CN104229740A - 一种二氧化氯气体制备系统及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化氯气体制备系统，包括控制柜、混合器(10)、气体发生器(1)和抽气器(7)；所述气体发生器(1)为回转式，所述气体发生器(1)进口端与所述混合器(10)出口相连接，所述气体发生器(1)出口端通过出气管(6)与所述抽气器(7)入口相连接；所述气体发生器(1)出口端设置有进水管(4)和压力传感器(5)；所述压力传感器(5)与所述控制柜相连。本发明还公开了一种二氧化氯气体的制备方法。本发明二氧化氯气体制备系统操作简便，安全性强，运行稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体制备系统及其制备方法，特别是涉及一种二氧化氯气体制备系统及其制备方法。
背景技术
在我国，自上个世纪八十年代起就开始进行研发二氧化氯气体发生器，至今已经二十多年了。二氧化氯气体发生器的研发从起步就是针对混合二氧化氯气体的制备方法进行的，所以，目前市场上的二氧化氯气体发生器大多数仍然都是以混合型二氧化氯气体发生器为主。但是，随着经济的发展，环保要求的不断提高，高纯二氧化氯气体发生器对许多水体的杀菌、消毒，特别是对有特殊要求的，如：除氰、除镍、脱色的水体处理等方面都有着一定的市场需求，可起到着重要作用，是混合二氧化氯气体发生器不能比拟的，因此，高纯二氧化氯气体发生器在国内便开始进行研发了。
高纯二氧化氯气体的制备方法有许多，一开始研发的纯发生器就是全部采用的亚氯酸钠法，这是由于该法工艺简易，操作方便，反应器结构简单，设备造价低廉所致。但是，该法的最大缺陷就是制备成本高，并且，在设计中或使用中，还会由于设计、操作不当等因素，造成爆炸，导致设备损坏的后果，直接影响到安全生产问题。
亚氯酸钠法制备二氧化氯气体的反应原理如下：
5NaClO2+4HCl＝4ClO2+5NaCl+2H2O
近年来，随着国民经济的快速发展，高纯二氧化氯气体发生器在水处理领域又有了较大的市场需求，并得到了快速的发展，因此，随着氯酸钠法高纯发生器的相继研发，不断满足了市场的发展。反应器结构相对简易的亚氯酸钠法高纯发生器，也是国内最常规的一种发生器，因设备投资低，效果也不差，在当前市场上仍具有不少的客户群。所以，对亚氯酸钠法制备高纯二氧化氯气体发生器有必要进行再次研发，对反应器进行一次突破性设计，以增强安全性，完善工艺参数，提高设备性能，减少对水体的二次污染，更好地满足市场及不同客户的需要。
发明内容
本发明提供了一种可以在常温下制备高纯二氧化氯气体的二氧化氯气体制备系统。
本发明还提供了一种二氧化氯气体的制备方法
一种二氧化氯气体制备系统，包括控制柜、混合器、气体发生器和抽气器；气体发生器为回转式，气体发生器进口端与混合器出口相连接，气体发生器出口端通过出气管与抽气器入口相连接；气体发生器出口端设置有进水管和压力传感器；压力传感器与控制柜相连。
本发明所述的二氧化氯气体制备系统，其中，气体发生器包括第一水平管道、第二水平管道、第一竖直管道、第二竖直管道和第三竖直管道；第一竖直管道顶端和第三竖直管道顶端通过第一水平管道相连通，第二竖直管道底端和第三竖直管道底端通过第二水平管道相连通；第一水平管道的中段上部安装有安全阀，安全阀底部连接有安全管道，安全管道与出气管相连通。
本发明所述的二氧化氯气体发生器，其中，第一竖直管道底端为气体发生器进口端，第二竖直管道顶端为气体发生器出口端。
本发明所述的二氧化氯气体制备系统，其中，混合器为静态混合器，静态混合器进口端设有亚氯酸钠溶液输送管和盐酸溶液输送管。
本发明所述的二氧化氯气体发生器，其中，气体发生器外部设有防爆筒。
一种二氧化氯气体的制备方法，包括如下步骤：
A、将料液和气体发生器进行预处理，料液为亚氯酸钠溶液和盐酸溶液；
B、将经过预处理的料液注入气体发生器中进行回转式混合，料液在常温下反应产生二氧化氯气体，反应的时间为0.4～0.8h；
C、将二氧化氯气体和反应后的料液通过抽气器抽出。
本发明所述二氧化氯气体的制备方法，其中，步骤A具体包括如下步骤：
先通过进水管将气体发生器中注满清水，然后将质量分数为8％的亚氯酸钠溶液和质量分数为8～9％的盐酸溶液按照摩尔比为：：2.4～1：2.75的比例通过亚氯酸钠溶液输送管和盐酸溶液输送管注入静态混合器，在静态混合器中进行预混合。
本发明所述二氧化氯气体的制备方法，其中，步骤B具体包括如下步骤：
料液在静态混合器中进行预混合后从气体发生器的进口端注入气体发生器中，在其中反应产生二氧化氯气体，料液在气体发生器中的反应温度为常温，反应时间为0.4～0.8h；然后用抽气器将二氧化氯气体和反应后的料液抽出，测定二氧化氯气体纯度，二氧化氯气体纯度≥98％。
本发明所述二氧化氯气体的制备方法，其中，料液在气体发生器中进行回转式混合、反应时，压力传感器将气体发生器内部压力数据传输到控制柜上，当气体发生器内部压力高于一个标准大气压时，控制柜控制静态混合器进口端自动停止进料，当内部压力继续升高时，安全阀会自动打开。
本发明所述二氧化氯气体的制备方法，其中，质量分数为8％的亚氯酸钠溶液和质量分数为8～9％的盐酸溶液的体积比为1:1。
本发明与现有技术不同之处在于：
本发明亚氯酸钠法的纯二氧化氯气体发生器与原纯发生器相比，主要优点是：通过控制盐酸溶液的浓度进一步保证了反应母液的H+浓度，回转式气体发生器提高了混合效果，压力传感器将压力数据传输到控制柜上，控制柜可以控制混合器进口处料液注入，另外安装安全阀也增强了设备的安全性，可有效地提高设备的原料转化率，确保产品纯度和制备成本。该设备自控水平高，操作简便，安全性强，运行稳定。本发明二氧化氯气体制备系统与市场上原二氧化氯气体发生器的最大区别就是改变了传统的简单反应器形式，采用了回转式气体发生器，使反应母液的运动和混合状态发生了改变。同时，按照反应工程理论，设置了预混段，采用了静态混合技术，更增强了反应的快速、顺利进行，其结果可提高原料转化率，是一种新型的反应器。本发明方法制备出高纯度的二氧化氯气体(纯度大于98％)，应用于所需要处理的水体中，可有效地进行杀菌、消毒、除氰、除镍、深度脱色等。
本发明二氧化氯气体制备系统改变了原单一简单的直管式反应器形式，采用回转式二氧化氯气体发生器，在不断回转折流下，使反应母液得到充分混合。同时，在静态混合器作用下，更加促进了反应母液的混合状态和反应效果。另外，虽然都是采用常规的PVC材料，但是，回转式气体发生器采用了直径较小的规格，相对增加了材料的强度，并在反应器整体外又增设了一个防爆筒，使强度得到了进一步的提高，增加了安全性。该设备整体结构紧凑，体积小，在反应中不断改变反应母液的混合状态，保证了在常温下增强反应的快速进行，大大促进了原料转化率的提高，可达到95％以上。
下面结合附图对本发明的二氧化氯气体制备系统作进一步说明。
附图说明
图1为本发明一种二氧化氯气体制备系统的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种二氧化氯气体制备系统，包括控制柜、混合器10、气体发生器1和抽气器7；气体发生器1为回转式，气体发生器1进口端与混合器10出口相连接，气体发生器出口端通过出气管6与抽气器7入口相连接；气体发生器出口端设置有进水管4和压力传感器5；压力传感器与控制柜相连。
以上方案已经可以完成高纯度二氧化氯气体的制备，在此基础上给出优选方案：
气体发生器1包括第一水平管道11、第二水平管道12、第一竖直管道13、第二竖直管道14和第三竖直管道15；第一竖直管道13顶端和第三竖直管道15顶端通过第一水平管道11相连通，所述第二竖直管道14底端和所述第三竖直管道15底端通过所述第二水平管道12相连通；气体发生器水平段11的中段上部安装有安全阀3；安全阀3底部连接有安全管道16，安全管道16与出气管6相连通；混合器10为静态混合器，静态混合器进口设有亚氯酸钠溶液输送管8和盐酸溶液输送管9；气体发生器1外部设有防爆筒2。
实施例2
一种采用实施例1二氧化氯气体制备系统制备高纯度二氧化氯气体的方法，包括如下步骤：
A、将料液和气体发生器进行预处理：先通过进水管4将气体发生器1中注满清水，然后将质量分数为8％的亚氯酸钠溶液和质量分数为8～9％的盐酸溶液按照摩尔比为1：2.4～1：2.75的比例通过亚氯酸钠溶液输送管8和盐酸溶液输送管9注入静态混合器10，在静态混合器10中进行预混合；
B、料液在静态混合器10中进行预混合后从气体发生器1的进口端注入气体发生器1中，在其中反应产生二氧化氯气体，料液在气体发生器1中的反应温度为常温，反应时间为0.4～0.8h；然后用抽气器7将二氧化氯气体和反应后的料液抽出，测定二氧化氯气体纯度，二氧化氯气体纯度≥98％；
料液在气体发生器中进行回转式混合、反应时，压力传感器5将气体发生器1内部压力数据传输到控制柜上；当气体发生器1内部压力高于一个标准大气压时，控制柜控制静态混合器进口端自动停止进料；当内部压力继续升高时，安全阀会自动打开；
C、将二氧化氯气体和反应后的料液通过混合管道抽出。
实施例3
一种采用实施例1二氧化氯气体制备系统制备高纯度二氧化氯气体的方法，包括如下步骤：
A、将料液和气体发生器进行预处理：先通过进水管4将气体发生器1中注满清水，然后将质量分数为8％的亚氯酸钠溶液和质量分数为8％的盐酸溶液按照摩尔比为1：2.42的比例通过亚氯酸钠溶液输送管8和盐酸溶液输送管9注入静态混合器10，在静态混合器10中进行预混合；
B、料液在静态混合器10中进行混合后从气体发生器1的进口端注入气体发生器1中，在其中反应产生二氧化氯气体，料液在气体发生器1中的反应温度为常温，反应时间为0.4h；然后用抽气器7将二氧化氯气体和反应后的料液抽出，测定二氧化氯气体纯度，二氧化氯气体纯度为98.2％；
料液在气体发生器中进行回转式混合、反应时，压力传感器5将气体发生器1内部压力数据传输到控制柜上；当气体发生器1内部压力高于一个标准大气压时，控制柜控制静态混合器进口端自动停止进料；当内部压力继续升高时，安全阀会自动打开；
C、将二氧化氯气体和反应后的料液通过混合管道抽出。
在二氧化氯气体制备过程中，对亚氯酸钠的转化率进行测定，检测结果：亚氯酸钠转化率为95.3％。
实施例4
一种采用实施例1二氧化氯气体制备系统制备高纯度二氧化氯气体的方法，包括如下步骤：
A、将料液和气体发生器进行预处理：先通过进水管4将气体发生器1中注满清水，然后将质量分数为8％的亚氯酸钠溶液和质量分数为8.5％的盐酸溶液按照摩尔比为1：2.57的比例通过亚氯酸钠溶液输送管8和盐酸溶液输送管9注入静态混合器10，在静态混合器10中进行预混合；
B、料液在静态混合器10中进行混合后从气体发生器1的进口端注入气体发生器1中，在其中反应产生二氧化氯气体，料液在气体发生器1中的反应温度为常温，反应时间为0.8h；然后用抽气器7将二氧化氯气体和反应后的料液抽出，测定二氧化氯气体纯度，二氧化氯气体纯度为98.5％；
料液在气体发生器中进行回转式混合、反应时，压力传感器5将气体发生器1内部压力数据传输到控制柜上；当气体发生器1内部压力高于一个标准大气压时，控制柜控制静态混合器进口端自动停止进料；当内部压力继续升高时，安全阀会自动打开；
C、将二氧化氯气体和反应后的料液通过混合管道抽出。
在二氧化氯气体制备过程中，对亚氯酸钠的转化率进行测定，检测结果：亚氯酸钠转化率为95.4％。
实施例5
一种采用实施例1二氧化氯气体制备系统制备高纯度二氧化氯气体的方法，包括如下步骤：
A、将料液和气体发生器进行预处理：先通过进水管4将气体发生器1中注满清水，然后将质量分数为8％亚氯酸钠溶液和质量分数为9％的盐酸溶液按照摩尔比为1：2.75的比例通过亚氯酸钠溶液输送管8和盐酸溶液输送管9注入静态混合器10，在静态混合器10中进行预混合；
B、料液在静态混合器10中进行预混合后从气体发生器1的进口端注入气体发生器1中，在其中反应产生二氧化氯气体，料液在气体发生器1中的反应温度为常温，反应时间为0.6h；然后用抽气器7将二氧化氯气体和反应后的料液抽出，测定二氧化氯气体纯度，二氧化氯气体纯度为98.4％；
料液在气体发生器中进行回转式混合、反应时，压力传感器5将气体发生器1内部压力数据传输到控制柜上；当气体发生器1内部压力高于一个标准大气压时，控制柜控制静态混合器进口端自动停止进料；当内部压力继续升高时，安全阀会自动打开；
C、将二氧化氯气体和反应后的料液通过混合管道抽出。
在二氧化氯气体制备过程中，对亚氯酸钠的转化率进行测定，检测结果：亚氯酸钠转化率为95.5％。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种二氧化氯气体制备系统，其特征在于：包括控制柜、混合器(10)、气体发生器(1)和抽气器(7)；所述气体发生器(1)为回转式，所述气体发生器(1)进口端与所述混合器(10)出口相连接，所述气体发生器(1)出口端通过出气管(6)与所述抽气器(7)入口相连接；所述气体发生器(1)出口端设置有进水管(4)和压力传感器(5)；所述压力传感器(5)与所述控制柜相连。
2.根据权利要求1所述的二氧化氯气体制备系统，其特征在于，所述气体发生器(1)包括第一水平管道(11)、第二水平管道(12)、第一竖直管道(13)、第二竖直管道(14)和第三竖直管道(15)；所述第一竖直管道(13)顶端和所述第三竖直管道(15)顶端通过所述第一水平管道(11)相连通，所述第二竖直管道(14)底端和所述第三竖直管道(15)底端通过所述第二水平管道(12)相连通；所述第一水平管道(11)的中段上部安装有安全阀(3)，所述安全阀(3)底部连接有安全管道(16)，所述安全管道(16)与所述出气管(6)相连通。
3.根据权利要求1所述的二氧化氯气体发生器，其特征在于，所述第一竖直管道(13)底端为所述气体发生器(1)进口端，所述第二竖直管道(14)顶端为所述气体发生器(1)出口端。
4.根据权利要求2所述的二氧化氯气体制备系统，其特征在于，所述混合器(10)为静态混合器，所述静态混合器进口端设有亚氯酸钠溶液输送管(8)和盐酸溶液输送管(9)。
5.根据权利要求1所述的二氧化氯气体发生器，其特征在于，所述气体发生器(1)外部设有防爆筒(2)。
6.一种采用权利要求1-5任意一种所述的二氧化氯气体制备系统制备二氧化氯气体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、将料液和所述气体发生器(1)进行预处理，所述料液为亚氯酸钠溶液和盐酸溶液；
B、将经过预处理的料液注入所述气体发生器(1)中进行回转式混合，所述料液在常温下反应产生二氧化氯气体，所述反应的时间为0.4～0.8h；
C、将所述二氧化氯气体和反应后的料液通过所述抽气器(7)抽出。
7.根据权利要求6所述二氧化氯气体的制备方法，其特征在于，所述步骤A具体包括如下步骤：
先通过所述进水管(4)将所述气体发生器(1)中注满清水，然后将质量分数为8％的亚氯酸钠溶液和质量分数为8～9％的盐酸溶液按照摩尔比为1：2.4～1：2.75的比例通过所述亚氯酸钠溶液输送管(8)和所述盐酸溶液输送管(9)注入所述静态混合器，在所述静态混合器中进行预混合。
8.根据权利要求6所述二氧化氯气体的制备方法，其特征在于，所述步骤B具体包括如下步骤：
所述料液在所述静态混合器(10)中进行预混合后从所述气体发生器(1)的进口端注入所述气体发生器(1)中，在其中反应产生二氧化氯气体，所述料液在所述气体发生器(1)中的反应温度为常温，反应时间为0.4～0.8h；然后用抽气器(7)将所述二氧化氯气体和反应后的料液抽出，测定所述二氧化氯气体纯度，所述二氧化氯气体纯度≥98％。
9.根据权利要求8所述二氧化氯气体的制备方法，其特征在于，所述料液在所述气体发生器中进行回转式混合、反应时，压力传感器(5)将所述气体发生器(1)内部压力数据传输到控制柜上，当所述气体发生器(1)内部压力高于一个标准大气压时，所述控制柜控制所述静态混合器进口端自动停止进料，当内部压力继续升高时，所述安全阀(3)会自动打开。
10.根据权利要求7所述二氧化氯气体的制备方法，其特征在于，所述质量分数为8％的亚氯酸钠溶液和质量分数为8～9％的盐酸溶液的体积比为1:1。
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