摘要:反應(yīng)物的濃度及反應(yīng)壓力、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)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)生器進行改進，將使其更具有使用價值。

關(guān)鍵詞:二氧化氯發(fā)生器影響因素改進

引言

化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器是一種采用化學(xué)原料進行化學(xué)反應(yīng)生成二氧化氯的裝置，其性能包括反應(yīng)性能和設(shè)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，是否具有實用價值的問題。目前國內(nèi)采用的氯酸鈉———鹽酸工藝的化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器能滿足用戶基本要求，并且是一個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(yīng)物的濃度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)等因素的影響，降低了轉(zhuǎn)化率和得率。文中結(jié)合工作實際，對影響二氧化氯發(fā)生器的因素進行了分析討論。反應(yīng)的NaClO3轉(zhuǎn)化率及ClO2得率的主要因素是反應(yīng)物濃度及比例（酸當(dāng)量濃度，NaClO3溶液濃度），以及反應(yīng)壓力、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)等。

1二氧化氯發(fā)生器的工作原理

氯酸鈉———鹽酸工藝反應(yīng)式如下：

主反應(yīng)：NaClO3+2HCl→ClO2+0.5Cl2+NaCl+H2O

副反應(yīng)：NaClO3+6HCl→3Cl2+NaCl+3H2O

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

2影響ClO2發(fā)生器性能的重要因素

2.1反應(yīng)物NaClO3濃度

一般化學(xué)反應(yīng)中，提高反應(yīng)物濃度或降低生成物濃度都有利于反應(yīng)向生成物方向進行。但NaClO3溶液濃度過高，反應(yīng)生成物NaCl在殘液中的濃度相應(yīng)也高，會在反應(yīng)器或投藥管中生成結(jié)晶，造成管路堵塞。

2.2酸當(dāng)量濃度、還原劑比例

NaClO3溶液加酸達(dá)不到一定的酸當(dāng)量濃度，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率很低，速度很慢；作為還原劑Cl-加入的量少，NaClO3轉(zhuǎn)化率低，加入的量過多，反應(yīng)將向副反應(yīng)方向偏移，雖然NaClO3轉(zhuǎn)化率高，但ClO2得率低。

2.3反應(yīng)壓力

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

2.4反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

對于化學(xué)反應(yīng)能否按設(shè)計工藝要求進行，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計很重要，要讓反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)配置能滿足反應(yīng)工藝條件。如反應(yīng)物進料位置、方式、生成物出料位置、方式，反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)流動狀態(tài)，需要加壓或減壓的方式。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和配置選擇合理，不但能使反應(yīng)過程順利完成，保證反應(yīng)過程能達(dá)到理想的轉(zhuǎn)化率或得率，還使得整個設(shè)備具有很好的使用性能（安全、可靠、故障率低）。

3ClO2發(fā)生器性能的改進措施

3.1反應(yīng)物NaClO3
濃度、酸當(dāng)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(dāng)量濃度大約11。鹽酸在反應(yīng)中的作用，既提供反應(yīng)需要的酸當(dāng)量濃度，本身又是還原劑。在確定反應(yīng)工藝條件時應(yīng)考慮到加酸量大，酸當(dāng)量濃度高對提高NaClO3轉(zhuǎn)化率有利，及加酸量大，還原劑比例過高將降低ClO2得率這兩方面因素。

經(jīng)一系列優(yōu)化試驗結(jié)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(zhuǎn)化率（大于95%）和ClO2得率（大于70%），并且在室溫條件下NaCl不會有結(jié)晶堵塞管道。

3.2反應(yīng)壓力

氯酸鈉與鹽酸反應(yīng)，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。從安全角度來講，負(fù)壓有利于安全操作。經(jīng)多次試驗發(fā)現(xiàn)，在其它條件相同負(fù)壓反應(yīng)比正壓反應(yīng)NaClO3的轉(zhuǎn)化率大3%左右，ClO2得率大2%左右。原因主要在于反應(yīng)體系壓力增大，氣體釋放量少，攪動能力變?nèi)?，反?yīng)物接觸反應(yīng)所需的時間需更長等方面。為克服壓力對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及得率引起的影響，根據(jù)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，將原料在計量泵脈動壓力下，注入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)沿混合攪動裝置呈脈動旋流狀流動，使得反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)的混合效果更好，有效地保證反應(yīng)具有理想的轉(zhuǎn)化率和得率。

3.3反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

反應(yīng)器的設(shè)計中，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計原理，以及氯酸鈉———鹽酸反應(yīng)工藝條件，反應(yīng)過程特點的要求，在結(jié)構(gòu)上采用液相下進原料上出產(chǎn)品的形式，下層釋放氣帶動上層反應(yīng)液攪動，通過反應(yīng)器內(nèi)添置混合攪動裝置，增進液體充分混合，脈動旋狀管流式流動方式使反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)有一個較平穩(wěn)的流動停留過程，避免出現(xiàn)反應(yīng)物在類似單級反應(yīng)器中可能出現(xiàn)的反應(yīng)物來不及反應(yīng)就排出反應(yīng)器之外的直流現(xiàn)象，有效地保證反應(yīng)物的停留反應(yīng)時間和反應(yīng)物料的理想轉(zhuǎn)化率。

4其他影響因素的改進分析

發(fā)生器原料液的計量輸送設(shè)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(yīng)器內(nèi)，保證原料按比例完成反應(yīng)；二是提供液體流動的壓力，使其反應(yīng)后直接加注到帶壓管網(wǎng)水體中。計量泵是長期運行的動力設(shè)備，它的品質(zhì)好壞，是二氧化氯發(fā)生器能否長期、穩(wěn)定、正常運行的關(guān)鍵。由于計量泵單向閥密封圈會因腐蝕、變型，造成密封不好，漏氣，經(jīng)常出現(xiàn)吸不上原料的情況。而更換密封圈也存在拆卸困難的問題。因此選用更換密封圈方便結(jié)構(gòu)簡單的單向閥計量泵，并特意改換密封圈，使可靠性大大提高，故障率降低。反應(yīng)器制作材料的選擇：按照反應(yīng)工藝條件獲得理想的轉(zhuǎn)化率和得率，使反應(yīng)器發(fā)揮可靠的使用性能。關(guān)鍵取決于反應(yīng)器的材質(zhì)和投藥管的材質(zhì)。經(jīng)過大量試驗，曾選擇多種材料制作，但反應(yīng)器都在高酸度、高ClO2濃度、高壓力條件下不能達(dá)到耐腐蝕，很快出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。如PVC材料反應(yīng)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出現(xiàn)泄漏等現(xiàn)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(jié)論

通過對反應(yīng)物濃度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及材質(zhì)等因素的分析總結(jié)，提出了二氧化氯發(fā)生器的改進措施。依據(jù)理論分析和大量對照試驗證明：由于確定了優(yōu)化的反應(yīng)物濃度、酸當(dāng)量濃度、還原劑比例以及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)（具有足夠的反應(yīng)停留時間），優(yōu)化的工藝將使反應(yīng)盡可能按接近主反應(yīng)過程進行，獲得理想的ClO2得率和NaClO3轉(zhuǎn)化率，從而在氯酸鈉—鹽酸反應(yīng)體系實際應(yīng)用的可靠性、合理性方面打下了堅實的理論基礎(chǔ)。

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