CN105152135A - 一种远红外加热新型结构的二氧化氯发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，包括主反应器(1)、曝气盘(2)、远红外石英加热器(3)、低温反应器(4)、原料进料管(6)、出气管(9)、出液管(10)、抽吸管(11)、曝气管(12)和空气调节管(13)；所述曝气盘(2)设置在所述主反应器(1)的内部的下部，所述远红外石英加热器(3)固定在所述主反应器(1)的顶部并深入到所述主反应器(1)内。本发明所述远红外加热新型结构的二氧化氯发生器不仅大大提升了发生器的原料转化率，电耗明显降低，更加安全可靠，而且整体结构大大简化，制造成本明显下降，有利于二氧化氯发生器在水处理领域更为广泛地推广应用。

Description

一种远红外加热新型结构的二氧化氯发生器

技术领域

本发明涉及化工机械领域，特别是涉及一种远红外加热新型结构的二氧化氯发生器。

背景技术

二氧化氯是一种国际卫生组织公认的优良的杀菌剂、高效漂白剂和强氧化剂，在我国水处理领域的应用推广已有二十余年的历史。目前已成为水处理工艺中杀菌消毒、灭藻除味、脱色降解的主流药剂。

二氧化氯发生器是制备二氧化氯的专用设备。在大多数以氯酸盐为主原料的化学法制备工艺中，为满足该吸热反应条件，需要给化学反应提供足够的热量，来确保反应完全彻底，原料转化率最高，原料消耗最低，减少和避免未反应的原料造成对水体的污染。同时，特别是在以氯酸钠和盐酸为原料制备混合二氧化氯的方法中(NaClO₃+2HCl→ClO+1/2Cl₂+NaCl+H₂O)，为减少氯气的生成、提高二氧化氯的收率，一般采用低高温两段反应方式，在低温段使二氧化氯生成量最多，在高温段确保原料转化最完全。因此，加热技术和低高温两段反应技术是二氧化氯发生器的关键技术。

目前，国内二氧化氯发生器现有的加热技术主要有水浴加热、干式加热、原料加热、空气预加热和直接加热等5种方式，但这些方式存在如下缺陷和不足：

水浴加热方式，即反应器装配在一个带有电加热管的水箱内，通过加热水箱内的水，向反应器内提供热量。干式加热式，是将电加热带或电加热瓦(圈)置于反应器外部，给反应器提供热量。这两种加热方式均为间接加热，存在热传递效果差，电耗高，对反应器材质的导热性要求高，造价高，加工复杂等缺陷。

原料加热方式，是将原料加热到一定的温度，然后将热原料进入反应器反应。该方式存在进料温度高，较难控制反应进程，易出现安全事故。同时，对于原料如：浓度为31％的盐酸，加热后会造成挥发污染，原料利用率降低，安全性差。

空气加热方式，是利用电加热器先将空气加热，然后通过加热后的空气给反应器内的反应液加热。该方式由于空气的比热小，空气加热的装置要做的较大，设备也庞大复杂、造价高。

直接加热方式，即将电加热管置于反应器内部或在反应器外部设置电磁感应器，对反应液直接加热，这种方式加热效率较高，但也存在一些不足。例如：

中国专利201020256201.5提供了一种带内加热器的二氧化氯发生器，其加热器实际上是一种电加热管，因浸入到反应液内，为了防腐其外壳采用氟塑料或钛制作。氟塑料电加热管由于其表面喷涂或外衬氟塑料，使导热效率大大降低，为保证提供足够的热量，加热器的表面积必须加大，从而使加热器的体积大大增加，随之的反应器体积也将明显增大，因此存在造价高、设备笨重、气相二氧化氯停留空间变大，造成安全性差。钛材加热器虽然导热效果好，但造价高，且一旦出现盐酸过量，将会迅速被腐蚀而损坏。

中国专利ZL201320874407.8提供了一种二氧化氯发生器电磁感应加热设备，其在反应器外安装电磁感应加热器，对反应器内的物料进行加热，热效率较高。但由于电磁感应必须借助金属才能发热，而二氧化氯及其反应液均具有较强的腐蚀性，因此，必须采用钛材等特种金属材料来制作反应器，从而使反应器造价大大增加，且钛材存在不耐盐酸腐蚀的缺陷，会导致反应器寿命短；其控制系统及散热系统的防腐问题也较为复杂。

在低高温两段反应现有技术中，主要采用将各自带加热系统的反应器串联起来，实现双温反应控制，如中国专利CN102976272B、CN201574084U等。这种结构方式不仅存在多个加热器电耗高、制造及控制复杂、而且串联方式存在物料管路易堵塞、二氧化氯气相移出受阻等缺陷，由于二氧化氯具有爆炸性，管路堵塞严重时会导致二氧化氯发生器安全事故发生，使发生器的可靠性和安全性大大降低。

发明内容

针对加热和两段双温反应现有技术存在的上述缺陷和不足，本发明提供了一种结构更加简单、能耗更低、设备制造简易、运行成本更低的远红外直接加热反应液技术，和两段反应器套装叠加、制造方便、共用一个加热源、更加安全的新型结构的高效二氧化氯发生器。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，包括主反应器、曝气盘、远红外石英加热器、低温反应器、原料进料管、出气管、出液管、抽吸管、曝气管和空气调节管；所述曝气盘设置在所述主反应器的内部的下部，所述远红外石英加热器固定在所述主反应器的顶部并深入到所述主反应器内，所述低温反应器过支撑架固定在主反应器内部的上部，所述原料进料管穿过所述主反应器的顶部与所述低温反应器的顶部相连通，所述出气管设置在所述主反应器的顶部。

本发明所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其中，在所述主反应器和低温反应器的下部分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器。

本发明所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其中，在所述主反应器的顶部设置有泄压管和真空传感器。

本发明所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其中，在所述曝气盘上设置有多个圆锥形孔，孔径为2～6mm，所述曝气盘由氟塑料制成。

本发明所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其中，所述远红外石英加热器包括石英管和其内部的金属发热体，所述远红外石英加热器采用填料函式结构固定在所述主反应器的顶部，所述填料函式结构由PVC、CPVC或氟塑料制成。

本发明所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其中，所述主反应器由PVC或CPVC材料制成，外部设置有保温材料。

本发明所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其中，所述低温反应器为圆柱体空心结构，内装耐腐蚀填料，所述低温反应器的顶部和底部各开有直径为20～50mm的通气孔，所述低温反应器由氟塑料制成。

本发明所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其中，所述抽吸管分别与所述出气管和所述出液管相连通，所述的空气调节管穿过所述主反应器与所述低温反应器的下部相连通，所述空气调节管上设置有空气调节阀。

本发明所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器还设置有母液循环系统，包括母液循环泵，其进料口通过母液出料管与所述主反应器的下部相连通，出料口通过母液进料管与所述原料进料管相连通。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过采用远红外石英加热器直接加热反应液的新型加热方式，一方面解决了目前间接式加热存在的热效率低、能耗高、对反应器材质导热性要求高的缺陷，使反应器的加工成本大大降低，反应液的最佳加热温度非常容易的得到了实现，确保了最高的原料转化率，发生器的运行成本大大降低；由于远红外石英加热器的外壳材质为石英玻璃，对盐酸、氯气、二氧化氯具有极强的耐腐性能，解决了钛加热管不耐盐酸的不足，使寿命大大提高；另一方面，本发明采用的远红外石英加热器利用乳白石英玻璃吸收来自电热丝辐射的几乎全部的可见光和近红外光，使之转化为远红外辐射，具有体积小、造价低、安装简便的特点，在电耗上较传统的电加热管节电最高可达到30％；另外还具有升温快、即开即停、无热惯性，大大降低了二氧化氯在热惯性存在下的分解爆炸危险，使二氧化氯发生器的安全性大大提升；本发明为防止出现石英加热管可能出现干烧的现象，采用了反应液达到一定液位后自流式出料方式，使石英管的加热区始终处于反应液液相中，实用安全可靠。

2、本发明通过采用将两段反应器套装叠加的新型结构，实现了低温反应器产生的二氧化氯、氯气迅速顺畅地被抽吸管抽走，反应液直接流入到下方的主反应器内，进行进一步地反应，这样一方面解决了传统串联式结构、制造复杂成本高、连接管路易物料堵塞及二氧化氯气相移出受阻等缺陷，使发生器的制造成本大大降低，安全性大大提升；另一方面本发明采用两段反应器共用一个加热源，即共用主反应器加热源，主反应器加热的热量通过气相提供给低温反应器，为实现有效的控制低温反应器的温度，采用了通入冷空气来调节温度的方法，这种新型方式极大地节约并充分地利用了能源，较串联式结构的电能消耗大大降低；其次在安全方面，由于采用了通入冷空气来调节低温反应器温度，使主反应器的上部气相温度大大降低，避免了二氧化氯热分解的危险，提升了设备的安全性。

本发明通过采用高效的加热技术和新型的反应器结构设计，使二氧化氯发生器的整体结构大大简化，制造成本明显下降，综合运行成本降低，且更加安全可靠，可以大大节约设备的投资，有利于本设备在我国水处理领域更为广泛的推广应用。

附图说明

图1为本发明实例1中远红外加热新型结构的二氧化氯发生器的结构示意图；

图2为本发明实例2中远红外加热新型结构的二氧化氯发生器的结构示意图；

图3为本发明低温反应器的另一种塔板式结构示意图。

图中，1主反应器、2曝气盘、3远红外石英加热器、4低温反应器、5支撑架、6原料进料管、7泄压管、8真空传感器、9出气管、10出液管、11抽吸管、12曝气管、13空气调节管、14第一温度传感器、15第二温度传感器、16空气调节阀、17母液循环泵、18母液出料管、19母液进料管。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步说明：

实例1

如图1和图3所示，本发明一种远红外加热新型结构的二氧化氯发生器包括主反应器1、曝气盘2、远红外石英加热器3、低温反应器4、支撑架5、原料进料管6、出气管9、出液管10、抽吸管11、曝气管12和空气调节管13；曝气盘2设置在反应器1的内部的下部，远红外石英加热器3固定在主反应器1的顶部并深入到反应器1内，低温反应器4安装在主反应器1内部，通过支撑架5固定在主反应器1的内上部，原料进料管6从主反应器1的顶部穿入后与低温反应器4的顶部相连通，出气管9设置在主反应器1的顶部，出液管10设置在主反应器1的上部并伸入到主反应器1的内部，抽吸管11分别与出气管9和出液管10相连通，曝气管12与反应器1的底部相连通，空气调节管13从主反应器1的外部穿入后与低温反应器4的下部相连通。

在主反应器1的下部和低温反应器4的上部分别设置有第一温度传感器14和第二温度传感器15；在主反应器1的顶部设置有泄压管7和真空传感器8；在曝气盘2上设置有多个锥形孔，孔径为2～6mm，曝气盘2由氟塑料制成；远红外石英加热器3包括石英管(乳白色管状)和其内部的金属发热体，远红外石英加热器3采用填料函式结构、螺纹连接方式固定在主反应器1的顶部，填料函式结构由PVC、CPVC或氟塑料制成；主反应器1由PVC或CPVC材料制成，外部设置有保温材料；低温反应器4为圆柱体空心结构，内装耐腐蚀填料，顶部和底部各开有直径为20～50mm的通气孔，原料进料管6与其顶部相连接，低温反应器4由氟塑料制成，支撑架5为三角形，由氟塑料支撑；出液管10和出气管9由PVC与氟塑料组合材料制成，抽吸管11为CPVC材料。

本发明一种远红外加热新型结构的二氧化氯发生器的工作方法是：

在二氧化氯发生器运行时，反应原料氯酸盐溶液和盐酸通过原料进料管6进入低温反应器4，在低温反应器4内进行反应，反应产生二氧化氯、氯气和钠盐等，二氧化氯、氯气通过出气管9被抽吸管11迅速抽出，未反应完全的原料和溶于其中的钠盐靠重力落入主反应器1内继续进行反应，根据温度传感器15测到的低温反应器4的温度，通过空气调节管13上的调节阀16的开度大小，自动控制调节低温反应器4的温度为40-45℃。

由曝气管12向主反应器1内进入空气，由远红外石英加热器3提供热量，并自动控制主反应温度为69-71℃，从而对进入主反应器1内的反应液进行负压曝气反应，反应产生的二氧化氯、氯气气体经出气管9被抽吸管11抽走，同时反应完成后反应液达到一定液位后自动地由出液管10流出，并被抽吸管11抽走。被抽气管11抽走的二氧化氯气体和反应完成后的反应液一起投加到待处理的水体中，用于消毒等处理。主反应器1下部安装的温度传感器14，用来测定主反应液温度，并在温度超过设定温度时自动报警并停机。主反应器1顶部安装的真空度传感器8，用于随时测量主反应器内的真空压力，当欠压时自动报警并停机。主反应器1顶部安装的泄压管7，起到反应器超压时的自动泄压作用。

实例2

本实例与实例1基本相同，不同之处是，如图2和图3所示，本实例中的主反应器1外还设有与低温反应器4相连通的母液循环系统。该循环系统包括母液循环泵17，母液循环泵17的进料口通过母液出料管18与主反应器1的下部相连通，母液循环泵17的出料口通过母液进料管19与原料进料管6相连通。循环系统运行时，主反应器1内的母液依次经过母液出料管18、母液循环泵17和母液进料管19与原料进料管6相连通后进入低温反应器4，其作用是，一方面将一部分母液中的尚未完全反应的原料再次进入低温反应器4进行反应，以进一步提高原料转化率，另一方面利用带有温度的母液来提升和调节低温反应器4的反应温度。

本实例中的其他部分与实例1相同。

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 (9)

1.一种远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其特征在于：包括主反应器(1)、曝气盘(2)、远红外石英加热器(3)、低温反应器(4)、原料进料管(6)、出气管(9)、出液管(10)、抽吸管(11)、曝气管(12)和空气调节管(13)；所述曝气盘(2)设置在所述主反应器(1)的内部的下部，所述远红外石英加热器(3)固定在所述主反应器(1)的顶部并深入到所述主反应器(1)内，所述低温反应器(4)通过支撑架(5)固定在主反应器(1)内部的上部，所述原料进料管(6)穿过所述主反应器(1)的顶部与所述低温反应器(4)的顶部相连通，所述出气管(9)设置在所述主反应器(1)的顶部。

2.根据权利要求1所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其特征在于：在所述主反应器(1)和低温反应器(4)的下部分别设置有第一温度传感器(14)和第二温度传感器(15)。

3.根据权利要求2所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其特征在于：在所述主反应器(1)的顶部设置有泄压管(7)和真空传感器(8)。

4.根据权利要求1所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其特征在于：在所述曝气盘(2)上设置有多个圆锥形孔，孔径为2～6mm，所述曝气盘(2)由氟塑料制成。

5.根据权利要求1所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其特征在于：所述远红外石英加热器(3)包括石英管和其内部的金属发热体，所述远红外石英加热器(3)采用填料函式结构固定在所述主反应器(1)的顶部，所述填料函式结构由PVC、CPVC或氟塑料制成。

6.根据权利要求1所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其特征在于：所述主反应器(1)由PVC或CPVC材料制成，外部设置有保温材料。

7.根据权利要求1所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其特征在于：所述低温反应器(4)为圆柱体空心结构，内装耐腐蚀填料，所述低温反应器(4)的顶部和底部各开有直径为20～50mm的通气孔，所述低温反应器(4)由氟塑料制成。

8.根据权利要求1所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其特征在于：所述抽吸管(11)分别与所述出气管(9)和所述出液管(10)相连通，所述的空气调节管(13)穿过所述主反应器(1)与所述低温反应器(4)的下部相连通，所述空气调节管(13)上设置有空气调节阀(16)。

9.根据权利要求1所述的远红外加热新型结构的二氧化氯发生器，其特征在于：还设置有母液循环系统，包括母液循环泵(17)，其进料口通过母液出料管(18)与所述主反应器(1)的下部相连通，出料口通过母液进料管(19)与所述原料进料管(6)相连通。