第一章 绪 论1.1 过氧化氢生产的发展现状和趋势1.1.1 过氧化氢生产的发展现状国内外生产现状过氧化氢(H2O2)俗名双氧水，广泛应用于化工，纺织，军工，电子，医药等方面，用作氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氧剂、并供制火箭燃料，有机或无机过氧化物，泡沫塑料和其他多孔物质等。双氧水的生产，由于需求量的剧增，世界以年10%15%的速度增长，其主要生产分布情况如表1所示。1989年世界双氧水生产力分布情况万 t/a地区国家产量（100% H2O2计）西欧东欧（未包括前苏联）北美拉美日本亚洲（中，日除外）合计5444283155451115最大的生产公司有下列几家：美国英特洛克斯集团公司的15家工厂，生产能力30万t/a（100% H2O2，下同）；迪高沙集团公司 15万t/a阿托化学公司/液化空气公司 13万t/aFMC公司（即美国食品化学公司） 12万t/a杜邦公司9.1 万t/a日本三菱瓦斯化学品公司7万t/a诺贝尔公司(瑞典) 5万t/a 蒙特氟公司(意大利) 3.5万t/a我国H2O2的生产始于1957年，到1990年生产能力达3.2万t/a。其中蒽醌法装置34套，总能力2.46万t，电解法装置20套，总能力0.77万t。双氧水的消费结构，大致为：造纸 28%30%化学品生产 22%24%纺织工业 18%环保 17%其他 11%15%目前世界各国对双氧水的大量和浓度等方面，提出了更高的要求，已开发出H2O2浓度可达70%85%以上的产品。其中为满足大西北的需要，美国FMC公司已建成了两套总能力为3200 t/a生产者装置，并投入运行。国内目前仍以27.5%H2O2浓度为主，极少数厂家少量生产35%和50%的产品，因此，国内H2O2的生产，不论是产量还是质量，都还是难以满足各行业日益发展的需要。1.1.2 过氧化氢生产的发展趋势 当前国内双氧水的生产和消费都进入了一个良性循环的发展的阶段，双氧水投资主体将继续朝着多元化方向发展，随着外资、合资、民营资本的大规模入驻，民营资本将逐渐占据主导地位。历经几轮行业内部的结构调整，在华东、华北及华南三大市场，将有几个行业巨头浮出水面，这些企业具有相对完善和一定特色的产品链，并同时占据较大的市场份额，将成为国内区域市场强有力的竞争者。未来几年，双氧水产业将进入一个稳步发展的成熟阶段，产量仍会有一定程度的增长，但增幅较前几年相对减缓。在高速增长期之后，必将经过一个由分散到集中、优胜劣汰的产业整合阶段，最终形成几个企业巨头垄断国内双氧水市场的局面。双氧水产业在经过大规模整合和结构调整之后，生产装置布局、产品结构、消费市场及投资主体等都将发生很大的变化。而当前的首要任务是抓住国际市场机遇，乘机做大做强，使我国尽快进入世界双氧水生产强国之列。双氧水的生产除了广泛使用蒽醌法生产外，还有电解法、空气阴极法、氢氧直接合成法、异丙醇法。氢氧直接合成法目前一直是各大公司研究开发的热点，各大公司专利不断涌现，且各具特点，其目标都是着眼于工业化，但迄今尚未见诸实现，该法看来是较有希望突破技术关键而用于工业生产的方法。此外，一些公司和大学还研究了其他制备双氧水的方法，大多尚处于研究阶段，有的仅证明它是制备双氧水的新途径，要实现工业化，尚需进行大量工作和深入论证。至于目前被广泛采用的蒽醌法，由于其工艺技术已基本上趋于成熟，重大研究成果日益减少，仅在工艺的个别环节上有所改进和创新，尽管如此，对此仍应加以重视。蒽醌法生产双氧水的关键步骤是氢化，触媒又是氢化的核心，其性能的优劣影响着整个生产过程的进行，触媒的种类有镍触媒和钯触媒两种。目前我国大部分生产装置都用镍触媒，国外和我国一部分生产装置采用钯载体触媒，它具有工艺流程短、氢化设备结构简单、装置生产能力大、触媒寿命长、生产安全性好、不易中毒、操作方便等优点，利用该工艺技术已建成十几套生产装置，产量达4.5万t/a，为了提高触媒活性、选择性和使用寿命，正在进行新一代触媒研究，其可使生产能力提高23倍，选择性明显提高，现已取得突破性进展，预计不久可实现工业化生产。蒽醌法所用溶剂的选择是生产过程进行好坏的关键之一，所选用的溶剂必须对蒽醌和氢蒽醌的溶解能力高、分配系数大，与水的相互溶解度小，所配成的工作溶液与水的密度差大，有较高的沸点和闪点，对触媒无毒化作用，有较低的粘度，毒性小且廉价易得，通常选用两种溶剂的混合物才能达到上述目的，目前采用的有氢化萜松醇（HTA）、磷酸三辛酯（TOP）、二异丁基甲醇等。TOP沸点高，无味、无毒，在水中溶解度较HTA低，萃取所得产品浓度高，但氢化效率还不够理想，价格高，而且配制工作液及工作液进系统时有乳化情况造成TOP的损失和操作还有困难，还有待研究，本设计所用溶剂选用HTA。1.2 过氧化氢的特性与应用.2.1 过氧化氢的物理化学性质过氧化氢俗名又称双氧水，英文名：hydrogen peroxide，其化学分子式H2O2,它的结构式为H-O-O-H，分子量为34.0146。其外观为无色透明液体,无毒,对皮肤有一定侵蚀作用，产生燃烧感和针刺般疼痛。双氧水是一种强氧化剂，当遇重金属，碱等杂质时，则发生剧烈分解，并放出大量的热，与可燃物接触可产生氧化自燃。 1.物理性质外观： 常温下为无色透明液体，由于生产中有有机物和溶剂的残留，允许略带微黄色。密度：1.13103 kg/m3（20，35%的H2O2）水溶液2.化学性质过氧化氢的反应：作为氧化剂：OOH2O2 H2O2OR-S-R R-S-R R-S-R作为还原剂：2Ce4H2O2=2Ce32HO2UO222H2O2xH2O=UO4xH2O2H过氧化物：CH3COOHH2O2 CH3COOHH2O加成物：2Na2CO33H2O2=2Na2CO33H2O2另一反应即分解：2H2O2=2H2OO2反应机理：作为氧化剂，过氧化氢通常按下述机理之一进行反应：离子反应通过无机及有机过氧化物进行氧转移电子转移自由基反应，常有金属催化剂存在。过氧化氢用用途还因下列性质：全部PH范围内均有效高氧化电位（E0=1.763，PH0；E0=0.878，PH14）无污染物液态，易于使用（1）.H2O2是一种强氧化剂，但遇到更强的氧化剂，如高锰酸钾、氯等，则呈还原性，因此可参加分解、加成、取代、还原氧化等反应。（2）.H2O2具有较弱的二元酸的性质，与某些碱反应可生成盐。（3）. H2O2性质不稳定，当接触到光、热、粗糙表面时，会分解为水和氧气，并放出大量的热；当重金属和其它盐类、灰尘等杂质混入后，可使其剧烈分解，严重时可发生爆炸。当双氧水较长时期的与易燃物质如木屑等接触时，可引起自燃；H2O2在阳光直接照射下，也可导致剧烈分解甚至爆炸。由于H2O2的不稳定性，一切盛装H2O2的容器必须留有气孔，有时常需要在储罐中加入一定数量的磷酸作为稳定剂。（4）. H2O2具有毒性。对皮肤有漂白和灼烧作用，受侵蚀后，会引起发炎，重者会长期不愈，所以接触皮肤后应立即冲洗。H2O2的蒸汽能刺激眼、鼻、喉黏膜引起流泪、咳嗽等。1.2.2 过氧化氢的应用过氧化氢性质活泼，在国民经济建设中得到非常广泛的应用。除了是重要的化工原料外，也应用于纺织、军工、电子、造纸、化工、轻工、医药、污水处理等多个工业领域。过氧化氢具有漂白、氧化、杀菌、消毒待多种功效，起效后无任何副产物，无需特殊处理。1.在有机合成中可用作氧化剂、催化剂和羟基化基。2.用于有机和无机过氧化物的制造，如过氧乙酸、过氧甲酸、过磷酸钠等。过氧乙酸即可用于有机合成，也是一种杀虫剂。3.用于纺织、纸浆草藤制品的漂白，其优点是污染小，印染白度高并纤维的品质，即可用于天然纤维、动物纤维，也可用于合成纤维。4.电子工业和电镀工业电子工业中用于金属表面的清洗及蚀刻电路板的印刷。电镀工业中用于电镀后清洗和净化过程。5.水及污水处理利用H2O2可有效处理工业废水中含有的氰化物、酚类、亚硝酸盐、硫化物等污染物。工业废气中常含有二氧化硫、硫化氢、硫醚、亚硫酸物等硫化物，用H2O2处理后可以消毒、除臭。6.用于食品和奶制品生产设备及生产管线的清洗，如牛奶、果汁及其它食品容器的清洗，可起到防腐、消毒和杀菌作用。7.医药业H2O2可用于某些药品的合成；H2O2的稀溶液做杀菌剂可起到消毒、杀菌的作用。8.建筑工业 在一定条件下，H2O2可产生大量氧气，残余的仅是水分，因此它常用作天然橡胶、合成橡胶、塑料及混凝土的发泡剂。9.航空航天业 H2O2是飞机和火箭快速升空的能量来源，高浓度的H2O2（80%y以上）可作为火箭原料。综上所述，H2O2的用途极为广泛。目前的生产规模还远没有达到国民经济的需求，生产成本也比较高，而对其应用的研究也在不断地开发中，因此进行H2O2的研究及工业生产的设计具有重要的现实意义。1.3 水、电、汽及原材料供应情况1.3.1 水、电、汽的供应供水：双氧水厂的建设厂址位于黄河沿岸，有充足、可靠的水源，其供水量能够满足工厂企业建设和生产、生活所需和其他用水的水量要求和水质要求。本次设计采用工厂处理的黄河水。供电：厂址靠近电热供应地，利用兰州石化公司的蒸汽供应，减少电热基础设施上的投入。蒸汽：从兰州石化公司接入。1.3.2 原材料的供应原料：2-乙基蒽醌、四氢2-乙基蒽醌、氢气、氢化萜松醇、重芳烃、活性氧化铝、兰尼镍触媒，来自兰州石化公司及外购。1.4 设计地区的水文、地质、气象资料本次设计地区：兰州 平均温度：9.2 降水日数：76.4天 最大积雪：8cm 平均海拔：1517.2m 主导风向：东北风 冻土厚度：84cm 降水量：332.3mm 平均压力：0.9105Pa 极端最高温度：39.1 极端最低温度：-21.31.5 本设计的特点本次设计采用蒽醌法连续生产，它具有节约能源，不用贵金属，易于大规模生产以及装置简单，占地面积小，投资费用低，效益好等特点。主要消耗原料为氢气、空气中的氧和水，原料来源较广，而且工艺流程短、氢化设备结构简单、装置生产能力大、触媒寿命长、生产安全性好、不易中毒、操作方便等优点。本次设计车间属于一级火灾危险场所和二级爆炸危险场所，故车间采用钢筋混凝土材料，并掺入防火材料，厂房多开门窗，并设置泄压口，厂生活区建在车间外。在三废处理方面，保证做到符合于各项环境保护的排放标准，废渣中的镍触媒可回收使用，工作液循环利用，降低了原料的消耗。第二章 过氧化氢和主要原材料规格、性质及技术指标2.1 主要原料的规格、性质、技术指标1. 重芳烃 比重 0.8749(25) 沸程 150200（150以前馏分5%） 芳烃含量 96% 不含硫、砷、汞及其化合物2.