CN109231169A - 一种双功能制备二氧化氯的装置及二氧化氯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双功能制备二氧化氯的装置，包括通过溢流管(3)连接的加热器(1)和反应器(5)，在所述加热器(1)的外部设置有电磁感应加热器(2)，在所述反应器(5)的外部设置有恒温伴热带(4)。所述加热器(1)为管式容器，采用不锈钢制成，所述反应器(5)为PVC管式反应器。本发明还公开了采用本发明的装置制备混合二氧化氯和高纯二氧化氯的方法，和使用传统投加器和混合发生器相比，设备一体化了，操作简便，安全性强，运行稳定，在杀菌、消毒方面，可满足各种场所的水处理需要。

Description

一种双功能制备二氧化氯的装置及二氧化氯的制备方法

技术领域

本发明涉及化工领域，特别是涉及一种双功能制备二氧化氯的装置及采用该装置进行二氧化氯制备的方法。

背景技术

我国饮用水的杀菌、消毒，长期以来一直采用Cl₂进行。自二十世纪八十年代末、九十年代初期，被国际上公认的安全、绿色消毒剂——二氧化氯，就开始进入了中国。先是研制出混合二氧化氯发生器，陆续又研制出了高纯二氧化氯发生器，在此基础上，又相继研发出了二氧化氯消毒剂(A剂和B剂)产品等。

自二氧化氯进入了中国后，主要应用领域就是生活饮用水、医院污水、工业循环水的杀菌消毒等，欲逐步取代传统的Cl₂消毒。在实际应用中，水体的杀菌消毒大多数采用混合二氧化氯发生器进行的，其他也有采用高纯二氧化氯发生器的，也有采用二氧化氯消毒剂投加器的，这些都是客户根据不同的要求、不同的用途来确定的。但是，近年来随着国民经济的快速发展，安全、环保都有了进一步的加强，作为制备二氧化氯的原料基本上都属于危化品和制毒危化品，在当前形势下，其生产原料的购买、取证必然有了严格的管控，都受到了不同程度的影响和制约，为此，直接影响到了二氧化氯的应用和推广，迫使一些用户无法采用发生器制备二氧化氯了，而直接采用二氧化氯消毒剂来进行，为了避免再次购买设备，这样就被迫有的用户直接将混合发生器改为投加器来使用，以解决水体的杀菌消毒问题。这样虽然避开了危化品的直接购买问题，也可解决二氧化氯的制备问题，但是，将价格较贵的发生器改为投加器使用，设备成本太高，也是个浪费；即使再购买更换成投加器，也是会增加设备成本的，也是浪费，也仍然解决不了原料的互换问题；同时，对于新用户还存在不知如何选型的问题。在过去30年，不管是混合发生器、高纯发生器，还是投加器，在应用上都是单一功能的设备，它们之间都是不考虑互换的，所以，一直没有一种具有可做发生器，又可作投加器的双功能设备。根据当前形势发展的要求，为了解决用户的杀菌消毒问题，便于灵活选择原料，用户迫切希望能够研制一个具有以上二种功能制备二氧化氯的设备，以满足用户需要，市场的需求。

在国内，水处理采用的二氧化氯发生器大多数是混合二氧化氯，由于其反应液对反应器材质的腐蚀问题，因此，基本采用的都是非金属材料制作，相比之下，比高纯发生器设备成本要低；对于二氧化氯消毒剂投加器一般也都是采用非金属材料制作，所以，双功能设备一般都是满足混合二氧化氯发生器和二氧化氯消毒剂投加器这二种功能的。研制双功能的设备，这是一种新的尝试，在过去30年，之所以一直没有进行双功能的设备的研发，除了形势的要求外，主要具有以下难点：

1.混合二氧化氯发生器在反应中是需要加热的，而二氧化氯消毒剂投加器是不需要加热的，将一个设备设计为这二种功能，关键是加热问题和防腐问题如何解决。目前，混合二氧化氯发生器的加热方法主要有二种，一是水浴加热，二是远红外內加热。其中水浴加热存在电耗高，加热速率慢的缺陷；远红外內加热虽然解决了加热速率慢、电耗高的缺陷，但对产品的质量比影响是很大的，而最终影响产品质量。如果直接采用混合发生器改为投加器使用，上述缺陷都无法避免，还造成设备浪费，因此，设计双功能的设备，是要避开这些问题的，所以，加热方法的选择就是一个关键问题。

2.双功能设备要在保证产品质量的基础上，提高加热效率，那就要采用高效的加热方法，就要必须采用金属材料才可，因此，选用什么材料，来避开反应器的腐蚀问题，采用什么加热方法，又成了另一个关键的问题。

在当前形势下，安全、环保是同等重要的，在保证国家要求的大前提下，当下，满足用户的杀菌、消毒需要，双功能设备是有着一定市场需求的，这是现有的设备所不能及的。因此，双功能设备的研发就是形势发展的需要，是一种创新，一种新的尝试。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双功能制备二氧化氯的装置和采用所述装置制备混合二氧化氯和高纯二氧化氯的方法，所述方法原料可相互替换、实现两种制备的功能。

一种双功能制备二氧化氯的装置，包括通过溢流管连接的加热器和反应器，在所述加热器的外部设置有电磁感应加热器，在所述反应器的外部设置有恒温伴热带。

本发明所述的双功能制备二氧化氯的装置，其中，所述加热器为管式容器，采用不锈钢制成，所述反应器为PVC管式反应器。

本发明所述的双功能制备二氧化氯的装置，其中，所述加热器与第一物料输送管路相连，所述反应器分别与第二物料输送管路、曝气管和抽气管相连，所述加热器和所述反应器分别与泄压管相连，在所述反应器的内部的上部设置有横向折流板，所述第二物料输送管路和所述曝气管之间呈锐角设置。

本发明所述的双功能制备二氧化氯的装置，其中，所述第一物料输送管路为氯酸钠溶液输送管路，所述第二物料输送管路为盐酸溶液输送管路。

本发明所述的双功能制备二氧化氯的装置，其中，所述第一物料输送管路为二元固体二氧化氯消毒剂中的A剂溶液输送管路，所述第二物料输送管路为二元固体二氧化氯消毒剂中的B剂溶液输送管路。

本发明所述的双功能制备二氧化氯的装置，其中，所述溢流管的一端与所述加热器的上部相连，另一端与所述反应器的下部相连，所述第二物料输送管路和所述曝气管与所述反应器的下部相连，所述第一物料输送管路与所述加热器的下部相连，所述泄压管分别与所述加热器和所述反应器的上部相连，所述抽气管与所述反应器的上部相连。

本发明装置的其中一个功能包括如下步骤：将传统氯酸钠溶液和盐酸溶液一同加入到设备中进行反应，通过曝气管在不断曝气下产生混合二氧化氯气体，并由引入的空气将其带出所述的设备，送至应用场所。第二个功能包括如下步骤：将市场上销售的二元固体二氧化氯消毒剂中的A剂溶液和B剂溶液一同加入到设备中进行反应，通过曝气管在不断曝气下产生高纯二氧化氯气体，并由引入的空气将其带出所述的设备，送至应用场所。所述装置包括一个加热器和一个反应器，且具有不同的材质，不同的功能，不同的控制。本发明所述工艺方法与传统投加器和混合发生器相比，设备一体化了，可灵活选择原料制备所需要的产品，极大地满足了客户的不同需要，解决了更换原料，而不需要换设备的问题，以保证水处理的实际应用要求，达到并提高了传统投加器和混合发生器所具备的应有水平。该设备操作简便，安全性强，运行稳定，在杀菌、消毒方面，可满足各种场所的水处理需要。

采用本发明所述的双功能制备二氧化氯的装置制备混合二氧化氯的方法，包括如下步骤：

将传统配方的氯酸钠溶液加入到加热器中，加热后溢流到反应器中与输入的常温的盐酸溶液进行反应，在一定温度和负压下，通过曝气充分混合，使反应充分进行，最终产生混合二氧化氯气体，输送至需处理的水体中。

本发明所述的制备混合二氧化氯的方法，其中，所述加热器的温度控制为88～93℃，所述反应器的温度控制为48～53℃；制备产生的所述混合二氧化氯中二氧化氯与氯气的质量比＞1.0。

采用本发明所述的双功能制备二氧化氯的装置制备高纯二氧化氯的方法，包括如下步骤：

将二元固体二氧化氯消毒剂中的A剂溶液加入到加热器中，常温溢流到反应器中与输入的常温的B剂溶液进行反应，在一定负压下，通过曝气充分混合，使反应充分进行，最终产生高纯二氧化氯气体，输送至需处理的水体中。

本发明双功能制备二氧化氯的装置与现有技术不同之处在于：

本发明双功能制备二氧化氯的装置具有混合发生器和投加器两种设备功能，采用的是利用单个一体设备，可制备混合二氧化氯和高纯二氧化氯二种产品，其内部利用不同的材质，不同的功能，不同的控制，可方便选择不同的原料。该设备的其一采用的氯酸钠溶液和盐酸溶液二元物料进行反应，但改变了传统的投加及加热的形式，改成了原料单一加热，并分别投加，然后反应加热保温，原料混合共用热量进行反应，这是发生器一次大胆的创新尝试。该设备的其二采用二元固体二氧化氯消毒剂，溶解水溶液后进行反应，在原投加器的基础上，在确保足够的物料停留时间下，增加了曝气，使A、B剂得到充分的反应。该一体设备与传统投加器和混合发生器相比，设备一体化了，可灵活选择原料制备所需要的产品，极大地满足了客户的不同需要，解决了客户一直希望更换原料，而不需要换设备的问题，以保证水处理的实际应用要求，达到了传统投加器和混合发生器所具备的应有水平，填补了国内空白。

本发明装置和方法与传统投加器和混合发生器相比，主要优点是，作为发生器时采用节能优良的电磁加热器对单一物料进行加热，对反应器实施另外加热保温，不仅可保证反应的正常、有效进行，对设备材质也不造成腐蚀，可延长设备的寿命，很好的解决了发生器中的二个关键问题，这是传统混合发生器所不能及的。最明显的是，该设备可在原料转化率稳定的情况下，还可提高产品中二氧化氯与氯气的质量比都＞1.0以上，超过了传统混合发生器的性能，这是设备研发后所带来的新效果，不仅实现了一机二用，而且还提高产品性能；该设备在作为投加器时，原料转化率也均可达到95％以上，有效的提高了对水体的杀菌消毒效果；该设备操作简便，安全性强，运行稳定，在杀菌、消毒方面，可满足各种场所的水处理需要，是用户非常满意的水处理设备，完全可以取代传统的混合发生器。

下面结合附图对本发明的双功能制备二氧化氯的装置和方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明双功能制备二氧化氯的装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明双功能制备二氧化氯的装置包括通过溢流管3连接的加热器1和反应器5，在加热器1的外部设置有电磁感应加热器2，在反应器5的外部设置有恒温伴热带4。

加热器1为管式容器，采用不锈钢制成，反应器5为PVC管式反应器。加热器1与第一物料输送管路11相连，反应器5分别与第二物料输送管路6、曝气管7和抽气管8相连，加热器1和反应器5分别与泄压管9相连，在反应器5的内部的上部设置有横向折流板10，第二物料输送管路6和曝气管7之间呈锐角设置。

实施例2

在实施例1的基础上，还包括如下特征：

溢流管3的一端与加热器1的上部相连，另一端与反应器5的下部相连，第二物料输送管路6和曝气管7与反应器5的下部相连，第一物料输送管路11与加热器1的下部相连，泄压管9分别与加热器1和反应器5的上部相连，抽气管8与反应器5的上部相连；电磁感应加热器2紧密设置在加热器1的中部，恒温伴热带4紧密设置在反应器5的中部。

实施例3

在实施例2的基础上，还包括如下特征：第一物料输送管路11为氯酸钠溶液输送管路，第二物料输送管路6为盐酸溶液输送管路。

实施例4

在实施例2的基础上，还包括如下特征：第一物料输送管路11为二元固体二氧化氯消毒剂中的A剂溶液输送管路，第二物料输送管路6为二元固体二氧化氯消毒剂中的B剂溶液输送管路。

实施例5

采用本发明的装置进行二氧化氯的制备方法：

将传统配方中的氯酸钠溶液先加入到加热器1中进行加热，然后将加热的氯酸钠溶液和常温的盐酸溶液，按照传统发生器的摩尔比、体积比分别加入到反应器5中进行反应，在一定温度、负压下，通过曝气下的充分混合，在加热器控制温度为88℃，在反应器控制温度为48℃，使反应充分进行，最终产生混合二氧化氯气体，送到被处理水体中。

在混合二氧化氯制备过程中，现场对反应器5进行取样分析检测，检测结果：二氧化氯与氯气的质量比为1.09。

实施例6

采用本发明的装置进行二氧化氯的制备方法：

将二元固体二氧化氯消毒剂中的A剂溶液经过加热器1和B剂溶液按照传统投加器的摩尔比、体积比分别加入到反应器5中进行反应，在一定负压下，通过曝气下的充分混合，使反应充分进行，最终产生高纯二氧化氯，送到被处理水体中。

在高纯二氧化氯制备过程中，现场对反应器5进行取样分析检测，检测结果：二氧化氯转化率为95.3％。

实施例7

采用本发明的装置进行二氧化氯的制备方法：

将传统配方中的氯酸钠溶液先加入到加热器1中进行加热，然后将加热的氯酸钠溶液和常温的盐酸溶液，按照传统发生器的摩尔比、体积比分别加入到反应器5中进行反应，在一定温度、负压下，通过曝气下的充分混合，在加热器控制温度为90℃，在反应器控制温度为50℃，使反应充分进行，最终产生混合二氧化氯气体，送到被处理水体中。

在混合二氧化氯制备过程中，现场对反应器5进行取样分析检测，检测结果：二氧化氯与氯气的质量比为1.04。

实施例8

采用本发明的装置进行二氧化氯的制备方法：

将二元固体二氧化氯消毒剂中的A剂溶液经过加热器1和B剂溶液按照传统投加器的摩尔比、体积比分别加入到反应器5中进行反应，在一定负压下，通过曝气下的充分混合，使反应充分进行，最终产生高纯二氧化氯，送到被处理水体中。

在高纯二氧化氯制备过程中，现场对反应器5进行取样分析检测，检测结果：二氧化氯转化率为95.5％。

实施例9

采用本发明的装置进行二氧化氯的制备方法：

将传统配方中的氯酸钠溶液先加入到加热器1中进行加热，然后将加热的氯酸钠溶液和常温的盐酸溶液，按照传统发生器的摩尔比、体积比分别加入到反应器5中进行反应，在一定温度、负压下，通过曝气下的充分混合，在加热器控制温度为91℃，在反应器控制温度为52℃，使反应充分进行，最终产生混合二氧化氯气体，送到被处理水体中。

在混合二氧化氯制备过程中，现场对反应器5进行取样分析检测，检测结果：二氧化氯与氯气的质量比为1.02。

实施例10

采用本发明的装置进行二氧化氯的制备方法：

将二元固体二氧化氯消毒剂中的A剂溶液经过加热器1和B剂溶液按照传统投加器的摩尔比、体积比分别加入到反应器5中进行反应，在一定负压下，通过曝气下的充分混合，使反应充分进行，最终产生高纯二氧化氯，送到被处理水体中。

在高纯二氧化氯制备过程中，现场对反应器5进行取样分析检测，检测结果：二氧化氯转化率为95.1％。

实施例11

采用本发明的装置进行二氧化氯的制备方法：

将传统配方中的氯酸钠溶液先加入到加热器1中进行加热，然后将加热的氯酸钠溶液和常温的盐酸溶液，按照传统发生器的摩尔比、体积比分别加入到反应器5中进行反应，在一定温度、负压下，通过曝气下的充分混合，在加热器控制温度为93℃，在反应器控制温度为53℃，使反应充分进行，最终产生混合二氧化氯气体，送到被处理水体中。

在混合二氧化氯制备过程中，现场对反应器5进行取样分析检测，检测结果：二氧化氯与氯气的质量比为1.01。

实施例12

采用本发明的装置进行二氧化氯的制备方法：

将二元固体二氧化氯消毒剂中的A剂溶液经过加热器1和B剂溶液按照传统投加器的摩尔比、体积比分别加入到反应器5中进行反应，在一定负压下，通过曝气下的充分混合，使反应充分进行，最终产生高纯二氧化氯，送到被处理水体中。

在高纯二氧化氯制备过程中，现场对反应器5进行取样分析检测，检测结果：二氧化氯转化率为95.2％。

传统方法对比：

传统方法中的摩尔比和体积比：

NaClO3+2HCl→ClO2↑+1/2Cl2↑+NaCl+H2O

摩尔比比1∶2.79

体积比1∶1

质量比的国家标准：

《二氧化氯消毒剂发生器安全与卫生标准》GB 28931—2012，在“发生器的技术指标要求”中规定：

项目	指标
		二氧化氯与氯气的质量比	二氧化氯与氯混合消毒剂发生器≥0.9

以上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)

1.一种双功能制备二氧化氯的装置，其特征在于：包括通过溢流管(3)连接的加热器(1)和反应器(5)，在所述加热器(1)的外部设置有电磁感应加热器(2)，在所述反应器(5)的外部设置有恒温伴热带(4)。

2.根据权利要求1所述的双功能制备二氧化氯的装置，其特征在于：所述加热器(1)与第一物料输送管路(11)相连，所述反应器(5)分别与第二物料输送管路(6)、曝气管(7)和抽气管(8)相连，所述加热器(1)和所述反应器(5)分别与泄压管(9)相连，在所述反应器(5)的内部的上部设置有横向折流板(10)，所述第二物料输送管路(6)和所述曝气管(7)之间呈锐角设置。

3.根据权利要求1所述的双功能制备二氧化氯的装置，其特征在于：所述加热器(1)为管式容器，采用不锈钢制成，所述反应器(5)为PVC管式反应器。

4.根据权利要求3所述的双功能制备二氧化氯的装置，其特征在于：所述第一物料输送管路(11)为氯酸钠溶液输送管路，所述第二物料输送管路(6)为盐酸溶液输送管路。

5.根据权利要求3所述的双功能制备二氧化氯的装置，其特征在于：所述第一物料输送管路(11)为二元固体二氧化氯消毒剂中的A剂溶液输送管路，所述第二物料输送管路(6)为二元固体二氧化氯消毒剂中的B剂溶液输送管路。

6.根据权利要求3所述的双功能制备二氧化氯的装置，其特征在于：所述溢流管(3)的一端与所述加热器(1)的上部相连，另一端与所述反应器(5)的下部相连，所述第二物料输送管路(6)和所述曝气管(7)与所述反应器(5)的下部相连，所述第一物料输送管路(11)与所述加热器(1)的下部相连，所述泄压管(9)分别与所述加热器(1)和所述反应器(5)的上部相连，所述抽气管(8)与所述反应器(5)的上部相连。

7.采用权利要求1～6中任意一种所述的双功能制备二氧化氯的装置制备混合二氧化氯的方法，其特征在于：包括如下步骤：

将传统配方的氯酸钠溶液加入到加热器(1)中，加热后溢流到反应器(5)中与输入的常温的盐酸溶液进行反应，在一定温度和负压下，通过曝气充分混合，使反应充分进行，最终产生混合二氧化氯气体，输送至需处理的水体中。

8.根据权利要求7所述的制备混合二氧化氯的方法，其特征在于：所述加热器(1)的温度控制为88～93，℃所述反应器(5)的温度控制为48～53；℃制备产生的所述混合二氧化氯中二氧化氯与氯气的质量比＞1.0。

9.采用权利要求1～6中任意一种所述的双功能制备二氧化氯的装置制备高纯二氧化氯的方法，其特征在于：包括如下步骤：

将二元固体二氧化氯消毒剂中的A剂溶液加入到加热器(1)中，经过加热器再溢流到反应器(5)中与输入的常温的B剂溶液进行反应，在一定负压下，通过曝气充分混合，使反应充分进行，最终产生高纯二氧化氯气体，输送至需处理的水体中。