專利名稱：制備高純度二氧化氯的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飲用水消毒劑的制備方法和設(shè)備，特別是一種制備高純度二氧化氯的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
1977年，美國環(huán)保局USEPA提出用二氧化氯和O3替代傳統(tǒng)的液氯對飲用水進(jìn)行消毒，隨之對消毒劑/消毒副產(chǎn)物等進(jìn)行了風(fēng)險評估。20多年來，一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家已廢除用液氯對飲用水消毒的工藝，采用二氧化氯和O3消毒，其主要原因是液氯消毒副產(chǎn)物鹵代烴，如三氯甲烷CHCL3，對人體有致癌作用。90年代后期，我國在小型自來水廠開始使用二氧化氯替代液氯對飲用水進(jìn)行消毒凈化?，F(xiàn)行的二氧化氯制備方法主要有一種以亞氯酸鈉為原料，經(jīng)酸化后制備二氧化氯，直接投加，見化學(xué)式1；另一種是鹽酸法(R5法)，又稱開斯汀法，用氯酸鈉和鹽酸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備二氧化氯，見化學(xué)式2。
………………1…………2亞氯酸鹽法因原料價格昂貴導(dǎo)致自來水消毒成本高。而鹽酸法(R5法)所得到的是二氧化氯和Cl2的混合氣體，NaClO3的轉(zhuǎn)化率低。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種制備高純度二氧化氯的方法和設(shè)備，要解決的技術(shù)問題是降低自來水消毒成本，提高二氧化氯轉(zhuǎn)化率以及純度。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種制備高純度二氧化氯的方法，包括以下步驟一、將硫酸、氯酸鈉溶液、過氧化氫溶液加熱65～85℃；二、按摩爾比硫酸∶氯酸鈉∶過氧化氫＝3.8～4.3∶1.5～1.75∶0.8～1.2，經(jīng)文氏管加料器與空氣混合；三、進(jìn)行氣液分離。
本發(fā)明的硫酸采用濃硫酸，稀釋為濃度65％～75％的稀硫酸裝入計量槽內(nèi)，氯酸鈉濃度35％～45％和過氧化氫濃度5％～10％配制為混合液裝入另一計量槽，稀硫酸及氯酸鈉和過氧化氫的混合液分別由計量泵連續(xù)向文氏管加料器供料。
本發(fā)明的空氣與稀硫酸及氯酸鈉和過氧化氫的混合液混合前加熱到45～85℃。
本發(fā)明的文氏管喉管液體流動狀態(tài)下的壓力為0.014～0.0025Mpa。
一種制備高純度二氧化氯的設(shè)備，具有通過管道順序連接的液體計量槽、計量泵、文氏管加料器和氣液分離器；文氏管加料器的進(jìn)口端與空氣進(jìn)口連接；計量泵和文氏管加料器之間的管道上設(shè)有加熱器。
本發(fā)明的空氣進(jìn)口處設(shè)有加熱器。
本發(fā)明氣液分離器的出氣口接除沫器的進(jìn)口，出液口接發(fā)生器的進(jìn)料口，發(fā)生器的出氣口接除沫器的進(jìn)口，發(fā)生器內(nèi)的折流板經(jīng)管道、閥門與母液收集池連接，發(fā)生器底部經(jīng)排液管接母液收集池，發(fā)生器的上部經(jīng)閥門接自來水源，下部與空氣進(jìn)口連接，發(fā)生器內(nèi)的每層折流板經(jīng)管道與防爆閥連接。
本發(fā)明除沫器的出氣口分別與水力噴射器連接，水力噴射器的進(jìn)水口經(jīng)水泵接自來水源，出水口分別接原水處理池的混凝池和清水池，除沫器的出氣口連接有防爆閥。
本發(fā)明的加熱器出口管上裝有測溫傳感器，除沫器的出氣口設(shè)有壓力傳感器，水泵出水管裝有二氧化氯濃度傳感器，測溫傳感器、壓力傳感器和二氧化氯濃度傳感器與電腦主控器連接。
本發(fā)明發(fā)生器內(nèi)的折流板為一至五層，每層交錯設(shè)有隔板；液體計量槽為帶刻度標(biāo)尺的PVC圓柱體容器，計量泵選用EH/E55VC-20EPE6，文氏管加料器為文丘里管加料器，氣液分離器為帶網(wǎng)格式玻璃鋼容器，加熱器是電加熱器功率為500W或2000W，閥門是電動球閥KLD20-QZI-10T，除沫器為帶錐度的玻璃鋼容器，水力噴射器選用WNP-3023，水泵選用65FB32，防爆閥為帶密封圈的PVC管與配套板蓋，電腦主控器選用CPU224。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用硫酸、氯酸鈉溶液、過氧化氫溶液加熱，按摩爾比經(jīng)文氏管加料器與空氣混合，進(jìn)行氣液分離的方法制備高純度的二氧化氯，通過管道順序連接的液體計量槽、計量泵、文氏管加料器和氣液分離器制備二氧化氯，轉(zhuǎn)化率高，純度高，安全可靠，消毒成本低，易于推廣應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明制備高純度二氧化氯的設(shè)備實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中A-A剖視圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
在我國水資源被污染日趨嚴(yán)重，地表水富營養(yǎng)化，重金屬有機物、無機物等化學(xué)成份復(fù)雜的情況下，選擇一種新的生產(chǎn)工藝和相應(yīng)二氧化氯發(fā)生設(shè)備，提高轉(zhuǎn)化率與純度，是必要的。
本發(fā)明采用硫酸、氯酸鈉溶液、過氧化氫液溶按3.8～4.3∶1.5～1.75∶0.8～1.2的摩爾比經(jīng)文氏管加料器和氣液分離器、發(fā)生器等設(shè)備按化學(xué)系式3進(jìn)行反應(yīng)…………3本發(fā)明在二氧化氯制備生產(chǎn)時，首先將濃硫酸稀釋為65％～75％濃度的稀硫酸裝入計量槽內(nèi)，氯酸鈉按35％～45％的濃度和過氧化氫5％～10％的濃度配制成混合液裝入另一計量槽。硫酸與氯酸鈉和過氧化氫的混合液分別由計量泵按3.8～4.3∶1.5～1.75∶0.8～1.2的摩爾比連續(xù)向文氏管加料器供料，兩種液體物料在計量泵出口管上裝有各自的加熱器，預(yù)熱達(dá)65～85℃溫度后在文氏管的喉管部位與經(jīng)加熱器加熱45～80℃的空氣混合。此加料器能快速均勻混合反應(yīng)物料，有效避免因硫酸稀釋熱造成局部溫升過高引起的副反應(yīng)生成，可獲得高純度的二氧化氯氣體。由文氏加料器出來的二氧化氯等氣體和反應(yīng)液進(jìn)入氣液分離，分離后的氣體由上部進(jìn)入二氧化氯出氣管，反應(yīng)液則由下部進(jìn)入發(fā)生器。發(fā)生器由殼體和折流板組成，反應(yīng)液在折流板之間形成推流，可使進(jìn)入發(fā)生器的反應(yīng)液按先后順序進(jìn)行，維持反應(yīng)液的濃度梯度。發(fā)生器折流板的數(shù)量，可根據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)氣管多少，反應(yīng)時間的長短來決定。在發(fā)生器的下部裝有一空氣管，熱空氣是經(jīng)空氣加熱器預(yù)熱后進(jìn)入發(fā)生器，熱空氣自下而上與每塊折流板自上而下反應(yīng)液形成逆流接觸，作用之一為熱空氣能將溶解在反應(yīng)液中的二氧化氯氣體脫吸吹出，作用之二是能維持發(fā)生器內(nèi)反應(yīng)液溫度。二氧化氯的制備過程是在負(fù)壓狀態(tài)下進(jìn)行，負(fù)壓形成是靠水力噴射器形成的真空來維持的。
如圖1所示，本發(fā)明的制備高純度二氧化氯的設(shè)備，包括通過管道順序連接的帶刻度標(biāo)尺的PVC形狀為園柱體容器的液體計量槽1、2，計量泵(日本易威奇公司，EH/E55VC-20EPE6型)3、4，文氏管加料器8(文丘里加料器)和氣液分離器12(帶網(wǎng)格式玻璃鋼容器)。文氏管加料器8的進(jìn)口端與空氣進(jìn)口7連接，空氣進(jìn)口7、9處設(shè)有加熱器(深圳市愛電臣電熱器實業(yè)(龍崗)分公司，500W)。計量泵3、4和文氏管加料器8之間的管道上設(shè)有加熱器5、6(廣州海珠區(qū)華特制品廠，2000W)。氣液分離器12的出氣口接除沫器13的進(jìn)口，除沫器13為帶錐度的玻璃鋼容器，出液口接發(fā)生器10的進(jìn)料口，發(fā)生器10的出氣口接除沫器13的進(jìn)口，發(fā)生器10內(nèi)的折流板11經(jīng)管道、閥門19(上海開利特種閥門制造有限公司，KLD20-QZI-10T型)與母液收集池21連接，母液收集池21為PVC長方槽體，發(fā)生器10內(nèi)的每層折流板11經(jīng)管道與防爆閥14連接，發(fā)生器10底部經(jīng)排液管接母液收集池21，發(fā)生器10的上部經(jīng)閥門17(上海開利特種閥門制造有限公司，KLD20-QZI-10T型)接自來水源，下部與空氣進(jìn)口9(深圳市愛電臣電熱器實業(yè)(龍崗)分公司，500W)連接，發(fā)生器10內(nèi)的折流板11為一至五層，每層交錯設(shè)有隔板。除沫器13的出氣口分別與水力噴射器16、18(無錫市中電化工防腐設(shè)備廠，WNP-3023型)連接，水力噴射器16、18的進(jìn)水口經(jīng)水泵15、20(肇慶杰成五金機械廠，65FB32型)接自來水源，出水口分別接原水處理池的混凝池和清水池，除沫器13的出氣口連接有帶蜜封圈的PVC管與配套板蓋的防爆閥14。各加熱器出口管上裝有測溫傳感器(西安新敏科技有限公司，K-0～400℃)，除沫器13的出氣口設(shè)有壓力傳感器(西安新敏科技有限公司，CYB13)，水泵20出管裝有二氧化氯濃度傳感器(德國普羅名特，0～2mg/L)，測溫傳感器、壓力傳感器和二氧化氯濃度傳感器與電腦主控器22(CPU224)連接。
本發(fā)明對二氧化氯的制備和使用過程中涉及的技術(shù)參數(shù)采用電腦編程控制。在對飲用水的消毒凈化上，采用氣液分離，氣體投加母液綜合利用的方法，可杜絕對飲用水的二次污染和降低出廠水中亞氯酸鹽與氯酸鹽含量，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
本發(fā)明制備二氧化氯的設(shè)備和二氧化氯在飲用水投加系統(tǒng)中的溫度、壓力、濃度和反應(yīng)物料的投加量均設(shè)有傳感器，所產(chǎn)生的信號輸入電腦，各加熱器電流按PLC程序控制；負(fù)壓的調(diào)控、加壓泵電機變頻器按PLC程序控制；隔膜式計量泵的流量(沖程)通過出廠水中二氧化氯濃度測定儀、電腦，按PLC程序控制。另外對溫度、壓力均有超限報警，超高限停機等保護(hù)措施。對正常停機設(shè)有延時功能，也就是準(zhǔn)備停機，可提前停止供料，待反應(yīng)液反應(yīng)完全后再斷電，這樣沖水、排液、放空等安全措施可減少物料損失。
本發(fā)明制備高純度二氧化氯的方法和設(shè)備可獲得95％以上二氧化氯氣體，NaClO3轉(zhuǎn)化為二氧化氯氣體的轉(zhuǎn)化率大于92％，二氧化氯的純度達(dá)到95％。在飲用水的消毒凈化中，減少副產(chǎn)物，確保飲用水達(dá)到國家城鎮(zhèn)飲用水行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T206-2005。
實施例1，采用濃硫酸，稀釋為濃度65％的稀硫酸裝入計量槽內(nèi)，氯酸鈉濃度35％和過氧化氫濃度5％配制為混合液裝入另一計量槽；將硫酸、氯酸鈉和過氧化氫混合液加熱65℃；空氣加熱到45℃，按摩爾比硫酸∶氯酸鈉∶過氧化氫＝3.8∶1.5∶0.8，分別由計量泵連續(xù)向文氏管加料器供料，硫酸、氯酸鈉和過氧化氫在文氏管加料器與空氣混合，然后進(jìn)行氣液分離。文氏管喉管液體流動狀態(tài)下的壓力為0.014Mpa，經(jīng)測試，二氧化氯氣體轉(zhuǎn)化率為92％，純度為95％。
實施例2，采用濃硫酸，稀釋為濃度75％的稀硫酸裝入計量槽內(nèi)，氯酸鈉濃度45％和過氧化氫濃度10％配制為混合液裝入另一計量槽；將硫酸、氯酸鈉和過氧化氫混合液加熱85℃；空氣加熱到85℃，按摩爾比硫酸∶氯酸鈉∶過氧化氫＝4.3∶1.75∶1.2，分別由計量泵連續(xù)向文氏管加料器供料，硫酸、氯酸鈉和過氧化氫在文氏管加料器與空氣混合，然后進(jìn)行氣液分離。文氏管喉管液體流動狀態(tài)下的壓力為0.0025MPa，經(jīng)測試，二氧化氯氣體轉(zhuǎn)化率為92％，純度為95％。
實施例3，采用濃硫酸，稀釋為濃度65％～75％的稀硫酸裝入計量槽內(nèi)，氯酸鈉濃度40％和過氧化氫濃度8％配制為混合液裝入另一計量槽；將硫酸、氯酸鈉和過氧化氫混合液加熱75℃；空氣加熱到55℃，按摩爾比硫酸∶氯酸鈉∶過氧化氫＝4.1∶1.6∶1.1，分別由計量泵連續(xù)向文氏管加料器供料，硫酸、氯酸鈉和過氧化氫在文氏管加料器與空氣混合，然后進(jìn)行氣液分離。文氏管喉管液體流動狀態(tài)下的壓力為0.014MPa，經(jīng)測試，二氧化氯氣體轉(zhuǎn)化率為92％，純度為95％。
上述實施例制得的二氧化氯氣體的水溶液采用五步典量法進(jìn)行測定，測量方法根據(jù)中華人民共和國衛(wèi)生部衛(wèi)法監(jiān)發(fā) 282號文件《衛(wèi)生部關(guān)于印發(fā)消毒技術(shù)規(guī)范(2002年版)的通知》的《消毒技術(shù)規(guī)范》(2002年版)中第112頁的五步碘量法，測量和實驗數(shù)據(jù)見附表一。
本發(fā)明的安全生產(chǎn)是通過以下控制方法來確保的1、所選用的硫酸、過氧化氫，按化學(xué)式3在反應(yīng)中本身就伴隨有氧氣生成，可稀釋生成的二氧化氯氣體。2、在二氧化氯氣體的制備中，采用負(fù)壓運行，全系統(tǒng)的設(shè)備和管道不會出現(xiàn)二氧化氯氣體外洩。另外由文氏管加料器和發(fā)生器下部進(jìn)入發(fā)生器的空氣可有效控制二氧化氯氣體濃度，確保制備過程中任何設(shè)備和管道中二氧化氯氣體的濃度不會因超過10％而引起爆炸。3、當(dāng)供電系統(tǒng)突然停電和跳閘，發(fā)生器電動閥開啟將反應(yīng)液排走，電動閥的供電由蓄電池供給；反應(yīng)器裝有自動防爆閥排空；發(fā)生器出口管上的沖水電磁閥開啟，向發(fā)生器內(nèi)部沖水，使反應(yīng)液稀釋降低化學(xué)反應(yīng)速度。
附表一測量和實驗數(shù)據(jù)在500ml的碘量瓶中加入200ml蒸餾水，1ml磷酸鹽緩沖液，吸取5.0ml二氧化氯試樣，再加入10ml碘化鉀溶液，混勻。用0.0105mol/L硫代硫酸鈉滴定終點。

權(quán)利要求
1.一種制備高純度二氧化氯的方法，包括以下步驟一、將硫酸、氯酸鈉溶液、過氧化氫溶液加熱65～85℃；二、按摩爾比硫酸∶氯酸鈉∶過氧化氫＝3.8～4.3∶1.5～1.75∶0.8～1.2，經(jīng)文氏管加料器與空氣混合；三、進(jìn)行氣液分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高純度二氧化氯的方法，其特征在于所述硫酸采用濃硫酸，稀釋為濃度65％～75％的稀硫酸裝入計量槽內(nèi)，氯酸鈉濃度35％～45％和過氧化氫濃度5％～10％配制為混合液裝入另一計量槽，稀硫酸及氯酸鈉和過氧化氫的混合液分別由計量泵連續(xù)向文氏管加料器供料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備高純度二氧化氯的方法，其特征在于所述空氣與稀硫酸及氯酸鈉和過氧化氫的混合液混合前加熱到45～85℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備高純度二氧化氯的方法，其特征在于所述文氏管喉管液體流動狀態(tài)下的壓力為0.014～0.0025Mpa。
5.一種制備高純度二氧化氯的設(shè)備，其特征在于具有通過管道順序連接的液體計量槽(1、2)、計量泵(3、4)、文氏管加料器(8)和氣液分離器(12)；文氏管加料器(8)的進(jìn)口端與空氣進(jìn)口(7)連接；計量泵(3、4)和文氏管加料器(8)之間的管道上設(shè)有加熱器(5、6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備高純度二氧化氯的設(shè)備，其特征在于所述空氣進(jìn)口(7、9)處設(shè)有加熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備高純度二氧化氯的設(shè)備，其特征在于所述氣液分離器(12)的出氣口接除沫器(13)的進(jìn)口，出液口接發(fā)生器(10)的進(jìn)料口，發(fā)生器(10)的出氣口接除沫器(13)的進(jìn)口，發(fā)生器(10)內(nèi)的折流板(11)經(jīng)管道、閥門(19)與母液收集池(21)連接，發(fā)生器(10)底部經(jīng)排液管接母液收集池(21)，發(fā)生器(10)的上部經(jīng)閥門(17)接自來水源，下部與空氣進(jìn)口(9)連接，發(fā)生器(10)內(nèi)的每層折流板(11)經(jīng)管道與防爆閥(14)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備高純度二氧化氯的設(shè)備，其特征在于所述除沫器(13)的出氣口分別與水力噴射器(16、18)連接，水力噴射器(16、18)的進(jìn)水口經(jīng)水泵(15、20)接自來水源，出水口分別接原水處理池的混凝池和清水池，除沫器(13)的出氣口連接有防爆閥(14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備高純度二氧化氯的設(shè)備，其特征在于所述加熱器出口管上裝有測溫傳感器，除沫器(13)的出氣口設(shè)有壓力傳感器，水泵(20)出水管裝有二氧化氯濃度傳感器，測溫傳感器、壓力傳感器和二氧化氯濃度傳感器與電腦主控器(22)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備高純度二氧化氯的設(shè)備，其特征在于所述發(fā)生器(10)內(nèi)的折流板(11)為一至五層，每層交錯設(shè)有隔板；液體計量槽(1、2)為帶刻度標(biāo)尺的PVC圓柱體容器，計量泵(3、4)選用EH/E55VC-20EPE6，文氏管加料器(8)為文丘里管加料器，氣液分離器(12)為帶網(wǎng)格式玻璃鋼容器，加熱器是電加熱器功率為500W或2000W，閥門(17、19)是電動球閥KLD20-QZI-10T，除沫器(13)為帶錐度的玻璃鋼容器，水力噴射器(16、18)選用WNP-3023，水泵(15、20)選用65FB32，防爆閥(14)為帶密封圈的PVC管與配套板蓋，電腦主控器(22)選用CPU224。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備高純度二氧化氯的方法和設(shè)備，要解決的技術(shù)問題是降低自來水消毒成本，提高二氧化氯轉(zhuǎn)化率以及純度，制備高純度二氧化氯的方法包括以下步驟將硫酸、氯酸鈉溶液、過氧化氫溶液加熱；經(jīng)文氏管加料器與空氣混合；進(jìn)行氣液分離，制備設(shè)備具有通過管道順序連接的液體計量槽、計量泵、文氏管加料器和氣液分離器；文氏管加料器的進(jìn)口端與空氣進(jìn)口連接；計量泵和文氏管加料器之間的管道上設(shè)有加熱器，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用硫酸、氯酸鈉溶液、過氧化氫溶液加熱與空氣混合，氣液分離的方法制備高純度的二氧化氯，轉(zhuǎn)化率高，純度高，安全可靠，消毒成本低，易于推廣應(yīng)用。
文檔編號C01B11/02GK1803581SQ20061003321
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月19日
發(fā)明者劉景華, 項耀明 申請人:深圳市斯瑞曼精細(xì)化工有限公司