CN101462697B - 一种安全的纯二氧化氯气体制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种安全的纯二氧化氯气体制备装置及方法，其属于化学工程和工艺技术领域。这种二氧化氯气体制备装置设有的真空系统使一、二、三级反应器、洗气转化塔、真空储备塔等系统都处于常温负压下运行，在三个反应器的底部注入空气搅拌原料，对一、二级反应器产生的二氧化氯气体和氯气采用水封进行防爆隔离，采用洗气转化塔把氯气转化为二氧化氯气体，最后用喷射泵抽吸真空储备塔内的二氧化氯气体并与大量空气混合后排出供消毒使用。该制备装置及方法能安全生产和使用二氧化氯气体，并且设备投资低，生产效率高，消耗能源少。它将用管道与消毒场所连接在一起，直接应用气体消毒，效率高，成本底，也可以将此装置装在汽车上，成为抢险救灾的防疫车。

Description

一种安全的纯二氧化氯气体制备装置及方法

技术领域

本发明涉及一种安全的纯二氧化氯气体制备装置及方法，其属于化学工程和工艺技术领域。

背景技术

二氧化氯的消毒灭菌性能在常用消毒剂中，相同时间内达到同样的杀菌效果所需的ClO₂浓度是最低的。对杀灭异养菌所需的ClO₂浓度仅为Cl₂的1/2。ClO₂对地表水中大肠杆菌杀灭效果比Cl₂高5倍以上。二氧化氯对孢子的杀灭作用比氯强。二氧化氯作为一个强氧化剂，它还具有除藻、剥泥、防腐、抗霉、保鲜、除臭、降解致癌物及漂白等多方面的功能，用途十分广泛。

二氧化氯是国际上公认的消毒剂中唯一的高效消毒灭菌剂，它可以杀灭一切微生物，包括细菌繁殖体，细菌芽孢，真菌，杆菌和病毒等，并且这些细菌不会产生抗药性。二氧化氯对微生物细胞壁有较强的吸附穿透能力，可有效地氧化细胞内含巯基的酶，可以快速地抑制微生物蛋白质的合成使微生物死亡。

二氧化氯具有共轭共振结构，氯的3d轨道参与C-π键共轭。液态二氧化氯极不稳定，光照、机械碰撞或接触有机物都会发生爆炸。二氧化氯在空气中的体积浓度超过10％(v/v)或空气中蒸汽浓度超过40KPa便有爆炸性。鉴于二氧化氯的特性，在制备和使用中的安全问题是十分重要的。

正因为二氧化氯气体是极易见光爆炸和分解的气体，所以世界上能生产二氧化氯的发达国家都是生产含量为2％的稳定性水溶液，这对包装与运输也是一种浪费，更何况在生产中还要加进昂贵的稳定剂，使用时还要加进很多固体柠檬酸，还不可能把二氧化氯全活化出来，影响效果、浪费资源。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种安全的纯二氧化氯气体制备装置及方法，该制备装置及方法应能安全生产和使用二氧化氯气体，并且设备投资低，生产效率高，消耗能源少。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种安全的纯二氧化氯气体制备装置，它主要包括第一料泵、第二料泵、反应器、防爆隔离罐和洗气转化塔，第一料泵和第二料泵同时向反应器供原料，在反应器内发生化学反应，生成的二氧化氯气体和氯气经防爆隔离罐进入洗气转化塔，在洗气转化塔内氯气被转化为二氧化氯气体，所产生的二氧化氯气体由真空系统抽出。它还包括一个真空储备塔、压力储备塔、防爆中和剂箱和操纵控制台。所述反应器由一级反应器、二级反应器和三级反应器组成，一级反应器设置在二级反应器内，所述第一料泵和第二料泵同时向一级反应器供原料，在一级反应器内的原料满后溢入二级反应器，在二级反应器内的原料靠真空引入三级反应器。在一、二级反应器内生成的二氧化氯气体和氯气经防爆隔离罐进入洗气转化塔，在三级反应器内生成的二氧化氯气体和氯气可直接进入洗气转化塔。所述真空系统由空气压缩机和喷射泵组成，并用管道连接三级反应器、真空储备塔和洗气转化塔，喷射泵靠空气压缩机供给的压缩空气引射真空储备塔内的二氧化氯气体进入压力储备塔。

所述一级反应器、二级反应器和三级反应器内的底部均设有靠反应器内真空度引入空气的空气管。所述一级反应器的空气管上连接一个防爆中和剂箱。

利用上述装置制备纯二氧化氯气体的方法，其制备过程如下：

(1)原料配制

a、第一原料：40升净水加入分析纯氯酸钠10.6kg，氯化钠6.43kg搅拌并过滤制成混合液，

b、第二原料：10升98％的浓硫酸加入1.5升的净水中，

c、洗气转化液：向100升水中加入22.6kg分析纯亚氯酸钠搅溶并过滤。

(2)把第一原料置于第一料桶内，第二原料置于第二料桶内，启动真空系统把洗气转化液加入洗气转化塔内，防爆中和剂箱中加入足够的苛性钠饱和水溶液，防爆隔离罐中加入适量水。

(3)打开阀V2、V5、V7、V8、V9、V10、V12、V13，其他阀保持关闭，启动空气压缩机，调整阀V2、V5、V8的开度，使真空系统保持1000～2000mmH₂O柱真空度。

(4)启动第一料泵向一级反应器以7升/小时的速度供给第一原料，同时启动第二料泵向一级反应器以3.5升/小时的速度供给第二原料，搅拌空气靠真空度经管道c从一级反应器的底部进入搅拌原料。

(5)原料在一级反应器内被搅拌反应0.5小时后开始溢入封闭的二级反应器内，搅拌空气靠真空度经管道d从二级反应器的底部进入搅拌原料。

(6)原料在二级反应器内被搅拌反应7小时后，关闭阀V2、V5、V7、V8，开启阀V0、V4、V9，一、二级反应器内的原料靠真空度经管道d和管道f引入三级反应器内，重新开启阀V2、V5、V7、V8，关闭阀V0、V4、V9、搅拌空气靠真空度经管道s从三级反应器的底部进入搅拌原料。

(7)原料在三级反应器内再被搅拌反应7小时后，关闭阀V7、V8，开启阀V16、V17，排出残液。

(8)原料在一级反应器和二级反应器内被搅拌反应生成的二氧化氯气体和氯气通过防爆隔离罐经管道j进入洗气转化塔，在三级反应器内生成的二氧化氯气体和氯气也经管道j直接进入洗气转化塔，进入洗气转化塔内的氯气从下向上经过填料与循环喷淋的洗气转化液反应，被转化为二氧化氯气体。

(9)在洗气转化塔(15)内的二氧化氯气体经管道k和管道l进入真空储备塔(14)。

(10)喷射泵引射真空储备塔内的二氧化氯气体与空气混合，形成二氧化氯气体浓度为4～5％混合气经管道n进入压力储备塔，再经阀V18排出，供消毒使用。

在开启阀V1时，防爆中和剂箱中的苛性钠饱和水溶液可经管道c进入一级反应器，经管道d进入二级反应器，经管道f进入三级反应器。

本发明的有益效果是：这种二氧化氯气体制备装置设有的真空系统使一、二、三级反应器、洗气转化塔、真空储备塔等系统都处于常温负压下运行，在三个反应器的底部注入空气搅拌原料，对一、二级反应器产生的二氧化氯气体和氯气采用水封进行防爆隔离，采用洗气转化塔把氯气转化为二氧化氯气体，最后用喷射泵抽吸真空储备塔内的二氧化氯气体并与大量空气混合后排出供消毒使用。该制备装置及方法能安全生产和使用二氧化氯气体，并且设备投资低，生产效率高，消耗能源少。它将用管道与消毒场所连接在一起，直接应用气体消毒，效率高，成本底，也可以将此装置装在汽车上，成为抢险救灾的防疫车。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是一种纯二氧化氯气体制备装置的系统原理图。

图中：1、一级反应器，2、二级反应器，3、防爆罩，4、排气管，4a、抽风机，5、防爆中和剂箱，6、空气过滤器，6a、空气流量计，7、第一料泵，7a、第一料桶，7b、第一背压阀，8、第二料泵，8a、第二料桶，8b、第二背压阀，9、操纵控制台，10、防爆隔离罐，10a、水箱，11、三级反应器，12、喷射泵，13、空气压缩机，14、真空储备塔，15、洗气转化塔，15a、填料，15b、喷淋器，15c、循环泵，16、压力储备塔；P、压力表，PV、真空表，Vi、阀(i＝1、2、3、…、18)；管道用a、b、c、…英文字母作区别。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1示出了一种纯二氧化氯气体制备装置的系统原理图。该装置由供料、三级反应、防爆隔离、洗气转化、真空抽吸及压力输运、应急停机保护和操作控制等系统组成。下面作分别介绍：

1、供料系统

配制好的第一原料和第二原料分别置于第一料桶7a和第二料桶8a内，第一料泵7把第一原料通过第一背压阀7b经管道b输入一级反应器1，第二料泵8把第二原料通过第二背压阀8b经管道a输入一级反应器1。

2、三级反应系统

一级反应器1是纯钛金属制作，并置于由PVC材料制作的二级反应器2内，三级反应器11也是采用PVC材料制作。管道c通入一级反应器1的底部，管道d通入二级反应器2的底部，管道s通入三级反应器11的底部，这三个管道汇合在一起经空气流量计6a连接一个空气过滤器6。由于在上述反应器内存在一定的真空度，空气就会经过管道进入反应器的底部搅拌原料。一级反应器1内的原料是溢入二级反应器2内的；关闭阀V2、V5、V8，开启阀V3、V4，一、二级反应器内的原料靠真空度经管道d和管道f引入三级反应器11内。

3、防爆隔离系统

防爆隔离罐10内存有一半水，上部为一水箱10a，打开阀V6可以补水。在一级反应器1和二级反应器2内的原料经空气搅拌加速反应，生成的二氧化氯气体和氯气连同搅拌空气一起从防爆隔离罐10底部进入，上部排出经管道j和管道o进入洗气转化塔15。在三级反应器11内的原料经空气搅拌，生成的二氧化氯气体和氯气连同搅拌空气一起从上部排出也经管道j和管道o进入洗气转化塔15。

4、洗气转化系统

洗气转化塔15的下部装有洗气转化液，中上部设有填料15a，上部设有喷淋器15b。循环泵15c抽吸洗气转化液再由喷淋器15b喷向填料15a，进入洗气转化塔15内的氯气经过填料15a时，与洗气转化液充分反应，全部转化为二氧化氯气体。

5、真空抽吸及压力输运系统

空气压缩机13和喷射泵12是该系统的动力源。压缩空气流经喷射泵12时，由于引射作用使真空储备塔14内产生1000～2000mmH₂O柱真空度，由于管道h连接到三级反应器11，管道m、r和管道l、k连接到洗气转化塔15，包括一、二级反应器及相关管道都属于同一个真空系统。喷射泵12引射真空储备塔14内的二氧化氯气体与空气混合，并送入压力储备塔16，打开阀V18向需要消毒处供气。

6、应急停机保护系统

防爆中和剂箱5中存有足够的苛性钠饱和水溶液，若系统发生停电等故障必须停止运行时，只要开启阀V1，防爆中和剂箱5中的苛性钠饱和水溶液可经管道c进入一级反应器，经管道d进入二级反应器2，经管道f进入三级反应器11，中和反应器中的酸性原料，使剧烈反应立刻停止，消除系统因失去真空度而发生爆炸的可能。

7、操作控制系统

操纵控制台9上集中设有主要的控制阀，流量计、压力表、真空表、液位检测、自动报警、自动停止供料、真空波动报警和真空不足自动停机长时间报警。

8、其他

(1)三级反应器11的残液排放：在阀V3、V4关闭的情况下，关闭阀V7、V8、V9，打开阀V17和其下面的阀V16，残液用容器收集，残液为副产品。残液排放时系统正常工作。

(2)洗气转化塔15加洗气转化液：关闭阀V10、V12，打开阀V11、V15，洗气转化塔15脱离系统；关闭阀V14，打开阀V15、V16，洗气转化液可吸入塔内。

(3)洗气转化塔15的残液排放：关闭阀V10、V12，打开阀V11，再关闭阀V15，打开阀V14和其下面的阀V16，残液用容器收集，残液也是副产品。

(4)防爆罩：二级反应器2有防爆罩3保护，万一二级反应器2爆裂，不至于造成伤人事故。防爆罩3上设有排气管4和抽风机4a，以便发生事故时通风用。

Claims (5)

1.一种安全的纯二氧化氯气体制备装置，它主要包括第一料泵(7)、第二料泵(8)、反应器、防爆隔离罐(10)和洗气转化塔(15)，第一料泵(7)和第二料泵(8)同时向反应器供原料，在反应器内发生化学反应，生成的二氧化氯气体和氯气经防爆隔离罐(10)进入洗气转化塔(15)，在洗气转化塔(15)内氯气被转化为二氧化氯气体，所产生的二氧化氯气体由真空系统抽出；其特征是：它还包括一个真空储备塔(14)、压力储备塔(16)、防爆中和剂箱(5)和操纵控制台(9)；所述反应器由一级反应器(1)、二级反应器(2)和三级反应器(11)组成，一级反应器(1)设置在二级反应器(2)内，所述第一料泵(7)和第二料泵(8)同时向一级反应器(1)供原料，在一级反应器(1)内的原料满后溢入二级反应器(2)，在二级反应器(2)内的原料靠真空引入三级反应器(11)；在一、二级反应器内生成的二氧化氯气体和氯气经防爆隔离罐(10)进入洗气转化塔(15)，在三级反应器(11)内生成的二氧化氯气体和氯气可直接进入洗气转化塔(15)；所述真空系统由空气压缩机(13)和喷射泵(12)组成，并用管道连接三级反应器(11)、真空储备塔(14)和洗气转化塔(15)，喷射泵(12)靠空气压缩机(13)供给的压缩空气引射真空储备塔(14)内的二氧化氯气体进入压力储备塔(16)。

2.据权利要求1所述的一种安全的纯二氧化氯气体制备装置，其特征是：所述一级反应器(1)、二级反应器(2)和三级反应器(11)内的底部均设有靠反应器内真空度引入空气的空气管。

3.据权利要求1所述的一种安全的纯二氧化氯气体制备装置，其特征是：所述一级反应器(1)的空气管上连接一个防爆中和剂箱(5)。

4.据权利要求1所述的一种安全的纯二氧化氯气体制备装置制备纯二氧化氯气体的方法，其特征是：其制备过程如下：

(1)原料配制

a、第一原料：40升净水加入分析纯氯酸钠10.6kg，氯化钠6.43kg搅拌并过滤制成混合液，

b、第二原料：10升98％的浓硫酸加入1.5升的净水中，

c、洗气转化液：向100升水中加入22.6kg分析纯亚氯酸钠搅溶并过滤；

(2)把第一原料置于第一料桶内(7a)，第二原料置于第二料桶内(8a)，启动真空系统把洗气转化液加入洗气转化塔(15)内，防爆中和剂箱(5)中加入足够的苛性钠饱和水溶液，防爆隔离罐(10)中加入适量水；

(3)打开阀V2、V5、V7、V8、V9、V10、V12、V13，其他阀保持关闭，启动空气压缩机(13)，调整阀V2、V5、V8的开度，使真空系统保持1000～2000mmH₂O柱真空度；

(4)启动第一料泵(7)向一级反应器(1)以7升/小时的速度供给第一原料，同时启动第二料泵(8)向一级反应器(1)以3.5升/小时的速度供给第二原料，搅拌空气靠真空度经管道c从一级反应器(1)的底部进入搅拌原料；

(5)原料在一级反应器(1)内被搅拌反应0.5小时后开始溢入封闭的二级反应器(2)内，搅拌空气靠真空度经管道d从二级反应器(2)的底部进入搅拌原料；

(6)原料在二级反应器(2)内被搅拌反应7小时后，关闭阀V2、V5、V7、V8，开启阀V0、V4、V9，一、二级反应器内的原料靠真空度经管道d和管道f引入三级反应器(11)内，重新开启阀V2、V5、V7、V8，关闭阀V0、V4、V9、搅拌空气靠真空度经管道s从三级反应器(11)的底部进入搅拌原料；

(7)原料在三级反应器(11)内再被搅拌反应7小时后，关闭阀V7、V8，开启阀V16、V17，排出残液；

(8)原料在一级反应器(1)和二级反应器(2)内被搅拌反应生成的二氧化氯气体和氯气通过防爆隔离罐(10)经管道j进入洗气转化塔(15)，在三级反应器(11)内生成的二氧化氯气体和氯气也经管道j直接进入洗气转化塔(15)，进入洗气转化塔(15)内的氯气从下向上经过填料(15a)与循环喷淋的洗气转化液反应，被转化为二氧化氯气体；

(9)在洗气转化塔(15)内的二氧化氯气体经管道k和管道l进入真空储备塔(14)；

(10)喷射泵(12)引射真空储备塔(14)内的二氧化氯气体与空气混合，形成二氧化氯气体浓度为4～5％混合气经管道n进入压力储备塔(16)，再经阀V18排出，供消毒使用。

5.据权利要求4所述的一种安全的纯二氧化氯气体制备装置制备纯二氧化氯气体的方法，其特征是：在开启阀V1时，防爆中和剂箱(5)中的苛性钠饱和水溶液经管道c进入一级反应器(1)，经管道d进入二级反应器(2)，经管道f进入三级反应器(11)。

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