專(zhuān)利名稱(chēng)：可自控的二氧化氯發(fā)生裝置系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以自控的二氧化氯發(fā)生裝置系統(tǒng)。
二氧化氯(ClO2)是一種強(qiáng)氧化劑，具有很強(qiáng)的殺菌消毒性能，對(duì)還原性的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物具有較強(qiáng)的氧化降解能力。它在以下幾個(gè)方面具有廣泛的應(yīng)用。
代替液氯處理生活飲用水處理生活飲用水的傳統(tǒng)方法是用液氯消毒，而用液氯消毒的主要問(wèn)題是產(chǎn)生致癌性的三氯甲烷等有機(jī)氯化物，改用ClO2消毒不僅不產(chǎn)生有機(jī)氯化物，而且還能降解酚類(lèi)及3.4苯并(a)芘等有害物質(zhì)。
用于工業(yè)廢水處理用ClO2處理含酚廢水，含氰廢水，甲醇廢水及某些印染廢水是有效的。
用于滅菌消毒如醫(yī)院污水處理、賓館餐廳的餐具清洗消毒、工業(yè)循環(huán)冷卻水的殺菌滅藻等。
用于紙漿和織物的漂白用ClO2代替Cl2漂白紙漿和織物，既不損傷纖維又能徹底除去雜質(zhì)和色素，是目前世界上尚無(wú)與之媲美的漂白劑。
由于ClO2分子的結(jié)構(gòu)特殊，因此它的穩(wěn)定性較差，遇光遇熱容易分解。特別值得指出的是它的爆炸性。ClO2容易爆炸，尤其由于壓力、濃度增高，甚至容器形狀、材質(zhì)等都會(huì)引起爆炸。在空氣中的分壓為40kpa時(shí)發(fā)生激烈爆炸。但將ClO2氣體溶于水中，使其濃度低于10g／L時(shí)，是安全的。
目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)ClO2的方法，按其主要原料來(lái)源可分為氯化鈉法、氯酸鈉法和亞氯酸鈉法。氯化鈉法生產(chǎn)ClO2是一種電解裝置(見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利CN206986U)，該裝置是ClO2協(xié)同消毒發(fā)生器。其主要問(wèn)題是ClO2濃度低，滿(mǎn)足不了大規(guī)模水處理和紙漿漂白的要求。亞氯酸鈉法(見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利CN1048682A)的主要問(wèn)題是亞氯酸鈉的制備工藝比較復(fù)雜，原料來(lái)源限制了大規(guī)模生產(chǎn)ClO2的可能性。氯酸鈉法是生產(chǎn)高濃度ClO2的重要方法，目前在工藝條件上的研究正在不斷深入(見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利CN1058193A)，但對(duì)生產(chǎn)裝置系統(tǒng)的自控問(wèn)題和某些設(shè)備結(jié)構(gòu)問(wèn)題的研究涉及較少，正是這些問(wèn)題影響生產(chǎn)的安全可靠性，因此研制一套符合中國(guó)國(guó)情的，既能生產(chǎn)高濃度的ClO2水溶液，又能保證安全的可自控的二氧化氯發(fā)生裝置系統(tǒng)就是本發(fā)明的目的。自控作用和設(shè)備的特殊結(jié)構(gòu)是保證安全生產(chǎn)高濃度ClO2的必要措施。
可自控的二氧化氯裝置系統(tǒng)的工藝流程如圖所示。該裝置系統(tǒng)的主要設(shè)備和儀器由加料器1，再沸器2，循環(huán)泵3，反應(yīng)器4，冷卻器5，吸收塔6，濃度監(jiān)測(cè)器7，產(chǎn)品貯槽8，導(dǎo)液泵9，水貯槽10，壓力控制器11，安全保護(hù)系統(tǒng)12和真空泵13所組成。
反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)如下主反應(yīng)30NaClO3＋12CH3OH＋20H2SO4→30ClO2＋10Na3H(SO4)2＋5CH3OH＋6HCOOH＋CO2＋23H2O副反應(yīng)12NaClO3＋6CH3OH＋8H2SO4→6ClO2＋3Cl2＋4Na3H(SO4)2＋6CO2＋18H2O反應(yīng)產(chǎn)生的ClO2氣體在吸收塔中用水吸收。
再沸器的作用是用熱水使反應(yīng)物加熱到反應(yīng)溫度。
冷卻器的作用是把生成物冷卻(部分冷凝)，以利于吸收。
真空泵的作用是使系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)，以降低反應(yīng)溫度。
本裝置的特點(diǎn)是(1)反應(yīng)器直徑較大，無(wú)加熱夾套通過(guò)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定了該反應(yīng)裝置中各部件的結(jié)構(gòu)及尺寸，另外，通過(guò)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定了加入的反應(yīng)物料濃度，例如，加入的H2SO4濃度較大，可以利用其稀釋熱提高循環(huán)反應(yīng)液的溫度，保持反應(yīng)液處在沸騰狀態(tài)。
(2)提高吸收塔前冷卻器的冷卻效率冷卻器采用薄壁管，可使水蒸汽快速冷卻冷凝，有一部分ClO2溶解其中，提高了吸收塔的吸收效率，簡(jiǎn)化吸收塔的結(jié)構(gòu)，使吸收液濃度提高。
(3)采用雙塔吸收產(chǎn)品由高濃度的Ⅰ＃吸收塔排出，Ⅱ＃吸收塔的吸收液導(dǎo)入Ⅰ＃吸收塔，新鮮水加入Ⅱ＃吸收塔。
另外由于吸收塔的特殊結(jié)構(gòu)，可避免壓力波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的倒流現(xiàn)象。
(4)關(guān)鍵部位采用自動(dòng)控制再沸器循環(huán)水溫度的自控和顯示、反應(yīng)系統(tǒng)壓力的自控和顯示，吸收塔產(chǎn)物濃度自動(dòng)監(jiān)測(cè)和顯示。
(5)在裝置的某些部位設(shè)置安全保護(hù)裝置，其作用是保證反應(yīng)進(jìn)行，防止爆炸、防止中毒、防止觸電等。
(6)可制成體積小，重量輕的發(fā)生器，便于移動(dòng)、運(yùn)輸，可以控制一定濃度，使用靈活、方便。
因?yàn)檫\(yùn)輸產(chǎn)品ClO2時(shí)，易分解、不安全，而運(yùn)輸反應(yīng)裝置是合理的。
(7)間歇式操作具有實(shí)際意義本裝置產(chǎn)物濃度較高，而一般使用時(shí)，濃度很低(0.1～200－mg／L)，所以間歇生產(chǎn)不影響使用，而且?guī)?lái)很多方便，省去真空排料系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了裝置，延長(zhǎng)機(jī)電設(shè)備壽命，一但操作失誤，損失小。
本裝置的工藝流程說(shuō)明投料首先將氯酸鈉從再沸器前加入，經(jīng)過(guò)泵、再沸器進(jìn)入反應(yīng)器，再將硫酸不經(jīng)再沸器加入到反應(yīng)器中，甲醇從反應(yīng)器下部1／3處加入。
反應(yīng)與吸收反應(yīng)器是徑高比為16的無(wú)加熱夾套的空心設(shè)備。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)反應(yīng)器上部裝有填料的泡沫分離器、冷卻器依次進(jìn)入二個(gè)鼓泡式吸收塔，每個(gè)吸收塔上部設(shè)有一個(gè)貯液槽。產(chǎn)品由Ⅰ＃吸收塔底部放出。
自動(dòng)控制溫度控制系統(tǒng)采用SWT－31型數(shù)字溫度調(diào)節(jié)儀，主電路用CMOS大規(guī)模集成電路A／D轉(zhuǎn)換器，LED數(shù)字顯示。壓力控制系統(tǒng)采用水銀柱高度來(lái)指示反應(yīng)系統(tǒng)壓力，沿水銀柱高度每隔10厘米引出一個(gè)觸點(diǎn)，用導(dǎo)線引入壓力控制器中，反應(yīng)系統(tǒng)壓力通過(guò)壓力指示板上指示燈的數(shù)字顯示。ClO2濃度的監(jiān)測(cè)是應(yīng)用光度檢測(cè)器原理，使波長(zhǎng)為436～546nm的光透過(guò)吸收塔下貯液槽，達(dá)到光電管產(chǎn)生微電流，經(jīng)放大后由檢測(cè)器儀表顯示出濃度。
安全保護(hù)吸收塔中ClO2濃度達(dá)到閾值時(shí)，儀器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，停止加料。尾氣中殘余的ClO2和Cl2分別用活性炭吸附和堿液吸收，并經(jīng)鐵屑還原后排放。
實(shí)施例本裝置系統(tǒng)可根據(jù)對(duì)二氧化氯需要量的不同，設(shè)計(jì)成不同的規(guī)格和型號(hào)，以20g／h的二氧化氯裝置系統(tǒng)為例，按照反應(yīng)式的比例添加反應(yīng)物，設(shè)定反應(yīng)過(guò)程的溫度、壓力和濃度。產(chǎn)生二氧化氯水溶液的技術(shù)指標(biāo)如下
水溶液中ClO2的含量≥6340 mg／L水溶液中游離Cl2含量≥8％NaClO3的轉(zhuǎn)化率≥94.8％CH3OH的轉(zhuǎn)化率≥72.1％反應(yīng)過(guò)程中，自控系統(tǒng)運(yùn)行正常，安全穩(wěn)定。
權(quán)利要求1.可自控的二氧化氯發(fā)生裝置系統(tǒng)是由加料器、再沸器、循環(huán)泵、反應(yīng)器、冷卻器、吸收塔、濃度監(jiān)測(cè)器、產(chǎn)品貯槽、導(dǎo)液泵、水貯槽、溫度和壓力控制系統(tǒng)，安全保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備和儀器所組成，其特征在于該系統(tǒng)的關(guān)鍵部位是反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，三種原料的添加位置，具有特殊結(jié)構(gòu)的雙塔吸收，溫度和壓力的自動(dòng)控制及濃度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及安全保護(hù)系統(tǒng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于反應(yīng)器的直徑較大，徑高比為16，是無(wú)加熱夾套的空心結(jié)構(gòu)，其上部設(shè)置裝有填料的泡沫分離器。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于三種原料的添加位置，甲醇的添加位置是在反應(yīng)器下部 1/3 處加入；氯酸鈉的添加位置是經(jīng)過(guò)再沸器之后進(jìn)入反應(yīng)器；硫酸的添加位置是不經(jīng)過(guò)再沸器直接進(jìn)入反應(yīng)器。
4.按照權(quán)利要求1所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于兩個(gè)吸收塔，均為鼓泡式結(jié)構(gòu)，分一，二兩級(jí)吸收；由一級(jí)吸收塔出產(chǎn)品，二級(jí)吸收塔的吸收液導(dǎo)入一級(jí)吸收塔；每個(gè)吸收塔的上部均設(shè)有防止吸收液倒流的貯液槽。
5.按照權(quán)利要求1所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于采用SWT－31型數(shù)字溫度調(diào)節(jié)儀，主電路用CMOS大規(guī)模集成電路A／D轉(zhuǎn)換器，LED數(shù)字顯示。
6.按照權(quán)利要求1所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于壓力自控，是采用水銀柱高度來(lái)指示反應(yīng)系統(tǒng)的壓力，壓力控制部分系沿水銀柱高度每隔10cm引出一個(gè)觸點(diǎn)，各觸點(diǎn)用導(dǎo)線引入控制器中，系統(tǒng)壓力通過(guò)指示板上指示燈旁的數(shù)字顯示。
7.按照權(quán)利要求1所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于濃度自動(dòng)監(jiān)測(cè)，應(yīng)用光度檢測(cè)器原理，使波長(zhǎng)為436～546nm的光透過(guò)吸收塔下部的溶液貯槽，達(dá)到光電管并產(chǎn)生微電流，經(jīng)放大后，通過(guò)指示儀表顯示出濃度，當(dāng)被檢測(cè)的濃度達(dá)到閾值時(shí)，儀器發(fā)生警報(bào)信號(hào)，關(guān)閉閥門(mén)，停止加料。
8.按照權(quán)利要求1所述的裝置系統(tǒng)，其特征在于安全保護(hù)系統(tǒng)，即尾氣中的殘余ClO2和Cl2分別用活性炭吸附和堿液吸收，再用經(jīng)過(guò)處理的鐵屑還原后達(dá)標(biāo)排放。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型是一種可自控的二氧化氯發(fā)生裝置系統(tǒng)，它是由加料器，再沸器，循環(huán)泵，反應(yīng)器，冷卻器和具有特殊結(jié)構(gòu)的雙吸收塔，真空系統(tǒng)以及溫度、壓力自控系統(tǒng)，濃度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，安全保護(hù)系統(tǒng)所組成。應(yīng)用本裝置系統(tǒng)可以安全可靠的生產(chǎn)高濃度的二氧化氯水溶液。可用于生活飲用水、工業(yè)廢水、醫(yī)院污水處理及賓館餐廳殺菌消毒和紙漿織物漂白等方面。
文檔編號(hào)C01B11/02GK2169622SQ9320138
公開(kāi)日1994年6月22日 申請(qǐng)日期1993年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月12日
發(fā)明者韓寶華, 李伯驥 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)