影响二氧化氯发生器性能的因素及其改进的方法

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摘要:反应物的浓度及反应压力、反应器的结构等因素均是影响二氧化氯发生器性能的因素,针对这些因素对发生器进行改进,将使其更具

有使用价值。

关键词:二氧化氯发生器影响因素改进

引言

化学法二氧化氯发生器是一种采用化学原料进行化学反应生成二氧化氯的装置,其性能包括反应性能和设备的使用性能。这两者决定了二氧化氯发生器技术水平是否优良,是否具有实用价值的问题。目前国内采用的氯酸钠———盐酸工艺的化学法二氧化氯发生器能满足用户基本要求,并且是一个具有很好使用推广前途的装置。但是,由于二氧化氯发生器的性能受到反应物的浓度、反应压力、反应器结构等因素的影响,降低了转化率和得率。文中结合工作实际,对影响二氧化氯发生器的因素进行了分析讨论。反应的NaClO3转化率及ClO2得率的主要因素是反应物浓度及比例(酸当量浓度,NaClO3溶液浓度),以及反应压力、反应器结构等。

1二氧化氯发生器的工作原理

氯酸钠———盐酸工艺反应式如下:

主反应:NaClO3+2HCl→ClO2+0.5Cl2+NaCl+H2O

副反应:NaClO3+6HCl→3Cl2+NaCl+3H2O

以上两个方程式,NaClO3需要在一定酸度下被Cl-(还原剂)还原转化生成ClO2和Cl2。HCl既是还原剂,又提供反应需要的酸条件,而实际完成的反应不可能完全按主反应状态完成,也不是按副反应状态完成,而是在主反应和副反应之间的某一种状态下进行的。

2影响ClO2发生器性能的重要因素

2.1反应物NaClO3浓度

一般化学反应中,提高反应物浓度或降低生成物浓度都有利于反应向生成物方向进行。但NaClO3溶液浓度过高,反应生成物NaCl在残液中的浓度相应也高,会在反应器或投药管中生成结晶,造成管路堵塞。

2.2酸当量浓度、还原剂比例

NaClO3溶液加酸达不到一定的酸当量浓度,反应转化率很低,速度很慢;作为还原剂Cl-加入的量少,NaClO3转化率低,加入的量过多,反应将向副反应方向偏移,虽然NaClO3转化率高,但ClO2得率低。

2.3反应压力

一般反应降低压力有利于向生成气体产物的方向进行。二氧化氯发生器的反应容器为密闭系统降低压力有利于向生成气体产物的方向进行。

2.4反应器结构

对于化学反应能否按设计工艺要求进行,反应器的结构设计很重要,要让反应器的结构配置能满足反应工艺条件。如反应物进料位置、方式、生成物出料位置、方式,反应物在反应器内流动状态,需要加压或减压的方式。反应器的结构设计和配置选择合理,不但能使反应过程顺利完成,保证反应过程能达到理想的转化率或得率,还使得整个设备具有很好的使用性能(安全、可靠、故障率低)。

3ClO2发生器性能的改进措施

3.1反应物NaClO3
浓度、酸当量浓度与还原剂比例一般采用的工业合成盐酸,浓度30%左右,当量浓度大约11。盐酸在反应中的作用,既提供反应需要的酸当量浓度,本身又是还原剂。在确定反应工艺条件时应考虑到加酸量大,酸当量浓度高对提高NaClO3转化率有利,及加酸量大,还原剂比例过高将降低ClO2得率这两方面因素。

经一系列优化试验结果:NaClO3溶液浓度在27%左右,NaClO3溶液与盐酸比例在1:1.2~1.5最为合适。在此条件下可得到最优化的NaClO3转化率(大于95%)和ClO2得率(大于70%),并且在室温条件下NaCl不会有结晶堵塞管道。

3.2反应压力

氯酸钠与盐酸反应,生成ClO2、Cl2两者均为可爆气体,在一定浓度下有可能引起自爆。从安全角度来讲,负压有利于安全操作。经多次试验发现,在其它条件相同负压反应比正压反应NaClO3的转化率大3%左右,ClO2得率大2%左右。原因主要在于反应体系压力增大,气体释放量少,搅动能力变弱,反应物接触反应所需的时间需更长等方面。为克服压力对反应转化率及得率引起的影响,根据反应器结构,将原料在计量泵脉动压力下,注入反应器,在反应器内沿混合搅动装置呈脉动旋流状流动,使得反应物在反应器内的混合效果更好,有效地保证反应具有理想的转化率和得率。

3.3反应器结构

反应器的设计中,依据化学反应器设计原理,以及氯酸钠———盐酸反应工艺条件,反应过程特点的要求,在结构上采用液相下进原料上出产品的形式,下层释放气带动上层反应液搅动,通过反应器内添置混合搅动装置,增进液体充分混合,脉动旋状管流式流动方式使反应物在反应器内有一个较平稳的流动停留过程,避免出现反应物在类似单级反应器中可能出现的反应物来不及反应就排出反应器之外的直流现象,有效地保证反应物的停留反应时间和反应物料的理想转化率。

4其他影响因素的改进分析

发生器原料液的计量输送设备,计量泵的作用:一是计量输送原料液的流量,使其定量加注到反应器内,保证原料按比例完成反应;二是提供液体流动的压力,使其反应后直接加注到带压管网水体中。计量泵是长期运行的动力设备,它的品质好坏,是二氧化氯发生器能否长期、稳定、正常运行的关键。由于计量泵单向阀密封圈会因腐蚀、变型,造成密封不好,漏气,经常出现吸不上原料的情况

。而更换密封圈也存在拆卸困难的问题。因此选用更换密封圈方便结构简单的单向阀计量泵,并特意改换密封圈,使可靠性大大提高,故障率降低。反应器制作材料的选择:按照反应工艺条件获得理想的转化率和得率,使反应器发挥可靠的使用性能。关键取决于反应器的材质和投药管的材质。经过大量试验,曾选择多种材料制作,但反应器都在高酸度、高ClO2浓度、高压力条件下不能达到耐腐蚀,很快出现泄漏现象。如PVC材料反应器承压能力较弱,玻钢加工件也不能耐ClO2的腐蚀,聚四氟乙烯材料加工件连接密封处会出现泄漏等现象。因此必须采用强耐腐蚀的特种金属材料,才能有效解决耐腐和耐压要求。于是最终采用钛基材料表面化学镀钽,有效地解决了难题。

5结论

通过对反应物浓度、反应压力、反应器结构及材质等因素的分析总结,提出了二氧化氯发生器的改进措施。依据理论分析和大量对照试验证明:由于确定了优化的反应物浓度、酸当量浓度、还原剂比例以及反应器结构(具有足够的反应停留时间),优化的工艺将使反应尽可能按接近主反应过程进行,获得理想的ClO2得率和NaClO3转化率,从而在氯酸钠—盐酸反应体系实际应用的可靠性、合理性方面打下了坚实的理论基础。

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