинатом, что приводит к его существенному разбавлению перед стадией концентрирования. Это требует существенного увеличения энергозатрат при ректификации на испарение дополнительного количества воды.

Изобретение направлено на упрощение технологического процесса очистки пероксида водорода и снижение энергетических затрат на стадии концентрирования водного раствора пероксида водорода после экстракционной очистки.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе очистки водного раствора пероксида водорода, полученного окислением изопропилового спирта и содержащего в качестве примеси уксусную кислоту, включающем выделение ректификацией из рабочего раствора водного раствора пероксида водорода, экстракцию уксусной кислоты полярным органическим растворителем, имеющим от 4 до 8 атомов углерода, нейтрализацию уксусной кислоты раствором щелочи в эксрагенте, концентрирование очищенного водного раствора пероксида водорода, согласно изобретению, экстракцию осуществляют органическим растворителем, содержащим пероксид водорода с концентрацией, равновесной исходному очищаемому водному раствору пероксида водорода, а нейтрализация уксусной кислоты проводится раствором щелочи с концентрацией 2-10%
Насыщение эксрагента пероксидом водорода предотвращает переход пероксида водорода и обрабатываемого исходного водного раствора в экстракт и концентрация пероксида водорода в исходном растворе и рафинате, поступающем на концентрирование, остается одинаковой. Это исключает необходимость водной промывки экстракта для извлечения пероксида водорода и последующее разбавление рафината промывкой водой, что упрощает технологический процесс и уменьшает энергетические затраты на стадии концентрирования.

Нейтрализация уксусной кислоты раствором щелочи осуществляется в среде органического растворителя, насыщенного пероксидом водорода, что может привести к разложению пероксида водорода и его потерям. Однако, если концентрация раствора щелочи для нейтрализации не превышает 10% то этими потерями можно пренебречь. Кроме того, если при нейтрализации используется раствор щелочи с концентрацией свыше 10% то наблюдается захват части щелочи экстрагентом и таким образом щелочь попадает с рециркулирующим экстрагентом в экстрактор, где взаимодействует с содержащейся в исходном пероксиде водорода уксусной кислотой, образуя водорастворимый ацетат натрия. Он переходит в рафинат и, попадая на стадию концентрирования, разлагается до уксусной кислоты, повышая таким образом ее концентрацию в конечном товарном продукте, что недопустимо.

На чертеже представлена технологическая схема установки для реализации предложенного способа.

Установка содержит ректификационную колонну 1, экстрактор 2, реактор 3, колонну очистки 4, накопитель 5, колонну очистки 6, испаритель 7 и ректификационную колонну 8.

Способ по изобретению осуществляется следующим образом.

Поток 001 рабочего раствора пероксида водорода, полученный окислением изопропилового спирта, поступает из окислителя в ректификационную колонну 1, где отгоняются основные компоненты органической части рабочего раствора (ацетон, изопропиловый спирт) в виде потока 102, а кубовая жидкость, представляющая из себя водный раствор пероксида водорода с концентрацией до 40% содержащий следы ацетона, изопропилового спирта и до 0,6% уксусной кислоты, подвергается дальнейшей очистке. Поток 101 водного раствора пероксида водорода направляется в экстрактор 2, куда также поступает поток 501 экстрагента, насыщенного пероксидом водорода, противотоком потоку 101 очищаемого водного раствора пероксида водорода. Экстрагент, содержащий уксусную кислоту, поступает в реактор 3 (поток 201), куда также подается раствор щелочи (поток 303) с концентрацией 2-10% и далее, отделенный водный раствор ацетата натрия (поток 302) поступает на очистку от пероксида водорода в колонну очистки 4, а очищенный от уксусной кислоты экстрагент, насыщенный перокисдом водорода (поток 401), поступает в накопитель 5.

Очищенный от уксусной кислоты водный раствор пероксида водорода (поток 202) поступает в колонну 6 на очистку от растворенного в нем экстрагента, где экстрагент отделяется известными методами, например экстракцией с помощью гексана. Чистый экстрагент (поток 601) поступает в колонну 4 для очистки водного раствора ацетата натрия от перокисда водорода и далее в виде потока 401 поступает в накопитель 5.

Очищенный раствор пероксида водорода (поток 602) поступает с испаритель 7 и в виде потока пара 701 подается на тарелку питания ректификационной колонны 8. Из колонны 9 отводят потоком 802 товарного пероксида водорода с концентрацией до 70% и водный отгон (поток 801).

Раствор ацетата натрия (поток 402) передается на утилизацию.

Пример 1. В стеклянную экстракционную колонну диаметром 40 мм и содержащую 20 фторопластовых ситчатых тарелок поступает очищаемый водный раствор пероксида водорода (ПВ) с концентрацией 40% содержащей 6 г/л или 0,52 мас. уксусной кислоты. Расход очищаемого ПВ оставляет 300 мл/ч.

В качестве экстрагента используется этилацетат (ЭА), который предварительно насыщают ПВ до концентрации, равновесной с исходной и подают в колонну в количестве 600 мл/ч.

Затем насыщенный ПВ этилацетат используется в качестве экстрагента уксусной кислоты, а полученный рафинат с содержанием уксусной кислоты 100 мг/л направляется на ректификацию для получения 70%-ного раствора ПВ.

Общее количество раствора ПВ, поступающего на ректификацию, в этом случае равняется 300 мл/ч и концентрация ПВ составляет 40 мас. Для получения 70% -ного раствора ПВ необходимо отогнать 103 мл/ч воды, что приводит к снижению энергетических затрат.

Пример 2. Нейтрализацию экстракта, содержащего уксусную кислоту, проводили водным 15% -ным раствором NaOH в стеклянном аппарате с интенсивным перемешиванием и последующим расслоением этилацетата и водного раствора ацетата натрия. Затем нейтрализованный этилацетат снова направляется на экстракцию уксусной кислоты из 40%-ного раствора ПВ.

По экспериментальным данным при использовании 15%-ного раствора щелочи для нейтрализации экстракта в среднем около 5 мас. щелочи захватывается органической фазой и попадает в экстрактор, нейтрализуя содержащуюся в растворе ПВ уксусную кислоту, а получающийся ацетат натрия, растворяясь в рафинате, попадает на стадию укрепления.

В испарителе перед ректификационной колонной ацетата натрия разлагается до уксусной кислоты и до 90 мас. ее вместе с парами попадает в ректификационную колонну.

Таким образом, в товарном ПВ к остаточному количеству уксусной кислоты, после эксракции равному 100 мг/л, добавляется уксусная кислота, образовавшаяся от разложения ацетата натрия.

В наших экспериментах общая концентрация уксусной кислоты в 70%-ном ПВ достигала 620 мг/л, что в 1,5 раза превышает допустимые международные нормы по содержанию органических примесей.

Пример 3. Для нейтрализации экстракта использовали 5%-ный раствор щелочи, все остальные операции проводили согласно примеру 2. В этом случае захват щелочи органической фазой по данным эксперимента не превышал 0,5 мас. а содержание уксусной кислоты в 70%-ном ПВ в среднем не превышало 200 мг/л.

Приведенные примеры подтверждают возможность получения технического результата в заявленном диапазоне количественных признаков.

Из анализа представленных экспериментальных данных следует, что изобретение позволяет упростить технологический процесс перокисда водорода и снизить энергетические затраты за счет исключения разбавления пероксида водорода водой и необходимости ее испарения.

Дополнительным преимуществом изобретения является создание замкнутого цикла по насыщенному пероксидом водорода эксрагенту, что снижает вредные выбросы в окружающую среду и позволяет экономично использовать органический экстрагент.

Использование: очистка от органических примесей. Сущность изобретения: в экстракционную колонну с фторопластовыми тарелками подают водный раствор H₂O₂, содержащий уксусную кислоту. Экстрагент - полярный органический растворитель, содержащий 4-8 атомов углерода, например этилацетат, насыщают H₂O₂ до концентрации, равновесной концентрации исходного раствора H₂O₂. Экстрагент, содержащий уксусную кислоту, нейтрализуют 2-10%-ным раствором щелочи, очищают и снова направляют на стадию экстракции уксусной кислоты, а водный раствор H₂O₂ подают на очистку от экстрагента и на концентрирование с получением товарного 70-%-ного H₂O₂. Захват щелочи органической фазой не превышает 0,5 мас.%, содержание уксусной кислоты в 70%-ном H₂O₂ не превышает 200 мг/л. 1 ил.

Способ очистки пероксида водорода, полученного окислением изопропилового спирта, включающий выделение ректификацией водного раствора пероксида водорода из рабочего раствора, экстракцию из полученного кубового остатка уксусной кислоты полярным органическим растворителем, содержащим 4 8 атомов углерода, с ее последующей нейтрализацией в экстрагенте раствором щелочи и концентрирование очищенного от уксусной кислоты водного раствора пероксида водорода, отличающийся тем, что указанный органический растворитель перед экстракцией насыщают пероксидом водорода до концентрации, равновесной концентрации исходного раствора пероксида водорода, а нейтрализацию уксусной кислоты в экстрагенте проводят 2 10%-ным раствором щелочи с последующей очисткой и направлением полученного насыщенного пероксидом водорода экстрагента на стадию экстракции уксусной кислоты.