影響二氧化氯發(fā)生器性能的因素及其改進(jìn)的方法

摘要:反應物的濃度及反應壓力、反應器的結構等因素均是影響二氧化氯發(fā)生器性能的因素，針對這些因素對發(fā)生器進(jìn)行改進(jìn)，將使其更具有使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞:二氧化氯發(fā)生器影響因素改進(jìn)

引言

化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器是一種采用化學(xué)原料進(jìn)行化學(xué)反應生成二氧化氯的裝置，其性能包括反應性能和設備的使用性能。這兩者決定了二氧化氯發(fā)生器技術(shù)水平是否優(yōu)良，是否具有實(shí)用價(jià)值的問(wèn)題。目前國內采用的氯酸鈉———鹽酸工藝的化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器能滿(mǎn)足用戶(hù)基本要求，并且是一個(gè)具有很好使用推廣前途的裝置。但是，由于二氧化氯發(fā)生器的性能受到反應物的濃度、反應壓力、反應器結構等因素的影響，降低了轉化率和得率。文中結合工作實(shí)際，對影響二氧化氯發(fā)生器的因素進(jìn)行了分析討論。反應的NaClO3轉化率及ClO2得率的主要因素是反應物濃度及比例（酸當量濃度，NaClO3溶液濃度），以及反應壓力、反應器結構等。

1二氧化氯發(fā)生器的工作原理

氯酸鈉———鹽酸工藝反應式如下：

主反應：NaClO3+2HCl→ClO2+0.5Cl2+NaCl+H2O

副反應：NaClO3+6HCl→3Cl2+NaCl+3H2O

以上兩個(gè)方程式，NaClO3需要在一定酸度下被Cl-（還原劑）還原轉化生成ClO2和Cl2。HCl既是還原劑，又提供反應需要的酸條件，而實(shí)際完成的反應不可能完全按主反應狀態(tài)完成，也不是按副反應狀態(tài)完成，而是在主反應和副反應之間的某一種狀態(tài)下進(jìn)行的。

2影響ClO2發(fā)生器性能的重要因素

2.1反應物NaClO3濃度

一般化學(xué)反應中，提高反應物濃度或降低生成物濃度都有利于反應向生成物方向進(jìn)行。但NaClO3溶液濃度過(guò)高，反應生成物NaCl在殘液中的濃度相應也高，會(huì )在反應器或投藥管中生成結晶，造成管路堵塞。

2.2酸當量濃度、還原劑比例

NaClO3溶液加酸達不到一定的酸當量濃度，反應轉化率很低，速度很慢；作為還原劑Cl-加入的量少，NaClO3轉化率低，加入的量過(guò)多，反應將向副反應方向偏移，雖然NaClO3轉化率高，但ClO2得率低。

2.3反應壓力

一般反應降低壓力有利于向生成氣體產(chǎn)物的方向進(jìn)行。二氧化氯發(fā)生器的反應容器為密閉系統降低壓力有利于向生成氣體產(chǎn)物的方向進(jìn)行。

2.4反應器結構

對于化學(xué)反應能否按設計工藝要求進(jìn)行，反應器的結構設計很重要，要讓反應器的結構配置能滿(mǎn)足反應工藝條件。如反應物進(jìn)料位置、方式、生成物出料位置、方式，反應物在反應器內流動(dòng)狀態(tài)，需要加壓或減壓的方式。反應器的結構設計和配置選擇合理，不但能使反應過(guò)程順利完成，保證反應過(guò)程能達到理想的轉化率或得率，還使得整個(gè)設備具有很好的使用性能（安全、可靠、故障率低）。

3ClO2發(fā)生器性能的改進(jìn)措施

3.1反應物NaClO3
濃度、酸當量濃度與還原劑比例一般采用的工業(yè)合成鹽酸，濃度30%左右，當量濃度大約11。鹽酸在反應中的作用，既提供反應需要的酸當量濃度，本身又是還原劑。在確定反應工藝條件時(shí)應考慮到加酸量大，酸當量濃度高對提高NaClO3轉化率有利，及加酸量大，還原劑比例過(guò)高將降低ClO2得率這兩方面因素。

經(jīng)一系列優(yōu)化試驗結果：NaClO3溶液濃度在27%左右，NaClO3溶液與鹽酸比例在1：1.2～1.5最為合適。在此條件下可得到最優(yōu)化的NaClO3轉化率（大于95%）和ClO2得率（大于70%），并且在室溫條件下NaCl不會(huì )有結晶堵塞管道。

3.2反應壓力

氯酸鈉與鹽酸反應，生成ClO2、Cl2兩者均為可爆氣體，在一定濃度下有可能引起自爆。從安全角度來(lái)講，負壓有利于安全操作。經(jīng)多次試驗發(fā)現，在其它條件相同負壓反應比正壓反應NaClO3的轉化率大3%左右，ClO2得率大2%左右。原因主要在于反應體系壓力增大，氣體釋放量少，攪動(dòng)能力變弱，反應物接觸反應所需的時(shí)間需更長(cháng)等方面。為克服壓力對反應轉化率及得率引起的影響，根據反應器結構，將原料在計量泵脈動(dòng)壓力下，注入反應器，在反應器內沿混合攪動(dòng)裝置呈脈動(dòng)旋流狀流動(dòng)，使得反應物在反應器內的混合效果更好，有效地保證反應具有理想的轉化率和得率。

3.3反應器結構

反應器的設計中，依據化學(xué)反應器設計原理，以及氯酸鈉———鹽酸反應工藝條件，反應過(guò)程特點(diǎn)的要求，在結構上采用液相下進(jìn)原料上出產(chǎn)品的形式，下層釋放氣帶動(dòng)上層反應液攪動(dòng)，通過(guò)反應器內添置混合攪動(dòng)裝置，增進(jìn)液體充分混合，脈動(dòng)旋狀管流式流動(dòng)方式使反應物在反應器內有一個(gè)較平穩的流動(dòng)停留過(guò)程，避免出現反應物在類(lèi)似單級反應器中可能出現的反應物來(lái)不及反應就排出反應器之外的直流現象，有效地保證反應物的停留反應時(shí)間和反應物料的理想轉化率。

4其他影響因素的改進(jìn)分析

發(fā)生器原料液的計量輸送設備，計量泵的作用：一是計量輸送原料液的流量，使其定量加注到反應器內，保證原料按比例完成反應；二是提供液體流動(dòng)的壓力，使其反應后直接加注到帶壓管網(wǎng)水體中。計量泵是長(cháng)期運行的動(dòng)力設備，它的品質(zhì)好壞，是二氧化氯發(fā)生器能否長(cháng)期、穩定、正常運行的關(guān)鍵。由于計量泵單向閥密封圈會(huì )因腐蝕、變型，造成密封不好，漏氣，經(jīng)常出現吸不上原料的情況。而更換密封圈也存在拆卸困難的問(wèn)題。因此選用更換密封圈方便結構簡(jiǎn)單的單向閥計量泵，并特意改換密封圈，使可靠性大大提高，故障率降低。反應器制作材料的選擇：按照反應工藝條件獲得理想的轉化率和得率，使反應器發(fā)揮可靠的使用性能。關(guān)鍵取決于反應器的材質(zhì)和投藥管的材質(zhì)。經(jīng)過(guò)大量試驗，曾選擇多種材料制作，但反應器都在高酸度、高ClO2濃度、高壓力條件下不能達到耐腐蝕，很快出現泄漏現象。如PVC材料反應器承壓能力較弱，玻鋼加工件也不能耐ClO2的腐蝕，聚四氟乙烯材料加工件連接密封處會(huì )出現泄漏等現象。因此必須采用強耐腐蝕的特種金屬材料，才能有效解決耐腐和耐壓要求。于是最終采用鈦基材料表面化學(xué)鍍鉭，有效地解決了難題。

5結論

通過(guò)對反應物濃度、反應壓力、反應器結構及材質(zhì)等因素的分析總結，提出了二氧化氯發(fā)生器的改進(jìn)措施。依據理論分析和大量對照試驗證明：由于確定了優(yōu)化的反應物濃度、酸當量濃度、還原劑比例以及反應器結構（具有足夠的反應停留時(shí)間），優(yōu)化的工藝將使反應盡可能按接近主反應過(guò)程進(jìn)行，獲得理想的ClO2得率和NaClO3轉化率，從而在氯酸鈉—鹽酸反應體系實(shí)際應用的可靠性、合理性方面打下了堅實(shí)的理論基礎。

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