CH361788A - Method of concentrating an aqueous solution of hydrogen peroxide - Google Patents

Method of concentrating an aqueous solution of hydrogen peroxide

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CH361788A
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hydrogen peroxide
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Inventor
Bernard Graybill Wilmer
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Pittsburgh Plate Glass Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01Hydrogen peroxide
    • C01B15/013Separation; Purification; Concentration

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Description

  

  Procédé de concentration d'une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène    La présente invention se     rapporte    à la fabrica  tion de solutions aqueuses. d'eau oxygénée et     elle    vise  en     particulier    l'obtention de solutions     aqueuses.    d'eau  oxygénée     fortement    concentrées.  



  Telle qu'elle est produite directement par réaction  chimique, l'eau oxygénée est généralement recueillie  sous forme d'une solution aqueuse diluée. Un procé  dé particulier pour préparer l'eau oxygénée consiste  à hydrogéner au moyen d'hydrogène élémentaire un  composé organique apte à s'auto-oxyder, comme  une     alcoyle-anthraquinone,    pour la transformer en  son     hydroquinone    ou sa quinone et à oxyder ensuite  les dérivés     quinoniques    hydrogénés. L'eau oxygénée  est engendrée par suite     d     l'oxydation.

   Dans la tech  nique normale, l'hydrogénation et l'oxydation s'effec  tuent dans le milieu de réaction qui comprend un ou  plusieurs solvants, aussi bien pour les ingrédients       auto-oxydables    que pour l'eau oxygénée. On re  cueille l'eau oxygénée à     partir    des solvants, par exem  ple, par épuisement au moyen d'eau, ce qui procure  une solution aqueuse d'eau oxygénée. Dans ces so  lutions, la teneur en eau oxygénée est très faible, or  dinairement de l'ordre de 8 à 16 % en poids de la  solution.  



  D'autres procédés de préparation de l'eau oxy  génée aboutissent rarement à la formation directe de  solutions d'eau oxygénée sensiblement plus concen  trées.  



  On peut transformer ces solutions diluées d'eau  oxygénée en d'autres plus riches titrant de 25 à  30 % en poids. ou même un peu plus. Toutefois,  l'obtention de solutions d'eau oxygénée considéra  blement plus, concentrées., par exemple     titrant    70 à  90 % en poids ou même plus, est loin d'être aussi  simple. Ainsi, bien qu'on ait déjà préparé des solu  tions aqueuses d'eau oxygénée     fortement    concentrées  par des techniques de concentration, cette opération    s'est     effectuée    dans des conditions     commercialement     peu séduisantes, par exemple par petites     quantités     plus. voisines de l'échelle de laboratoire que de  l'échelle industrielle et par des distillations multiples.  



  La présente invention a pour objet un     procédé    de  concentration d'une solution aqueuse de peroxyde  d'hydrogène, caractérisé en ce qu'on la chauffe pour  former un mélange de vapeur de peroxyde d'hydro  gène et de vapeur d'eau, en ce qu'on condense une  partie de ce mélange de vapeurs, de façon à obte  nir une solution plus concentrée de peroxyde d'hy  drogène et en ce qu'on     élimine    une     partie    de l'eau  de cette solution en la mettant en contact avec des  vapeurs obtenues en chauffant une autre solution  aqueuse plus concentrée de peroxyde d'hydrogène.  



  L'invention procure ainsi un procédé simple et  efficace pour obtenir des solutions d'eau oxygénée  fortement concentrées et contenant de 70 à 90 ou  95 % en poids, d'eau oxygénée à partir de solutions  aqueuses diluées. On y parvient à l'échelle indus  trielle et avec la sécurité et l'appareillage propres à  celle-ci.

   Ce procédé dispense de la nécessité de mul  tiples distillations et des besoins d'appareillage  qu'elles     entraînent.    En outre, s'il est mis en     pauvre     dans les conditions optima et les meilleures     formes     d'application, le présent procédé     purifie    en même       temps    les solutions aqueuses d'eau oxygénée, notam  ment en en     éliminant    les impuretés carbonées.  



  On peut obtenir des solutions d'eau oxygénée  titrant en poids plus de 70 % en chargeant de l'eau  oxygénée titrant plus de 8 % en poids dans une  masse d'eau oxygénée aqueuse aux températures de  vaporisation et dans le vide. Il se forme des. vapeurs  d'eau et d'eau oxygénée qui renferment souvent du  liquide entraîné.

   On peut éliminer celui-ci si on le  désire et l'on introduit les vapeurs     dans    une sec  tion intermédiaire d'une zone de contact liquide-gaz      de     préférence    sous pression. réduite.     Dans    cette zone  on     introduit    des. vapeurs d'un mélange eau-eau oxy  génée correspondant aux vapeurs en équilibre avec  une solution d'eau oxygénée     titrant    par exemple au  moins 70 % dans les conditions de température et de  vide existant     dans    ladite zone, et cela, en un point  situé au-dessous dudit point intermédiaire.  



  Dans les conditions typiques de vide et de tem  pérature existantes, par exemple de 65 à 700 C et 35  à 50 mm de mercure,     ce    sont des mélanges de 25  à 70 % en poids d'eau oxygénée qui constituent le  mélange d'eau et d'eau oxygénée qu'on met en     oeuvre.     Bien sûr, d'autres     conditions    peuvent modifier quel  que peu la composition de vapeurs     précise    employée.  



  Ce qui se produit dans la zone de     contact        gaz-          liquide    peut être considéré comme un effet de rec  tification suivant lequel les vapeurs     introduites    par  le bas entraînent préférentiellement la vapeur d'eau  du contenu de la zone et s'appauvrissent en eau oxy  génée. Il existe ainsi un     courant        gazeux    ascendant  qui peu à peu devient plus riche en vapeur d'eau et  plus pauvre en vapeurs d'eau oxygénée. A l'encontre  du courant gazeux     ascendant    s'écoule un courant       descendant    qui s'enrichit progressivement en eau  oxygénée et s'appauvrit en eau.

   Ce courant descen  dant est, dans les conditions existantes, un liquide  qui est soumis à une rectification par le courant ga  zeux ascendant.  



  Lorsque la zone de contact liquide-gaz est gar  nie ou munie d'autre manière de dispositifs. pour fa  ciliter le fractionnement au-dessus du     point    intermé  diaire, le produit qui s'échappe du haut de la zone  est moins riche en eau oxygénée que l'une et l'autre  des arrivées. Si le fractionnement s'effectue convena  blement dans la partie supérieure de ces zones, ce  qui s'échappe du sommet peut être de la vapeur  d'eau à peu près exempte d'eau oxygénée. Comme il  sera expliqué plus en détails par la suite, on peut con  denser les têtes et en restituer une partie comme       reflux.     



  A mesure que le courant liquide descendant s'en  richit en eau oxygénée sa teneur en ce produit de  vient approximativement égale à celle qui ferait équi  libre au mélange de vapeurs introduit dans la partie  inférieure de la zone. Comme la quantité d'eau oxy  génée     concentrée    permettant d'engendrer les vapeurs  nécessaires à introduire dans la partie inférieure n'est  qu'une faible fraction de l'eau oxygénée concentrée  qu'on peut retirer comme queues de la zone, le ré  sultat général de l'opération est qu'on obtient de  grandes. quantités de solutions aqueuses concentrées  d'eau oxygénée au prix seulement d'une fraction du       volume    de solutions     concentrées    d'eau oxygénée  équivalentes.  



  Une autre forme de réalisation de l'invention  comprend l'utilisation de ce qui s'écoule de la zone  de contact     liquide-gaz    comme source directe des  vapeurs qui sont introduites dans la     partie    inférieure  de ladite zone.    Suivant une autre forme de réalisation, on effec  tue cette vaporisation en chauffant le     flux    inférieur  liquide recueilli dans la partie la plus basse de la  zone, alors qu'il est en communication liquide-vapeur  avec la zone, pour volatiliser une fraction du pro  duit soutiré sous forme de vapeur introduite dans la  partie inférieure de la zone.

   Cette possibilité de       chauffer    directement le produit soutiré et de vola  tiliser des solutions aqueuses d'eau oxygénée d'aussi  forte concentration sans souillure ni risques excessifs  représente un progrès marqué dans la concentration  des solutions d'eau oxygénée. C'est (du     moins    en  partie) grâce à la série de mesures indiquée ci-dessus  qu'on obtient, comme produit soutiré, une solution  aqueuse fortement concentrée d'eau oxygénée de  qualité telle que les risques d'explosion sont sensi  blement minimisés sinon évités.  



  Comme il est plus facile de décrire l'invention  en se référant à un schéma d'écoulement, on va la  discuter ci-après à la lumière de ce dernier représenté  au dessin. Il va sans dire que cette description n'est  faite que pour les besoins de la     cause    et que l'inven  tion n'est nullement censée s'y limiter.  



  On introduit de l'eau oxygénée diluée titrant de  8 à 16 % en poids dans l'appareil de concentration  et (ou) de purification représentatif de la présente  invention en un point 1 du système cyclique indi  qué par les numéros de     référence    1 à 6 inclus..  



  En pénétrant dans ce circuit     cette    solution diluée  d'eau oxygénée est additionnée d'une solution plus  concentrée d'eau oxygénée. Dans la plupart des cir  constances le titre en eau oxygénée de la solution  aqueuse présente dans ce circuit est d'environ 1,6 à  6,5 fois supérieur à celui du produit affluent mais  non supérieur à 83 % en poids. Le     rapport    du vo  lume d'eau oxygénée aqueuse introduit en 1 au vo  lume total d'eau oxygénée aqueuse présent dans le  circuit fermé est suffisamment faible pour qu'il n'y  ait pas de diminution sensible du titre général en eau  oxygénée dans le circuit. La façon dont on obtient le  titre en eau oxygénée dans le circuit fermé sera clai  rement mise en évidence par la description sui  vante.  



  Dans     ce    circuit fermé, la solution aqueuse d'eau  oxygénée circule de façon rapide dans la direction  indiquée. Au point 2 du circuit on fait passer la  solution de bas en haut à travers un vaporisateur 7  auquel on fournit de la chaleur. Ce vaporisateur est  typiquement fait de nickel et peut être un vaporisa  teur à thermosiphon. Ce chauffage volatilise le con  tenu du système qui est maintenu en circulation grâce  à l'effet de     siphonage    résultant. Un examen du con  tenu du circuit montre que le liquide est plutôt de  la nature d'un corps en ébullition contenant des bul  les de vapeur.  



  Au point 4 du circuit le contenu se déverse dans  le bas d'un séparateur à entraînement 8 dans lequel  s'élèvent l'eau et les vapeurs d'eau oxygénée, y com  pris les liquides entraînés. La séparation du liquide  entraîné est facilitée par l'inclusion dans le sépara-           teur    à entraînement de zones composées de laine de  verre ou d'autres matériaux analogues. Le     liquide     entraîné se sépare des vapeurs d'eau et d'eau oxy  génée et revient dans la partie inférieure du sépara  teur à entraînement où il rejoint les constituants qui  circulent dans le système.  



  A leur sortie du séparateur à entraînement 8 les  vapeurs d'eau et de peroxyde d'hydrogène sont sen  siblement exemptes de liquides entraînés. Le titre en  eau oxygénée de ces vapeurs de dégagement issues  du séparateur à entraînement correspond générale  ment à peu près au titre de l'eau oxygénée introduite  en 1. Il peut y avoir une légère     dilution.     



  On introduit ensuite ces vapeurs dans une sec  tion intermédiaire d'une colonne de contact     liquide-          gaz    10. Dans une forme     particulière    de colonne de  contact liquide-gaz sont prévues deux zones     garnies     distinctes<B>11.</B> Les vapeurs d'eau et d'eau oxygénée  sont introduites dans la     partie    supérieure des zones  garnies. Dans le bas de la colonne 10 on maintient  une masse liquide 12 d'eau oxygénée concentrée dont  le titre correspond à celui qu'on désire obtenir dans  le     produit    final. Ce titre en eau oxygénée est sensible  ment supérieur à celui des, vapeurs introduites en 9.

    Cette masse liquide 12 est maintenue à une tempéra  ture correspondant à son point d'ébullition dans les  conditions de pression créées dans la colonne 10 par  le chauffage. C'est le rebouilleur 13 qui constitue ce  moyen d'introduire de la chaleur. On règle la quan  tité de chaleur introduite dans le liquide de manière  que seule une partie de la masse de liquide soit vola  tilisée pour former un courant ascendant de vapeurs  d'eau oxygénée et d'eau dont la composition primi  tive correspond à l'équilibre liquide-vapeur dans les  conditions indiquées.  



  Ces vapeurs montent graduellement à travers la  colonne 10, entrant en     contact    intime avec les, va  peurs d'eau et d'eau oxygénée introduites au point  intermédiaire 9 de la colonne 10. Au-dessous de ce  point d'introduction intermédiaire 9, ce courant as  cendant est en contact intime avec un courant des  cendant d'eau et d'eau oxygénée liquides. C'est lui  qui produit l'effet général de chasser l'eau de la zone  et finalement de l'éliminer dans les têtes.  



  Ces têtes sont retirées de la colonne 10 en un  point 14 et sont condensées dans un     condenseur    15,  une partie du     condensat    étant restitué au cycle à titre  de reflux au point 16. Le restant est soustrait au sys  tème sous forme d'eau sensiblement exempte d'eau  oxygénée dans des. conditions idéales et presque par  faites. De minimes pourcentages d'eau oxygénée sont  tolérables dans les produits dégagés. Au-dessus du  point intermédiaire 9, le     reflux    dans la zone garnie       sert    à laver le courant gazeux ascendant d'eau oxy  génée et par conséquent à réduire au minimum la te  neur en eau oxygénée des produits dégagés.  



  Comme en fait les vapeurs d'eau et d'eau oxygé  née introduites au point intermédiaire 9 descendent  dans la colonne 10, elles forment un courant appau-         vri    en eau qui finalement se rassemble     dans    le culot  12 constituant la partie inférieure de la colonne 10.  



  De     ce    culot 12 la solution aqueuse     concentrée     d'eau     oxygénée    est     soutirée    à une vitesse telle que le  volume du culot demeure sensiblement constant.  



  Au lieu de former et rassembler le culot de li  quide 12 et d'y volatiliser     directement    la     quantité    né  cessaire de vapeurs d'eau et d'eau oxygénée pour  produire la concentration des vapeurs moins concen  trées introduites dans. la colonne au point intermé  diaire 9, on peut recourir à d'autres expédients pour  aboutir aux mêmes résultats. C'est ainsi qu'il n'est  pas nécessaire de volatiliser une partie de l'eau oxy  génée aqueuse     concentrée        effectivement    produite par  le fonctionnement de la colonne 10.

   On peut volati  liser n'importe quelle eau oxygénée aqueuse     ayant     un titre équivalent à celui du produit     concentré     soutiré.     Ainsi,    on peut chauffer une masse     liquide     ayant un titre convenable en eau oxygénée aqueuse  et en introduire les vapeurs dans la     partie    inférieure  de la colonne 10. Toutefois, il est préférable d'em  ployer le produit concentré soutiré lui-même comme  source de vapeurs introduites dans la partie inférieure  de la colonne 10. L'organe chauffant 13 du     rebouil-          leur    peut être     immergé    directement dans le corps de  liquide 12.

   D'autre manière, on peut employer un  système cyclique tel qu'il est     décrit    à propos de la  vaporisation du produit brut     introduit    dans l'ensem  ble de l'appareil.  



  De préférence, l'appareil décrit ici est conduit de  manière non seulement qu'il concentre la solution  aqueuse diluée d'eau oxygénée mais qu'il l'épure en  même temps. Cette épuration n'est pas seulement  importante quant à la qualité du concentré, car on  suppose qu'elle favorise l'ensemble de l'opération.  En général, les impuretés considérées sont dénom  mées   impuretés carbonées   et analytiquement on  les calcule en carbone. Il va sans dire que bien     qu'il     soit question ci-après de la   teneur en carbone   on  n'entend par là qu'une estimation des matières car  bonées, probablement. des impuretés organiques.  



  Dans la mise en     aeuvre    de ce procédé on     constate     que la teneur en carbone (impuretés organiques) dans  le système cyclique 1 à 6 est beaucoup plus forte que  la teneur en carbone de l'eau     oxygénée    aqueuse intro  duite en 1. En conséquence, et pour éviter une accu  mulation graduellement croissante de la     teneur    en  carbone du contenu du système cyclique, on purge  ce dernier périodiquement ou en continu en 6. Cette  purge n'élimine qu'une petite partie de l'eau oxygénée       introduite    dans, l'ensemble du système     en,    1.

   Elle est  généralement de l'ordre de 1 à 3 % en poids de l'eau  oxygénée introduite, mais elle est parfois plus consi  dérable, par exemple de 5 à 8 %. Lorsque la purge  s'effectue ainsi, l'effet général de l'ensemble du sys  tème de     concentration    décrit ici est l'obtention d'un  produit concentré contenant moins de carbone que  l'eau oxygénée aqueuse diluée.  



  On fait     fonctionner    l'ensemble de     l'appareil    sous  un     vide    relatif, les, températures employées dans le           vaporiseur    7, le rebouilleur 13 et tout le reste de  l'appareil étant dans une     certaine    mesure fonction  du degré de vide exact régnant     dans    l'appareil. On  opère de préférence sous des pressions inférieures à  100 mm de mercure. Dans les limites pratiques du  fonctionnement industriel cette pression sera choisie  le plus, bas possible; ordinairement, elle sera com  prise entre 30 et 50 mm de mercure.

   Naturellement,  l'appareil est maintenu étanche à l'air et le vide pro  duit mesuré par des     appareils   <I>ad hoc.</I> Les chutes de  pression dans l'appareil et les pressions absolues à       divers    points de celui-ci varient dans, la même mesure.  



  Le plus souvent, les. températures dans le     vapo-          riseur    7 sont de l'ordre de 49 à 650 C tandis que  la température engendrée dans le culot 12 par le  rebouilleur 13 est comprise entre 57 et 680 C, et est  plus particulièrement aux environs de 650 C.  



  L'exemple suivant illustre l'invention.  <I>Exemple</I>  En employant un     appareil    -correspondant à celui  que le dessin montre schématiquement on a fourni  par heure une masse circulante d'eau oxygénée con  tenant en poids 73,5 % d'eau oxygénée et par     litre     2,3 g de carbone, 5,683 litres d'une eau oxygénée  aqueuse     contenant    en poids 40 % d'eau oxygénée  et par litre<B>0,16</B> g d'impuretés carbonées. On a fait  circuler     cette    masse d'eau oxygénée aqueuse, comme  le montre le dessin, de bas en haut dans un     vapori-          seur    vertical     construit    en nickel et fonctionnant à       621)    C.

   On a fait passer le mélange de vapeurs d'eau  et d'eau oxygénée résultant, de bas en haut, à tra  vers un séparateur à entraînement dans lequel le  liquide entraîné était séparé des vapeurs et les va  peurs d'eau et d'eau oxygénée sensiblement libres de  liquide étaient introduites dans la partie supérieure  d'une colonne de contact liquide-gaz. A ce point les  vapeurs contiennent environ 39,1 % en poids d'eau  oxygénée.  



  La colonne de contact liquide-gaz comprenait  une section supérieure de 15 cm de diamètre et de  3,1     m    de hauteur. Cette section était     garnie    d'an  neaux de     Raschig    de 18 mm de diamètre. La section       inférieure    de la colonne de contact gaz-liquide avait  183 cm de hauteur et 10,2     cm    de diamètre. Elle était  garnie d'anneaux de     Raschig    de 13 mm de diamètre.

    On a employé un rebouilleur d'aluminium pur à  99,6 % pour     maintenir    la température du     liquide    à  700 C à     l'extrémité    inférieure de la colonne de con  tact     liquide-gaz.     



  On a condensé les vapeurs issues de la     colonne     de contact     liquide-gaz.    Ce     condensat    était à peu près  exempt d'eau oxygénée. Au sommet de la zone on a  introduit par heure 3,191 litres d'eau     désionisée    à  titre de reflux.  



  Le     flux    soutiré de la colonne de contact     liquide-          gaz    était de 2,046 1/h et était constitué par une so  lution aqueuse d'eau oxygénée contenant en poids  88,83 % d'eau oxygénée et 0,24 g par litre d'impu  retés carbonées.    L'appareil tout entier était sous vide,     ce    vide  étant appliqué à l'extrémité supérieure de la colonne  ide contact. Ce vide était approximativement de  35 mm de mercure. A d'autres points de l'appareil le  degré de vide était quelque peu moindre à cause de  pressions, différentielles.  



  De la masse d'eau oxygénée aqueuse évaporée  dans le séparateur à entraînement on a soustrait un  courant de purge continu ; sa composition était celle  de la masse soumise à la vaporisation. Le taux de  cette soustraction était tel que l'eau oxygénée ainsi  éliminée était d'environ 5 % de l'eau oxygénée totale  introduite dans l'appareil. Dans ce cas, la purge avait  pour but de prévenir la     formation    de fortes quanti  tés d'impuretés carbonées dans la masse purgée.  



  En se référant particulièrement à l'exemple     ci-          dessus,    on verra que le procédé qui y est décrit per  met d'obtenir des solutions aqueuses d'eau oxygénée  fortement concentrées à partir d'autres qui le sont  beaucoup moins. Au lieu des solutions aqueuses  d'eau oxygénée contenant en poids 40 % d'eau oxy  génée on peut en employer d'autres de concentration  plus forte ou plus faible. On peut concentrer de la  façon décrite des solutions contenant en poids de 8  à 50 % de peroxyde d'hydrogène.  



  En introduisant un mélange de vapeurs d'eau et  de peroxyde d'hydrogène en un point intermédiaire  d'une zone de contact     liquide-gaz    et en amenant dans  l'extrémité inférieure de cette zone un mélange de  vapeurs d'eau et de peroxyde d'hydrogène ayant une  composition correspondant à la composition de va  peur obtenue en vaporisant du peroxyde d'hydrogène  aqueux contenant la forte proportion voulue du  peroxyde d'hydrogène désiré, le mélange de vapeurs  dilué introduit dans la colonne au point intermé  diaire est concentré à un degré équivalant à la com  position: du liquide en équilibre avec les vapeurs. in  troduites à l'extrémité inférieure.



  Method for Concentrating an Aqueous Solution of Hydrogen Peroxide The present invention relates to the manufacture of aqueous solutions. hydrogen peroxide and it aims in particular to obtain aqueous solutions. highly concentrated hydrogen peroxide.



  As produced directly by chemical reaction, hydrogen peroxide is usually collected as a dilute aqueous solution. A particular process for preparing hydrogen peroxide consists in hydrogenating, by means of elemental hydrogen, an organic compound capable of self-oxidation, such as an alkyl-anthraquinone, in order to transform it into its hydroquinone or its quinone and then oxidize them. hydrogenated quinone derivatives. Hydrogen peroxide is generated as a result of oxidation.

   In normal technology, the hydrogenation and oxidation take place in the reaction medium which comprises one or more solvents, both for the auto-oxidizable ingredients and for the hydrogen peroxide. The hydrogen peroxide is collected from the solvents, for example, by depletion with water, which provides an aqueous solution of hydrogen peroxide. In these solutions, the oxygenated water content is very low, usually of the order of 8 to 16% by weight of the solution.



  Other processes for preparing the oxygenated water seldom result in the direct formation of substantially more concentrated solutions of hydrogen peroxide.



  These dilute solutions of hydrogen peroxide can be converted into richer ones containing 25 to 30% by weight. or even a little more. However, obtaining considerably more, concentrated hydrogen peroxide solutions, for example containing 70 to 90% by weight or even more, is far from being so simple. Thus, although highly concentrated aqueous hydrogen peroxide solutions have already been prepared by concentration techniques, this operation has been carried out under commercially unattractive conditions, for example in small quantities more. close to the laboratory scale than to the industrial scale and by multiple distillations.



  The present invention relates to a process for concentrating an aqueous solution of hydrogen peroxide, characterized in that it is heated to form a mixture of hydrogen peroxide vapor and water vapor, in this that part of this mixture of vapors is condensed, so as to obtain a more concentrated solution of hydrogen peroxide and in that part of the water is removed from this solution by bringing it into contact with vapors obtained by heating another more concentrated aqueous solution of hydrogen peroxide.



  The invention thus provides a simple and effective process for obtaining highly concentrated hydrogen peroxide solutions containing 70 to 90 or 95% by weight, hydrogen peroxide from dilute aqueous solutions. This is achieved on an industrial scale and with its own safety and equipment.

   This process dispenses with the need for mul tiples distillations and the equipment requirements which they entail. In addition, if it is leaned under the optimum conditions and the best forms of application, the present process simultaneously purifies the aqueous solutions of hydrogen peroxide, in particular by removing carbon impurities therefrom.



  Hydrogen peroxide solutions containing more than 70% by weight can be obtained by charging hydrogen peroxide containing more than 8% by weight in a mass of aqueous hydrogen peroxide at vaporization temperatures and in a vacuum. It forms. water and hydrogen peroxide vapors which often contain entrained liquid.

   This can be removed if desired and the vapors are introduced into an intermediate section of a liquid-gas contact zone, preferably under pressure. scaled down. In this area we introduce. vapors of an oxygenated water-water mixture corresponding to vapors in equilibrium with a hydrogen peroxide solution for example titrating at least 70% under the temperature and vacuum conditions existing in said zone, and this at a point located at below said intermediate point.



  Under typical vacuum and existing temperature conditions, for example 65 to 700 C and 35 to 50 mm Hg, mixtures of 25 to 70% by weight of hydrogen peroxide constitute the mixture of water and hydrogen peroxide which is used. Of course, other conditions can somewhat alter the precise vapor composition employed.



  What occurs in the gas-liquid contact zone can be considered as a rectification effect according to which the vapors introduced from the bottom preferentially entrain the water vapor of the contents of the zone and become depleted in oxygenated water. There is thus an ascending gas current which gradually becomes richer in water vapor and poorer in hydrogen peroxide vapor. Against the ascending gas current flows a descending current which is gradually enriched in hydrogen peroxide and depleted in water.

   This downdraft is, under existing conditions, a liquid which is subjected to rectification by the upward gas flow.



  When the liquid-gas contact zone is lined or otherwise fitted with devices. to facilitate fractionation above the intermediate point, the product which escapes from the top of the zone is less rich in hydrogen peroxide than either of the inlets. If the fractionation takes place properly in the upper part of these zones, what escapes from the top may be water vapor substantially free of hydrogen peroxide. As will be explained in more detail below, the heads can be condensed and part of them restored as reflux.



  As the descending liquid stream becomes rich in hydrogen peroxide, its content of this product becomes approximately equal to that which would equilibrate to the mixture of vapors introduced into the lower part of the zone. As the quantity of concentrated oxygenated water making it possible to generate the vapors necessary to introduce into the lower part is only a small fraction of the concentrated hydrogen peroxide which can be withdrawn as bottoms from the zone, the result general of the operation is that one obtains large. quantities of concentrated aqueous hydrogen peroxide solutions at the cost of only a fraction of the volume of equivalent concentrated hydrogen peroxide solutions.



  Another embodiment of the invention comprises the use of what flows from the liquid-gas contact zone as a direct source of the vapors which are introduced into the lower part of said zone. According to another embodiment, this vaporization is carried out by heating the lower liquid stream collected in the lower part of the zone, while it is in liquid-vapor communication with the zone, to volatilize a fraction of the product. withdrawn in the form of vapor introduced into the lower part of the zone.

   This possibility of directly heating the withdrawn product and of volatilizing aqueous hydrogen peroxide solutions of such a high concentration without soiling or excessive risks represents a marked progress in the concentration of hydrogen peroxide solutions. It is (at least in part) thanks to the series of measures indicated above that one obtains, as product withdrawn, a highly concentrated aqueous solution of hydrogen peroxide of quality such that the risks of explosion are appreciably minimized. otherwise avoided.



  As it is easier to describe the invention with reference to a flow diagram, it will be discussed below in the light of the latter shown in the drawing. It goes without saying that this description is made only for the purpose of the cause and the invention is by no means intended to be limited to it.



  Dilute hydrogen peroxide titrating 8 to 16% by weight is introduced into the representative concentration and (or) purification apparatus of the present invention at a point 1 of the ring system indicated by reference numbers 1 to 6. included..



  By entering this circuit, this dilute solution of hydrogen peroxide is added to a more concentrated solution of hydrogen peroxide. In most circumstances, the content of hydrogen peroxide of the aqueous solution present in this circuit is approximately 1.6 to 6.5 times greater than that of the influent product but not greater than 83% by weight. The ratio of the volume of aqueous hydrogen peroxide introduced in 1 to the total volume of aqueous hydrogen peroxide present in the closed circuit is low enough so that there is no appreciable decrease in the general hydrogen peroxide content in the circuit. The way in which the hydrogen peroxide titre is obtained in the closed circuit will be clearly demonstrated by the following description.



  In this closed circuit, the aqueous solution of hydrogen peroxide circulates rapidly in the direction indicated. At point 2 of the circuit, the solution is passed from the bottom to the top through a vaporizer 7 to which heat is supplied. This vaporizer is typically made of nickel and may be a thermosyphon vaporizer. This heating volatilizes the contents of the system which is kept in circulation thanks to the resulting siphoning effect. An examination of the contents of the circuit shows that the liquid is rather of the nature of a boiling body containing bubbles of vapor.



  At point 4 of the circuit, the contents flow into the bottom of an entrained separator 8 in which the water and hydrogen peroxide vapors, including the entrained liquids, rise. The separation of the entrained liquid is facilitated by the inclusion in the entrained separator of zones composed of glass wool or the like. The entrained liquid separates from the water vapor and the oxygenated water and returns to the lower part of the entrained separator where it joins the constituents which circulate in the system.



  On leaving the entrained separator 8 the water and hydrogen peroxide vapors are substantially free from entrained liquids. The strength of hydrogen peroxide of these off-vapors issuing from the entrained separator generally corresponds approximately to the strength of the hydrogen peroxide introduced at 1. There may be a slight dilution.



  These vapors are then introduced into an intermediate section of a liquid-gas contact column 10. In a particular form of liquid-gas contact column, two distinct packed zones are provided <B> 11. </B> The vapors of water and hydrogen peroxide are introduced into the upper part of the lined areas. At the bottom of column 10, a liquid mass 12 of concentrated hydrogen peroxide is maintained, the titer of which corresponds to that which is desired to be obtained in the final product. This content of hydrogen peroxide is appreciably higher than that of the vapors introduced at 9.

    This liquid mass 12 is maintained at a temperature corresponding to its boiling point under the pressure conditions created in column 10 by heating. It is the reboiler 13 which constitutes this means of introducing heat. The quantity of heat introduced into the liquid is regulated in such a way that only a part of the mass of liquid is volatilized to form an ascending stream of hydrogen peroxide and water vapor, the original composition of which corresponds to equilibrium. liquid-vapor under the conditions indicated.



  These vapors gradually rise through column 10, coming into intimate contact with the water and hydrogen peroxide vapors introduced at intermediate point 9 of column 10. Below this intermediate point of introduction 9, this vapor. ash current is in intimate contact with an ash stream of liquid water and hydrogen peroxide. It is he who produces the general effect of driving water away from the area and ultimately eliminating it in the heads.



  These heads are withdrawn from column 10 at a point 14 and are condensed in a condenser 15, part of the condensate being returned to the cycle as reflux at point 16. The remainder is withdrawn from the system in the form of substantially free water. of hydrogen peroxide in. ideal conditions and almost by fact. Minimal percentages of hydrogen peroxide are tolerable in the products released. Above intermediate point 9, the reflux in the packed zone serves to wash the ascending gas stream of oxygenated water and consequently to reduce to a minimum the oxygenated water content of the products released.



  As in fact the vapors of water and oxygenated water introduced at intermediate point 9 descend into column 10, they form a stream depleted of water which finally collects in the base 12 constituting the lower part of column 10. .



  From this pellet 12 the concentrated aqueous solution of hydrogen peroxide is withdrawn at a rate such that the volume of the pellet remains substantially constant.



  Instead of forming and collecting the liquid pellet 12 and directly volatilizing therein the necessary quantity of water vapor and hydrogen peroxide to produce the concentration of less concentrated vapors introduced into. With the column at intermediate point 9, other expedients can be used to achieve the same results. Thus, it is not necessary to volatilize part of the concentrated aqueous oxygenated water effectively produced by the operation of column 10.

   Any aqueous hydrogen peroxide can be volatilized having a titre equivalent to that of the concentrated product withdrawn. Thus, it is possible to heat a liquid mass having a suitable titre of aqueous hydrogen peroxide and introduce the vapors thereof into the lower part of column 10. However, it is preferable to use the concentrated product withdrawn itself as the source of the vapors. introduced into the lower part of the column 10. The heating element 13 of the reboiler can be immersed directly in the body of liquid 12.

   In addition, one can use a cyclic system as described with regard to the vaporization of the crude product introduced into the whole of the apparatus.



  Preferably, the apparatus described here is carried out in such a way that it not only concentrates the dilute aqueous solution of hydrogen peroxide but also purifies it at the same time. This purification is not only important as regards the quality of the concentrate, because it is supposed to favor the whole operation. In general, the impurities considered are called carbon impurities and analytically they are calculated as carbon. It goes without saying that although the carbon content is discussed below, by this we only mean an estimate of the material because it is probably good. organic impurities.



  In carrying out this process, it is found that the carbon content (organic impurities) in the ring system 1 to 6 is much higher than the carbon content of the aqueous hydrogen peroxide introduced in 1. Consequently, and to avoid a gradually increasing accumulation of the carbon content of the content of the cyclic system, the latter is purged periodically or continuously at 6. This purge removes only a small part of the hydrogen peroxide introduced into the whole. of the system in, 1.

   It is generally of the order of 1 to 3% by weight of the hydrogen peroxide introduced, but it is sometimes more considerable, for example 5 to 8%. When the purging is carried out in this way, the general effect of the entire concentration system described here is to obtain a concentrated product containing less carbon than dilute aqueous hydrogen peroxide.



  The whole apparatus is operated under a relative vacuum, the temperatures employed in the vaporizer 7, the reboiler 13 and all the rest of the apparatus being to some extent a function of the exact degree of vacuum prevailing in the vacuum. apparatus. The operation is preferably carried out under pressures of less than 100 mm of mercury. Within the practical limits of industrial operation, this pressure will be chosen as low as possible; usually it will be between 30 and 50 mm of mercury.

   Naturally, the device is kept airtight and the vacuum produced is measured by <I> ad hoc devices. </I> The pressure drops in the device and the absolute pressures at various points thereof. vary in the same extent.



  Most often, the. Temperatures in the vaporizer 7 are of the order of 49 to 650 C. while the temperature generated in the base 12 by the reboiler 13 is between 57 and 680 C., and is more particularly around 650 C.



  The following example illustrates the invention. <I> Example </I> Using an apparatus -corresponding to that shown schematically in the drawing, a circulating mass of hydrogen peroxide containing by weight 73.5% of hydrogen peroxide per liter 2 was provided per hour, 3 g of carbon, 5.683 liters of an aqueous hydrogen peroxide containing by weight 40% of hydrogen peroxide and per liter <B> 0.16 </B> g of carbonaceous impurities. This mass of aqueous hydrogen peroxide, as shown in the drawing, was circulated from bottom to top in a vertical vaporizer constructed of nickel and operating at 621) C.

   The resulting mixture of water and hydrogen peroxide vapors was passed from bottom to top through an entrained separator in which the entrained liquid was separated from the vapors and the water and water vapor. oxygenated substantially free of liquid were introduced into the upper part of a liquid-gas contact column. At this point the vapors contain about 39.1% by weight of hydrogen peroxide.



  The liquid-gas contact column comprised an upper section 15 cm in diameter and 3.1 m in height. This section was lined with 18 mm diameter Raschig rings. The lower section of the gas-liquid contact column was 183 cm high and 10.2 cm in diameter. It was furnished with Raschig rings 13 mm in diameter.

    A 99.6% pure aluminum reboiler was used to maintain the liquid temperature at 700 ° C at the lower end of the liquid-gas contact column.



  The vapors from the liquid-gas contact column were condensed. This condensate was practically free from hydrogen peroxide. At the top of the zone 3.191 liters of deionized water were introduced per hour as reflux.



  The flow withdrawn from the liquid-gas contact column was 2.046 l / h and consisted of an aqueous solution of hydrogen peroxide containing by weight 88.83% of hydrogen peroxide and 0.24 g per liter of impu carbon deposits. The entire apparatus was under vacuum, this vacuum being applied to the upper end of the contact column. This vacuum was approximately 35 mm of mercury. At other points of the apparatus the degree of vacuum was somewhat less because of pressure, differential.



  A continuous purge stream was subtracted from the mass of aqueous hydrogen peroxide evaporated in the entrained separator; its composition was that of the mass subjected to vaporization. The rate of this subtraction was such that the hydrogen peroxide thus removed was about 5% of the total hydrogen peroxide introduced into the apparatus. In this case, the purpose of purging was to prevent the formation of large amounts of carbonaceous impurities in the purged mass.



  With particular reference to the above example, it will be seen that the process described therein allows highly concentrated aqueous hydrogen peroxide solutions to be obtained from others which are much less so. Instead of aqueous solutions of hydrogen peroxide containing 40% by weight of oxygenated water, it is possible to use others of higher or lower concentration. Solutions containing 8 to 50% hydrogen peroxide by weight can be concentrated as described.



  By introducing a mixture of water vapor and hydrogen peroxide at an intermediate point of a liquid-gas contact zone and bringing into the lower end of this zone a mixture of water vapor and hydrogen peroxide 'hydrogen having a composition corresponding to the composition of the vapor obtained by vaporizing aqueous hydrogen peroxide containing the desired high proportion of the desired hydrogen peroxide, the dilute vapor mixture introduced into the column at the intermediate point is concentrated to a degree equivalent to the composition: of the liquid in equilibrium with the vapors. in troducts at the lower end.

 

Claims (1)

REVENDICATION Procédé de concentration d'une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène, caractérisé en ce qu'on la chauffe pour former un mélange de vapeur de per oxyde d'hydrogène et de vapeur d'eau, en ce qu'on condense une partie de ce mélange de vapeurs, de façon à obtenir une solution plus concentrée de per oxyde d'hydrogène et en ce qu'on élimine une partie de l'eau de cette solution en la mettant en contact avec des vapeurs obtenues. en chauffant une autre so lution aqueuse plus concentrée de peroxyde d'hydro gène. CLAIM A method for concentrating an aqueous solution of hydrogen peroxide, characterized in that it is heated to form a mixture of hydrogen peroxide vapor and water vapor, in that a part is condensed. of this mixture of vapors, so as to obtain a more concentrated solution of hydrogen peroxide and in that part of the water is removed from this solution by bringing it into contact with the vapors obtained. by heating another more concentrated aqueous solution of hydrogen peroxide. SOUS-REVENDICATION Procédé suivant la revendication, caractérisé en ce que l'on élimine une partie de l'eau de la solu tion aqueuse de peroxyde d'hydrogène en la mettant en contact avec les vapeurs d'une solution aqueuse contenant plus de 70 % d'H.,O.. SUB-CLAIM Process according to claim, characterized in that part of the water is removed from the aqueous solution of hydrogen peroxide by bringing it into contact with the vapors of an aqueous solution containing more than 70% of H., O ..
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