專利名稱：用于制備二氧化氯的原料液和制備二氧化氯的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及二氧化氯的制備方法、裝置及用于制備二氧化氯的原料液，具體地，屬消毒、漂白劑領域。
背景技術：
二氧化氯是一種廣譜強力殺菌消毒劑、高效氧化劑和漂白劑，世界衛(wèi)生組織將其定為IA級高效安全消毒劑，廣泛應用于醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、保鮮、水質凈化、漂白等領域。
目前制備二氧化氯主要有電解法和化學法。電解法制備二氧化氯由于純度低，未推廣使用?；瘜W法制備二氧化氯主要有亞氯酸鹽法和氯酸鹽法，亞氯酸鹽法因原料價格較高，推廣使用困難；氯酸鹽法因其原料價格較低而被廣泛使用。氯酸鹽法主要以氯酸鈉為原料，甲醇、尿素、雙氧水等為還原劑在一定的溫度(約40～80℃)和一定的酸性介質(常用的酸性介質為鹽酸、硫酸等，酸性條件為2～9mol/L)中將氯酸鈉還原得二氧化氯，但現(xiàn)有方法存在原料轉化率較低和二氧化氯純度較低的問題，雖然報道稱現(xiàn)有的氯酸鹽法的原料轉化率和二氧化氯純度可達到95％，但實際操作中原料轉化率低于85％，二氧化氯純度不到90％?，F(xiàn)有氯酸鹽法為將氯酸鹽溶解成濃度為20～50％的水溶液，然后再按化學反應平衡向反應器加入氯酸鹽溶液、硫酸和甲醇或雙氧水或尿素，在溫度為60～80℃時反應50～80分鐘，生成的二氧化氯用真空泵抽出，殘液排放處理。采用的反應器一般都是一個帶攪拌器的反應釜，這種反應器在連續(xù)生產二氧化氯時產量不高，原料轉化率低。還原劑甲醇、雙氧水、尿素三者通常單獨使用，但是若以甲醇為還原劑，反應速度慢，二氧化氯純度較低，且甲醇易燃有毒，使用不安全；若以尿素為還原劑，反應開始很慢，一旦開始反應，速度卻非常快、難以控制，容易發(fā)生爆炸，而且原料轉化率較低；若以雙氧水為還原劑，生產成本高，推廣應用困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明所解決的技術問題是提供一種用于制備二氧化氯的原料液，該原料液比現(xiàn)有氯酸鹽法成本低。該原料液是由下述重量百分比的組分制備而成氯酸鹽10％～65％、尿素0.5％～10％、雙氧水或蔗糖0.5～8％、其余為水。其中，氯酸鹽為氯酸鈉或氯酸鉀中的至少一種。采用該原料液還可以避免以往現(xiàn)場配制原料使用不方便及不便于控制原料進入的缺陷。
本發(fā)明所解決的第二個技術問題是提供一種制備二氧化氯的方法，該方法具有原料轉化率高的特點。
本發(fā)明制備方法包括如下步驟a、配制原料液其重量百分比為氯酸鹽10％～65％、尿素0.5％～10％、雙氧水或蔗糖0.5～8％、其余為水；b、將原料液與酸按體積比1∶0.2～1加入反應器，反應溫度為30～80℃，酸度為2～9mol/L，反應生成二氧化氯。
其中，步驟b的反應器采用多級反應器。
采用多級反應器反應時，反應器內為負壓，負壓值為100～500mmHg。第一級反應器的反應溫度為30～40℃；第二級反應器的反應溫度為45～55℃；第三級以上的反應器的反應溫度為60～80℃。多級反應直至反應完全(即原料氯酸鹽的轉化率達到要求)，反應過程中二氧化氯用真空噴射器抽出，并經(jīng)冷卻后用冷水吸收形成二氧化氯水溶液。
本發(fā)明所解決的第三個技術問題是提供一種制備二氧化氯的裝置，該裝置具有原料轉化率高的特點。
本發(fā)明裝置包括反應器，反應器通過管路與吸收塔連接，其特征在于它包括至少兩個形成串聯(lián)的反應器，上一級反應器的反應液出口與下一級反應器的原料進口通過管路相連接。
反應器的上部安裝有吸氣罩，二氧化氯出口設置在吸氣罩的頂部，底部有恒溫加熱器，側壁上設置有原料進口和反應液出口。各反應器的二氧化氯出口通過管路與連通管相連接；吸收塔的二氧化氯入口通過設置有冷卻器的管路與連通管連接；吸收塔的底部設置有二氧化氯溶液儲槽，吸收塔出口連接有真空噴射器(采用真空噴射器使有利于反應向生成二氧化氯的方向進行)。連通管的頂部設有重力式安全閥以保證生產時的安全，連通管與吸收塔之間設置有冷卻器。最后一級反應器的反應液出口與冷卻結晶罐的進口通過管路相連接，冷卻結晶罐的出口與真空過濾器通過管路相連，用于解決反應過程中產生的殘液。
當原料采用氯酸鈉與硫酸按照本發(fā)明方法采用本發(fā)明裝置反應，經(jīng)過多級反應器反應完全后的殘液，經(jīng)冷卻結晶和真空過濾后，濾液返回第一級反應器重復使用，真空過濾后所得的濾餅通過再次溶解、結晶、過濾后結晶為芒硝(即Na2SO4·7H2O)。
本發(fā)明反應裝置具有設備投資少，能耗低，使用安全，二氧化氯純度高、產量高，原料轉化率高，無三廢排放的優(yōu)點。
本發(fā)明二氧化氯的制備方法，采用使用本發(fā)明原料液配合使用多級串聯(lián)反應裝置，在逐級升溫和負壓條件下反應，使原料轉化率均大于85％，制備所得二氧化氯純度均大于98％，制備成本低，安全可靠，無三廢排放，殘液因酸性較大，可以返回第一級反應器繼續(xù)反應，減少酸液排放和降低成本，廢渣經(jīng)過處理還可得到副產品芒硝等產品，可以增加副產值。為公眾提供了一種新的制備二氧化氯的方法。


圖1是本發(fā)明制備二氧化氯的裝置的結構示意圖；圖2是本發(fā)明制備二氧化氯的裝置中反應器的結構示意圖；圖中附圖標記為二氧化氯出口1、吸氣罩2、反應器3、原料進口4、反應液出口5、恒溫加熱器6、重力安全閥7、連通管8、冷卻器9、二氧化氯入口10、吸收塔11、冷水入口12、真空噴射器13、二氧化氯儲槽14、二氧化氯水溶液出口15、冷卻結晶罐16、真空過濾器17。
具體實施例方式
本發(fā)明用于制備二氧化氯的原料液，它是由下述重量百分比的組分制備而成氯酸鹽10％～65％、尿素0.5％～10％、雙氧水或蔗糖0.5～8％、其余為水。
經(jīng)過試驗篩選進一步優(yōu)選原料液采用由下述重量百分比的組分制備而成氯酸鹽20～65％、尿素1～7％、雙氧水或蔗糖1～6％，其余為水。
更進一步地優(yōu)選采用由下述重量百分比的組分制備而成氯酸鹽30～60％、尿素2～6％、雙氧水或蔗糖2～5％，其余為水。
本發(fā)明原料液中，若氯酸鹽含量過低會使反應較慢，含量過高則氯酸鹽容易形成結晶；尿素含量過低會增加雙氧水或蔗糖用量，增加成本，含量過高可以減少雙氧水用量，但反應不易控制，尿素的價格只有雙氧水或蔗糖的20％，當尿素的用量超過雙氧水或蔗糖用量的50％時，成本比雙氧水下降30％以上。故選擇合適的原料液重量百分比可以實現(xiàn)反應速度合適，控制較低成本的目的，最優(yōu)方案為氯酸鹽30～60％、尿素2～6％、雙氧水或蔗糖2～5％，其余為水。
其中，原料液中氯酸鹽為氯酸鈉或氯酸鉀中的一種或兩種。
本發(fā)明制備二氧化氯的方法，可解決以氯酸鹽為原料制備二氧化氯原料轉化率低的技術問題。
它包括如下步驟a、配制原料液其重量百分比為氯酸鹽10％～65％、尿素0.5％～10％、雙氧水或蔗糖0.5～8％、其余為水；b、將原料液與酸按體積比1∶0.2～1加入反應器，反應溫度為30～80℃，酸度為2～9mol/L，反應生成二氧化氯。
采用多級反應器反應時，反應器內為負壓，負壓值為100～500mmHg。第一級反應器的反應溫度為30～40℃；第二級反應器的反應溫度為45～55℃；第三級以上的反應器的反應溫度為65～75℃。多級反應直至反應完全(即原料氯酸鹽的轉化率達到要求)，反應過程中二氧化氯用真空噴射器抽出，并經(jīng)冷卻后用冷水吸收形成二氧化氯水溶液。
下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
經(jīng)過實際驗證，反應時優(yōu)選酸度為4～8mol/L。
反應時需注意勻速將原料液加入反應器可使產量更穩(wěn)定；負壓過低容易發(fā)生安全生產事故，所以需控制負壓在合理范圍內波動。在該化學反應中由于雙氧水或蔗糖的加入，反應溫度在30℃以上就可以進行，當溫度超過了80℃二氧化氯容易分解爆炸，因此選擇30～80℃。反應溫度逐漸升高，是為了控制反應速度，溫度升得過快，反應速度也快，易發(fā)生二氧化氯分解爆炸；溫度升得過慢，反應時間長，反應器效率下降。因此按每10℃升一級較合適。
參照圖1，本發(fā)明制備二氧化氯的裝置，包括反應器，反應器通過管路與吸收塔11連接，它包括至少兩個反應器，上一級反應器的反應液出口5與下一級反應器的原料進口4通過管路相連接形成串聯(lián)。各反應器的二氧化氯出口1通過管路與連通管8相連接；吸收塔11的二氧化氯入口10通過設置有冷卻器9的管路與連通管8連接；吸收塔11的底部設置有二氧化氯溶液儲槽，吸收塔11出口連接有真空噴射器13。連通管8的頂部設有重力式安全閥7，連通管8與吸收塔11之間設置有冷卻器9。最后一級反應器的反應液出口5與冷卻結晶罐16的進口通過管路相連接，冷卻結晶罐16的出口與真空過濾器16通過管路相連。
參照圖2，反應器的上部安裝有吸氣罩2，二氧化氯出口1設置在吸氣罩2的頂部，底部有恒溫加熱器6，側壁上設置有原料進口4和反應液出口5，反應器內裝有攪拌器。參照圖1，所述連通管8的頂部設有重力式安全閥。
本發(fā)明制備二氧化氯的裝置的工作原理如下恒溫加熱器6將反應器的溫度控制在規(guī)定值，原料液與硫酸按一定比例勻速加入反應器，物料在反應器內得到充分混合，并發(fā)生反應生成二氧化氯。真空噴射器13將二氧化氯從反應器抽出，經(jīng)冷卻器9冷卻后進入吸收塔11，從吸收塔11頂部進入的冷水與二氧化氯逆向接觸形成二氧化氯水溶液，進入二氧化氯溶液儲槽。從最后一級反應器排出的殘液進入冷卻結晶罐16，經(jīng)冷卻結晶并通過真空過濾器17過濾后，濾液返回第一級反應器重復使用。
若本發(fā)明制備方法中步驟a原料液中使用氯酸鈉，步驟b使用硫酸與原料液反應，則完全反應后將殘液經(jīng)冷卻結晶和真空過濾后，濾液返回第一級反應器重復使用，真空過濾后所得的濾餅通過再次溶解、結晶、過濾后所得結晶即為副產品芒硝(即Na2SO4·7H2O)。
下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例1、氯酸鹽制備二氧化氯的方法，其反應步驟為1、配置原料液以水為溶劑，其中，氯酸鈉的質量百分比為20％，尿素的質量百分比為2％，雙氧水的質量百分比為1％；2、將原料液、硫酸按1∶0.2的體積比勻速加入本發(fā)明反應裝置的第一級反應器，在反應溫度為35℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第二級反應器；3、在第二級反應器中，在反應溫度為50℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第三級反應器；在第三級反應器中，在反應溫度為65℃、反應器內負壓值100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液依次送入第四、五、六級反應器繼續(xù)發(fā)應，并保持反應條件不變，直至原料轉化率達到指定要求后才終止反應。殘液經(jīng)冷卻結晶和真空過濾后，濾液返回第一級反應器重復使用，濾餅通過再次溶解、結晶、過濾后結晶為芒硝。
對以上實施例制備的二氧化氯溶液進行分析，其原料轉化率為85.2％，二氧化氯純度為98.5％。
實施例2、氯酸鹽制備二氧化氯的方法，其工藝步驟為1、配置原料液以水為溶劑，其中，氯酸鈉的質量百分比為33％，尿素的質量百分比為3％，蔗糖的質量百分比為2％；2、將原料液、硫酸按1∶0.4的體積比勻速加入本發(fā)明反應裝置的第一級反應器，在反應溫度為35℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第二級反應器；3、在第二級反應器中，在反應溫度為45℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第三級反應器；4、在第三級反應器中，在反應溫度為60℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液依次送入第四、五、六級反應器繼續(xù)發(fā)應，并保持反應條件不變，直至原料轉化率達到指定要求后才終止反應。殘液經(jīng)冷卻結晶和真空過濾后，濾液返回第一級反應器重復使用，濾餅通過再次溶解、結晶、過濾后結晶為芒硝。
對以上實施例制備的二氧化氯溶液進行分析，其原料轉化率為86.5％，二氧化氯純度為98.7％。
實施例3、氯酸鹽制備二氧化氯的方法，其工藝步驟為1、配置原料液以水為溶劑，其中，氯酸鈉的質量百分比為50％，尿素的質量百分比為5％；雙氧水的質量百分比為3％；2、將原料液、硫酸按1∶0.8的體積比勻速加入本發(fā)明反應裝置的第一級反應器，在反應溫度為40℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第二級反應器；3、在第二級反應器中，在反應溫度為55℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第三級反應器；4、在第三級反應器中，在反應溫度為70℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液依次送入第四、五、六級反應器繼續(xù)發(fā)應，并保持反應條件不變，直至原料轉化率達到指定要求后才終止反應。殘液經(jīng)冷卻結晶和真空過濾后，濾液返回第一級反應器重復使用，濾餅通過再次溶解、結晶、過濾后結晶為芒硝。
對以上實施例制備的二氧化氯溶液進行分析，其原料轉化率為89％，二氧化氯純度為98.1％。
實施例4、氯酸鹽制備二氧化氯的方法，其工藝步驟為1、配置原料液以水為溶劑，其中，氯酸鈉的質量百分比為60％，尿素的質量百分比為6％；蔗糖的質量百分比為3％；2、將原料液、硫酸按1∶1的體積比勻速加入本發(fā)明反應裝置的第一級反應器，在反應溫度為40℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第二級反應器；3、在第二級反應器中，在反應溫度為55℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第三級反應器；4、在第三級反應器中，在反應溫度為75℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液依次送入第四、五、六......級反應器繼續(xù)發(fā)應，并保持反應條件不變，直至原料轉化率達到指定要求后才終止反應。殘液經(jīng)冷卻結晶和真空過濾后，濾液返回第一級反應器重復使用，濾餅通過再次溶解、結晶、過濾后結晶為芒硝。
對以上實施例制備的二氧化氯溶液進行分析，其原料轉化率為92.5％，二氧化氯純度為98.2％。
實施例5氯酸鹽制備二氧化氯的方法，其工藝步驟為1、配置原料液以水為溶劑，其中，氯酸鈉的質量百分比為65％，尿素的質量百分比為8％；雙氧水的質量百分比為2％；2、將原料液、硫酸按1∶0.9的體積比勻速加入本發(fā)明反應裝置的第一級反應器，在反應溫度為40℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第二級反應器；3、在第二級反應器中，在反應溫度為50℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第三級反應器；4、在第三級反應器中，在反應溫度為72℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液依次送入第四、五、六......級反應器繼續(xù)發(fā)應，并保持反應條件不變，直至原料轉化率達到指定要求后才終止反應。殘液經(jīng)冷卻結晶和真空過濾后，濾液返回第一級反應器重復使用，濾餅通過再次溶解、結晶、過濾后結晶為芒硝。
對以上實施例制備的二氧化氯溶液進行分析，其原料轉化率為95.6％，二氧化氯純度為98.4％。
實施例6氯酸鹽制備二氧化氯的方法，其工藝步驟為1、配置原料液以水為溶劑，其中，氯酸鈉的質量百分比為60％，尿素的質量百分比為2％；雙氧水的質量百分比為8％；2、將原料液、硫酸按1∶0.3的體積比勻速加入第一級反應器，在反應溫度為30℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第二級反應器；3、在第二級反應器中，在反應溫度為50℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液送入第三級反應器；4、在第三級反應器中，在反應溫度為60℃、反應器內負壓值為100～500mmHg的條件下進行反應，收集產生的二氧化氯，反應的殘液依次送入第四、五、六......級反應器繼續(xù)發(fā)應，并保持反應條件不變，直至原料轉化率達到指定要求后才終止反應。殘液經(jīng)冷卻結晶和真空過濾后，濾液返回第一級反應器重復使用，濾餅通過再次溶解、結晶、過濾后結晶為芒硝。
對以上實施例制備的二氧化氯溶液進行分析，其原料轉化率為92.2％，二氧化氯純度為98％。
另采用已有反應裝置即反應器為一個帶攪拌器的反應釜，分別使用實施例1和5的原料液制備二氧化氯時，原料液為實施例1的原料液配比時。其轉化率為72.7％，二氧化氯純度為92.5％；原料液為實施例5的原料液配比時，其轉化率為82.7％，二氧化氯純度為93.1％。
當采用本發(fā)明反應裝置和以往原料(氯酸鈉溶液濃度33％，硫酸濃度98％，甲醇水溶液濃度20％；將氯酸鈉溶液、硫酸、甲醇水溶液按1∶0.22∶0.44的比例勻速加入反應器)制備二氧化氯時，采用實施例1的反應條件時，其轉化率為82.7％，二氧化氯純度為95.5％；采用實施例5的反應條件時，其轉化率為87.3％，二氧化氯純度為95.1％。
在工業(yè)化生產中，本發(fā)明制備方法中提到的各級反應的負壓范圍表示允許生產中壓力可以在此范圍內波動，而不影響反應效果。
權利要求
1.一種用于制備二氧化氯的原料液，其特征在于，它是由下述重量百分比的組分制備而成氯酸鹽10％～65％、尿素0.5％～10％、雙氧水或蔗糖0.5～8％、其余為水。
2.根據(jù)權利要求1所述的原料液，其特征在于，它是由下述重量百分比的組分制備而成氯酸鹽30～60％、尿素2～6％、雙氧水或蔗糖2～5％，其余為水。
3.一種制備二氧化氯的方法，它包括如下步驟a、配制原料液其重量百分比為氯酸鹽10％～65％、尿素0.5％～10％、雙氧水或蔗糖0.5～8％、其余為水；b、將原料液與酸按體積比1∶0.2～1加入反應器，反應溫度為30～80℃，酸度為2～9mol/L，反應生成二氧化氯。
4.根據(jù)權利要求3所述的二氧化氯的制備方法，其特征在于，步驟b所述反應器為多級反應器。
5.根據(jù)權利要求4所述的二氧化氯的制備方法，其特征在于，第一級反應器的反應溫度為30～40℃；第二級反應器的反應溫度為45～55℃；第三級以上的反應器的反應溫度為60～80℃。
6.根據(jù)權利要求5所述的二氧化氯的制備方法，其特征在于，反應器內為負壓，負壓值為100～500mmHg。
7.根據(jù)權利要求3所述的二氧化氯的制備方法，其特征在于，所述步驟a的原料液中氯酸鹽為氯酸鈉；所述步驟b中原料液與硫酸反應；經(jīng)過多級反應器反應完全后的殘液，經(jīng)冷卻結晶和真空過濾后，濾液返回第一級反應器重復使用，真空過濾后所得濾餅通過再次溶解、結晶、過濾后結晶得到芒硝。
8.制備二氧化氯的裝置，包括反應器，反應器通過管路與吸收塔(11)連接，其特征在于它包括至少兩個反應器，上一級反應器的反應液出口(5)與下一級反應器的原料進口(4)通過管路相連接形成串聯(lián)。
9.根據(jù)權利要求8所述制備二氧化氯的裝置，其特征在于，所述反應器的上部安裝有吸氣罩(2)，二氧化氯出口(1)設置在吸氣罩(2)的頂部，底部有恒溫加熱器(6)，側壁上設置有原料進口(4)和反應液出口(5)。
10.根據(jù)權利要求9所述的制備二氧化氯的裝置，其特征在于，各反應器的二氧化氯出口(1)通過管路與連通管(8)相連接；吸收塔(11)的二氧化氯入口(10)通過設置有冷卻器(9)的管路與連通管(8)連接；吸收塔(11)的底部設置有二氧化氯溶液儲槽，吸收塔(11)出口連接有真空噴射器(13)。
11.根據(jù)權利要求10所述的制備二氧化氯的裝置，其特征在于所述連通管(8)的頂部設有重力式安全閥(7)，連通管(8)與吸收塔(11)之間設置有冷卻器(9)。
12.根據(jù)權利要求8所述的制備二氧化氯的裝置，其特征在于，最后一級反應器的反應液出口(5)與冷卻結晶罐(16)的進口通過管路相連接，冷卻結晶罐(16)的出口與真空過濾器(16)通過管路相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及二氧化氯的制備方法、裝置及用于制備二氧化氯的原料液，具體地，屬消毒、漂白劑領域。本發(fā)明原料液是由下述重量百分比的組分制備而成氯酸鹽10％～65％、尿素0.5％～10％、雙氧水或蔗糖0.5～8％、其余為水。二氧化氯的制備方法，采用使用本發(fā)明原料液配合使用多級串聯(lián)反應裝置在逐級升溫和負壓條件下反應，使原料轉化率均大于85％，制備所得二氧化氯純度均大于98％，制備成本低，安全可靠，無三廢排放，殘液因酸性較大，可以返回第一級反應器繼續(xù)反應，減少酸液排放和降低成本，廢渣經(jīng)過處理還可得到副產品芒硝等產品，可以增加副產值。為公眾提供了一種新的制備二氧化氯的方法。
文檔編號C01B11/00GK101081694SQ200710049208
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權日2007年5月31日
發(fā)明者穆超碧 申請人:穆超碧