CN103466553B - 大型高纯二氧化氯发生装置及发生方法 - Google Patents
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- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
<b>大型高纯二氧化氯发生装置及发生方法</b><b>。目前高纯二氧化氯发生器多以亚氯酸钠为原料，成本较高，目前国内尚无适用于供水量</b><b>100</b><b>万吨</b><b>/d</b><b>以下</b><b>水厂的大型二氧化氯发生装置。</b><b>本发明的组成包括</b><b>:</b><b>发生器（</b><b>1</b><b>）</b><b>，</b><b>发生器包括一组反应单元室（</b><b>2</b><b>），在反应单元室内安装有折流式反应器（</b><b>3</b><b>），折流式反应器与反应器进气口（</b><b>4</b><b>）</b><b>连接，</b><b>反应单元室与气体收集箱（</b><b>5</b><b>）</b><b>连接，</b><b>气体收集箱</b><b>分别与</b><b>加药计量泵（</b><b>6</b><b>）</b><b>、</b><b>水射器（</b><b>7</b><b>）</b><b>连接，</b><b>水射器安装在动力水管（</b><b>8</b><b>）上，发生器</b><b>与</b><b>热水锅炉</b><b>（</b><b>9</b><b>）</b><b>分别通过</b><b>热水出水管（</b><b>10</b><b>）、发生器进水管（</b><b>11</b><b>）</b><b>连接，</b><b>主控系统</b><b>（</b><b>12</b><b>）</b><b>分别与</b><b>加药计量泵</b><b>、</b><b>发生器</b><b>、</b><b>动力水管、</b><b>热水锅炉</b><b>连接。</b><b>本发明</b><b>用于高纯二氧化氯的生产</b><b>。</b>
Description
技术领域：
本发明涉及一种大型高纯二氧化氯发生装置及发生方法。
背景技术：
目前二氧化氯因其安全、广谱、高效的优点，已在水消毒、造纸制浆、织物漂白等领域成为液氯、次氯酸钠、氯胺等氯系消毒剂的替代产品。特别是高纯二氧化氯发生装置，可以完全克服氯消毒过程中生成氯仿等有机卤代物的问题以及氯漂过程中生成大量可吸附有机卤素（AOX）和二噁英的问题，具有广阔的应用前景。但目前二氧化氯推广的主要问题有：一是国内外（尤其国外）高纯二氧化氯发生器多以亚氯酸钠为原料，成本较高，二是由于结构设计及材料的问题，当前市面上，以氯酸盐为原料的发生器产量较小，产量一般在1~10kg/h范围内，只适于中小水厂的应用，目前国内尚无适用于供水量100万吨/d以下水厂的大型二氧化氯发生装置。
发明内容：
本发明的目的是提供一种大型高纯二氧化氯发生装置及发生方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种大型高纯二氧化氯发生装置，其组成包括:发生器，所述的发生器包括一组反应单元室，在所述的反应单元室内安装有折流式反应器，所述的折流式反应器与反应器进气口连接，所述的反应单元室与气体收集箱连接，所述的气体收集箱分别与加药计量泵、水射器连接，所述的水射器安装在动力水管上，所述的发生器与热水锅炉分别通过热水出水管、发生器进水管连接，主控系统分别与所述的加药计量泵、所述的发生器、所述的动力水管、所述的热水锅炉连接。
所述的大型高纯二氧化氯发生装置，所述的加药计量泵分别与A液加药管、B液加药管连接，所述的气体收集箱分别与所述的A液加药管、所述的B液加药管连接，所述的气体收集箱安装在所述的折流式反应器上端。
所述的大型高纯二氧化氯发生装置，所述的折流式反应器与残液收集管连接，所述的热水锅炉与所述的主控系统通过锅炉运行状态检测及控制线路连接，所述的主控系统与安装在所述的动力水管上的动力水阀门通过动力水阀门控制线路连接，在所述的动力水管上安装有压力表，所述的主控系统与所述的压力表通过压力监测线路连接，所述的主控系统与所述的加药计量泵通过加药量控制线路连接，所述的主控系统分别与二氧化氯余量监测线路、接远程控制系统线路连接，所述的主控系统与所述的发生器内的温度传感器通过温度监测线路连接，所述的主控系统与所述的发生器内的液位计通过液位检测线路连接。
所述的大型高纯二氧化氯发生装置，在所述的折流式反应器每层每段管路上的两端底部安装有立式挡板，所述的折流式反应器的反应流路呈多层放置，每层弯曲折返排列，各层之间首尾相接，且在原料液流路中设置挡板。
一种大型高纯二氧化氯发生装置的发生方法，应用蔗糖为还原剂，与氯酸盐在硫酸和氯化钴催化下反应生成二氧化氯；其中所用的反应原料为质量浓度分别为2%~10%的蔗糖，20%~40%的氯酸钠和40%~80%的硫酸，0.5‰~0.1‰氯化钴；发生器运行时反应器内温度为70℃~90℃，反应时间为10~30分钟。
所述的大型高纯二氧化氯发生装置的发生方法，所述的氯酸盐包括氯酸钠或氯酸钾，反应器采用锅炉输出的热水进行循环加热，温度在70~90℃，温度与反应器内的水量均有控制系统进行自动或手动控制；二氧化氯出口端采用气体收集箱将生成的二氧化氯与残液进行分离；发生工艺所用的原料为2%~10%的蔗糖、20%~40%的氯酸钠和40%~80%的硫酸；原料液A为含2%~10%蔗糖的20%~40%氯酸钠溶液，B液为含0.5‰~0.1‰氯化钴的40%~80%浓硫酸。
所述的大型高纯二氧化氯发生装置的发生方法，使用时，将配制好的A液与B液储存于原料桶或原料池中，通过计量泵，按照设定的剂量平均分配到多组并联的折流式反应器的进料口；原料液在折流式反应器中进行推流前进的同时进行反应；在水射器的负压抽吸下，生成的二氧化氯逆流向上运行，在集气箱中与残液分开，进入动力水管，最后投加到接触消毒池中；各组模块的残液在下部的残液收集管中汇集，统一送至残液处置与回用装置；整个装置的原料液进药量、加热温度、循环水量、阀门开合均可根据产量及最后余二氧化氯监测信号由控制系统自动或手动控制，同时通过上位机接口，接水厂主控室进行远程遥控操作。
有益效果：
1.本发明专利与现有二氧化氯发生器相比，采用模块化设计，可以灵活调整发生器的产量，实现了二氧化氯发生器的大型化；使用折流式反应器，在有限的空间内提高了反应效率，使原料的转化率大大提高，达到75%~90%；使用氯酸钠及蔗糖为原料，制备高纯二氧化氯，大大降低了原料成本，产物中二氧化氯的纯度在95%~99%，本发明的二氧化氯原料成本在1.6万元/吨纯二氧化氯，远低于现有二氧化氯发生技术。
2本发明具有成本低、纯度高、转化率高、结构简单、操作便捷、运行稳定和安全可靠的优点，同时采用模块化设计理念，其产量可在1~100kg/h（甚至更高）的产量范围内调整。
3.本发明的折流式反应器的气体收集箱见附图6，进料口与二氧化氯出气口在气箱的斜对角，下底板以一定角度倾斜，使蒸发出的水汽及残液流回反应器。A液和B液通过进料口向下的小弯头进入反应器，防止被负压吸出。
4.本发明的折流式反应器，各层间可以呈平行或一定倾角排布，流路全程封闭，断面可采用方形、圆形、多边形等形式。各层间相串联，每段流路的两端均设有挡板，以增加反应的停留时间。反应液经A液加药管和B液加药管进入后，在以水平及斜拉方向折返排列的流路中混合并反应，延长了反应时间，使反应进行得更加完全，保障了原料的转化率。反应器以单元室组合方式进行组装，每个单元室均由折流式反应器、气体收集箱、加药装置、残液排放、空气进气管构成，根据应用情况不同，可以选择不同数量及规格的模块组合，以满足产量要求。
5.本发明专利采用多级并联的折流式反应器以蔗糖及氯酸钠、和含氯化钴的硫酸为反应原料，采用热水锅炉对反应器进行加热，保证反应温度在70~90℃，制备的二氧化氯经集气箱与残液分离。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明的折流式反应器的结构示意图。
附图3是本发明的折流式反应器的另一种形式的结构示意图。
附图4是本发明的折流式反应器的层与层连接处的放大示意图。
附图5是本发明的折流式反应器的层与层连接处的另一种形式的放大示意图。
附图6是本发明的气体收集箱的结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：
一种大型高纯二氧化氯发生装置，其组成包括:发生器1，所述的发生器包括一组反应单元室2，在所述的反应单元室内安装有折流式反应器3，所述的折流式反应器与反应器进气口4连接，所述的反应单元室与气体收集箱5连接，所述的气体收集箱分别与加药计量泵6、水射器7连接，所述的水射器安装在动力水管8上，所述的发生器与热水锅炉9分别通过热水出水管10、发生器进水管11连接，主控系统12分别与所述的加药计量泵、所述的发生器、所述的动力水管、所述的热水锅炉连接。
实施例2：
根据实施例1所述的大型高纯二氧化氯发生装置，所述的加药计量泵分别与A液加药管13、B液加药管14连接，所述的气体收集箱分别与所述的A液加药管、所述的B液加药管连接，所述的气体收集箱安装在所述的折流式反应器上端。
实施例3：
根据实施例1或2所述的大型高纯二氧化氯发生装置，所述的折流式反应器与残液收集管15连接，所述的热水锅炉与所述的主控系统通过锅炉运行状态检测及控制线路16连接，所述的主控系统与安装在所述的动力水管上的动力水阀门17通过动力水阀门控制线路18连接，在所述的动力水管上安装有压力表19，所述的主控系统与所述的压力表通过压力监测线路20连接，所述的主控系统与所述的加药计量泵通过加药量控制线路21连接，所述的主控系统分别与二氧化氯余量监测线路22、接远程控制系统线路23连接，所述的主控系统与所述的发生器内的温度传感器通过温度监测线路24连接，所述的主控系统与所述的发生器内的液位计通过液位检测线路25连接。
实施例4：
根据实施例1或2或3所述的大型高纯二氧化氯发生装置，在所述的折流式反应器每层每段流路上的两端底部安装有立式挡板，所述的折流式反应器的反应流路呈多层放置，每层弯曲折返排列，各层之间首尾相接，且在原料液流路中设置挡板。
实施例5：
上述的大型高纯二氧化氯发生装置的发生方法，应用蔗糖（甘蔗糖或甜菜糖）为还原剂，与氯酸盐（氯酸钠或氯酸钾）在硫酸和氯化钴催化下反应生成二氧化氯；其中所用的反应原料为质量浓度分别为2%~10%的蔗糖，20%~40%的氯酸钠和40%~80%的硫酸，0.5‰~0.1‰氯化钴；发生器运行时反应器内温度为70℃~90℃，反应时间为10~30分钟。
实施例6：
根据实施例5所述的大型高纯二氧化氯发生装置的发生方法，反应器采用锅炉输出的热水进行循环加热，温度在70~90℃，温度与反应器内的水量均有控制系统进行自动或手动控制；二氧化氯出口端采用气体收集箱将生成的二氧化氯与残液进行分离；发生工艺所用的原料为2%~10%的蔗糖、20%~40%的氯酸钠和40%~80%的硫酸；原料液A为含2%~10%蔗糖的20%~40%氯酸钠溶液，B液为含0.5‰~0.1‰氯化钴的40%~80%浓硫酸。
实施例7：
根据实施例5或6所述的大型高纯二氧化氯发生装置的发生方法，使用时，将配制好的A液与B液储存于原料桶或原料池中，通过计量泵，按照设定的剂量平均分配到多组并联的折流式反应器的进料口；原料液在折流式反应器中进行推流前进的同时进行反应；在水射器的负压抽吸下，生成的二氧化氯逆流向上运行，在集气箱中与残液分开，进入动力水管，最后投加到接触消毒池中；各组模块的残液在下部的残液收集管中汇集，统一送至残液处置与回用装置；整个装置的原料液进药量、加热温度、循环水量、阀门开合均可根据产量及最后余二氧化氯监测信号由控制系统自动或手动控制，同时通过上位机接口，接水厂主控室进行远程遥控操作。
实施例8：
所述的大型高纯二氧化氯发生装置，见附图1所示，反应装置的核心结构为折流式反应器，反应流路呈多层放置，每层弯曲折返排列，各层之间首尾相接，且在原料液流路中设置挡板。折流式反应器材质为氯化聚氯乙烯（CPVC）材质或优质的聚丙烯（PP）。
实施例9：
所述的大型高纯二氧化氯发生装置，以每排4段为例，附图2、附图3为折流式往返斜拉反应流路的俯视图，两层间的连接形式见附图4、附图5。
Claims (6)
1.一种大型高纯二氧化氯发生装置，其组成包括:发生器，其特征是：所述的发生器包括一组反应单元室，在所述的反应单元室内安装有折流式反应器，所述的折流式反应器与反应器进气口连接，所述的反应单元室与气体收集箱连接，所述的气体收集箱分别与加药计量泵、水射器连接，所述的水射器安装在动力水管上，所述的发生器与热水锅炉分别通过热水出水管、发生器进水管连接，主控系统分别与所述的加药计量泵、所述的发生器、所述的动力水管、所述的热水锅炉连接，在所述的折流式反应器每层每段管路上的两端底部安装有立式挡板。
2.根据权利要求1所述的大型高纯二氧化氯发生装置，其特征是：所述的加药计量泵分别与A液加药管、B液加药管连接，所述的气体收集箱分别与所述的A液加药管、所述的B液加药管连接，所述的气体收集箱安装在所述的折流式反应器上端。
3.根据权利要求1或2所述的大型高纯二氧化氯发生装置，其特征是：所述的折流式反应器与残液收集管连接，所述的热水锅炉与所述的主控系统通过锅炉运行状态检测及控制线路连接，所述的主控系统与安装在所述的动力水管上的动力水阀门通过动力水阀门控制线路连接，在所述的动力水管上安装有压力表，所述的主控系统与所述的压力表通过压力监测线路连接，所述的主控系统与所述的加药计量泵通过加药量控制线路连接，所述的主控系统分别与二氧化氯余量监测线路、接远程控制系统线路连接，所述的主控系统与所述的发生器内的温度传感器通过温度监测线路连接，所述的主控系统与所述的发生器内的液位计通过液位检测线路连接。
4.一种权利要求1至3之一所述的大型高纯二氧化氯发生装置的发生方法，其特征是：应用蔗糖为还原剂，与氯酸盐在硫酸和氯化钴催化下反应生成二氧化氯；其中所用的反应原料为质量浓度，分别为2%~10%的蔗糖，20%~40%的氯酸钠和40%~80%的硫酸，0.5‰~0.1‰氯化钴；发生器运行时反应器内温度为70℃~90℃，反应时间为10~30分钟。
5.根据权利要求4所述的大型高纯二氧化氯发生装置的发生方法，其特征是：所述的氯酸盐，包括氯酸钠或氯酸钾，反应器采用锅炉输出的热水进行循环加热，温度在70~90℃，温度与反应器内的水量均有控制系统进行自动或手动控制；二氧化氯出口端采用气体收集箱将生成的二氧化氯与残液进行分离；发生工艺所用的原料为2%~10%的蔗糖、20%~40%的氯酸钠和40%~80%的硫酸；原料液A为含2%~10%蔗糖的20%~40%氯酸钠溶液，B液为含0.5‰~0.1‰氯化钴的40%~80%浓硫酸。
6.根据权利要求4或5所述的大型高纯二氧化氯发生装置的发生方法，其特征是：使用时，将配制好的A液与B液储存于原料桶或原料池中，通过计量泵，按照设定的剂量平均分配到多组并联的折流式反应器的进料口；原料液在折流式反应器中进行推流前进的同时进行反应；在水射器的负压抽吸下，生成的二氧化氯逆流向上运行，在集气箱中与残液分开，进入动力水管，最后投加到接触消毒池中；各组模块的残液在下部的残液收集管中汇集，统一送至残液处置与回用装置；整个装置的原料液进药量、加热温度、循环水量、阀门开合均可根据产量及最后余二氧化氯监测信号由控制系统自动或手动控制，同时通过上位机接口，接水厂主控室进行远程遥控操作。
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