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二氧化氯发生工艺的优化设计
化学法二氧化氯发生器采用氯酸钠与盐酸反应,反应式如下:
主反应:NACLO3+2HCL→CLO2+0.5CL2+NALCL+H2O
副反应:NACLO3+6HCL→3CL2+NACL+3H2O
反应希望能按主反应式完成,即NACLO3转化率高和获得更高的CLO2收率,但许多因素将影响反应的进行,其中主要的影响因素为:
①应液中酸的当量浓度,酸浓度越高,反应NACLO3转化率越高,反应速度越快;
②还原剂比例,该反应的还原剂为CL-,还原剂比例高,反应将以副反应式完成,获得的是CL2,而不是CLO2(对于二氧化氯发生器应该是获得的产物中CLO2比例越高越好);
③反应应具有必要的反应停留时间,使原料能够反应转化为产物,一般来讲,酸度越高,原料混合接触良好,反应温度高(分子迁移速度快相当于混合效果好),负压爆气(吸气搅拌),都有利于提高反应速度,减少所需的反应停留时间。 对于发生工艺的优化设计,必须考虑诸多因素中影响zui大的因素,尽可能使反应工艺条件优化达到原料NACLO3转化率高(利用率高),CLO2收率高,反应过程安全可靠,简单更于实施。
红荷公司在开发二氧化氯发生器阶段,做了大量的优化条件试验,发现酸度和还原剂比例是影响该反应的主要因素,(影响达到百分之几至几十),即氯酸钠溶液和盐酸的比例合适,使反应过程具有理想的酸度和还原剂比例,将保证反应过程NACLO2转化率高,CLO2的收率较高,其它因素如反应温度,压力都不是主要因素(同样原料比例下具有百分之一至二的收率差距),并且温度和压力的影响是可通过优化反应器设计(更好混合,具有足够反应停留时间)加以解决的。所以,潍坊红荷公司的二氧化氯发生器采用双计量供料系统,确保原料进料比例准确;采用具有足够反应停留时间的脉动助混浓度梯度流式反应器,确保原料在反应器内反应*,这种优化的设计工艺,使得潍坊红荷公司的二氧化氯发生器的工艺指标较高。目前国内*的行标(中国环境保护产品认定技术条件HCRJ-067-1999)中 关于二氧化氯发生器的几个主要技术参数为:
① CLO2发生能力,可以CLO2计也可以有效氯计不得低于额定指标(如15000型设备小时有效氯产量不低于15000克);
② 二氧化氯(以有效氯计)占总有效氯的质量百分数不少于55%(原料比例控制合适,百分比就高);
③ 主要原料氯酸钠的转化率不低于60%(酸度不够,反应停留时间不够,原料转化率就低)。
潍坊红荷公司的企标中的相应技术指标为:
① 发生器产量不低于额定指标;
② 二氧化氯(以有效氯计)占总有效氯的质量百分数大于60%;
③ 原料氯酸钠的转化率大于80%。 潍坊市产品质量监督检验所zui近一次检验结果(2005年7月5日)相应数据为:①二氧化氯产量大于额定值(500型设备数据为534克/H);②二氧化氯合总有效氯质量百分数为87%;③氯酸钠转化率为84%。
以上公司企标和产品检验报告可提供山东省*备案原件和检测报告原件供用户审阅,以防做假和商业欺骗宣传。对于有些企业宣传其产品的技术性能如何好,希望用户同样审阅其企业标准和部门(正式产品检测)的检测报告,如果企标都不敢订高,产 品的技术指标能达到那么高吗?
有些企业称NACLO3转化率高达85%,这没有实际意义,只要酸的比例高,转化率超过90%以上也容易达到,但反应将按副反应完成,CLO2得率低,对二氧化氯发生器而言没有意义。另提到其收率为80%,这收率指什么?太含糊,应该是产量中二氧化氯的比例越高越好,以二氧化氯占有效氯百分数计。
二、 加热问题
对于一般化学反应来说,加热温度高,分子迁移速度快,分子更活跃,有利于加快反应速度,但氯酸钠与盐酸反应只要达到一定酸度和具有还原剂,反应速度本来就很快,潍坊红荷公司经一系列试验,发现在优化的反应条件下温度对提高反应产量或CLO2得率影响并不大,相反还有许多不利因素:
① CLO2是见光受热易分解的物质,加热反应温度越高,越容易造成CLO2分解(有些企业发生器产物中二氧化氯比例低,与些因素有很大关系)。如果二氧化氯分解量大,速度快还可能引起反应器爆裂;
② 目前其它企业的反应器基本上都是塑料 材质的,用反应器外水浴加热方式,导热效果很差,水浴控制温度如果是80。C以上,内部反应液温度是多少?
③ 塑料反应器在高温下会软化,影响承压能力。长时间高温使塑料反应器老化加快,使用寿命缩短;
④ 电加热元件在有酸气、CLO2气环境下,极易腐蚀,,有可 能出现电接点过热,打火现象,引发设备自燃(加热型设备在使用中出现过多起此类事故);
⑤ 加热反应大大增加了发生器的使用功率,每年多花费的电费数万元。