EA010679B1 - Способ производства отбеливающего средства - Google Patents

Abstract

Объектом настоящего изобретения являются способ и устройство для непрерывного производства концентрированного гипохлорита с низким содержанием соли, в особенности гипохлорита натрия. В резервуаре осуществляют реакцию между водным раствором, содержащим определенную весовую долю гипохлорита натрия и гидроксида натрия и в значительной степени свободным от кристаллов хлорида натрия (соли), водным раствором, содержащим определенную весовую долю гидроксида натрия, и хлором в газообразном и/или жидком состоянии, который может содержать или не содержать инертные компоненты. В результате, образуется раствор, в котором имеется зона осаждения, где кристаллы соли выпадают в осадок из раствора и опускаются вниз, образуя суспензию, часть которой отводят, охлаждают и снова подают в зону осаждения. Над зоной осаждения находится зона свободного от кристаллов маточного раствора, в которой находится, по существу, только свободный от кристаллов маточный раствор, весовая доля гипохлорита натрия в котором выше, чем в водном растворе гипохлорита натрия с более низкой концентрацией, который вступает в реакцию.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к производству отбеливающего средства, представляющего собой гипохлорит, в частности к способу и установке по производству такого отбеливающего средства, в особенности гипохлорита натрия.

Уровень техники

Отбеливающее средство (гипохлорит натрия) представляет собой химикат, который используется в различных целях. Химизм процесса, лежащего в основе производства этого отбеливающего средства, хорошо известен специалистам в области химии и химического машиностроения. Хлор в газообразной и/или жидкой форме реагирует с раствором гидроксида натрия (каустическая сода) с образованием водного гипохлорита натрия. Хотя эти сведения можно считать элементарными и, по существу, общими для всех процессов промышленного производства отбеливающих средств, индивидуальные процессы, описываемые в патентной литературе, имеют значительные отличия.

Каждый из разнообразных процессов промышленного производства отбеливающих средств может быть отнесен либо к периодическим, либо к непрерывным производственным процессам. Каждый из этих типов процессов имеет свои преимущества.

Непрерывный процесс, который должным образом регулируется, имеет больше возможностей для производства с более высокой производительностью, чем соответствующий периодический процесс, и, следовательно, является более экономичным. Однако конкретный способ осуществления непрерывного процесса существенным образом влияет на характеристики и качество образующегося продукта - отбеливающего средства.

В патентах США 4428918 и 4708303 описываются способы непрерывного производства концентрированных (крепких) растворов гипохлорита натрия. Однако хлорид натрия (соль) также является продуктом указанной основной реакции, и ее удаление из целевого продукта реакции - водного гипохлорита натрия - может улучшить как параметры непрерывного процесса, так и целевого продукта. Ни в одном из этих способов соль полностью из продукта не удаляется.

В патенте США 4428918 описан конечный продукт, представляющий собой водный раствор гипохлорита натрия, получаемый с выходом 1775 кг/ч и содержащий 257 г гипохлорита натрия и 94 г растворенного хлорида натрия на кг продукта. Сообщается, что в этом процессе образуется суспензия, из которой некоторое количество соли удаляется при помощи фильтра, через который в час проходит 2051 кг суспензии. Именно после него получают целевой водный раствор гипохлорита натрия, при этом указывается, что в результате фильтрации отделяется фильтрационный осадок, содержащий 80,1 вес.% хлорида натрия и 19,9 вес.% гипохлорита натрия. В патенте не упоминается о присутствии хлората натрия или избытке гидроксида натрия в целевом гипохлорите натрия.

В патенте США 4428918 также не указывается размер кристаллов соли в суспензии, но отмечается, что удаление мелких кристаллов соли неэкономично. Сообщается, что размер кристаллов увеличивается при рециркуляции суспензии через теплообменник, в котором суспензия охлаждается. Также сообщается, что со временем достигается точка, после которой дальнейшего роста кристаллов не происходит. Предполагается, что суспензия имеется в любой точке реактора, в котором происходит кристаллизация, то есть в нем нет зоны с, по существу, свободным от кристаллов маточным раствором.

В патенте США 4708303 описываются непрерывные процессы, в которых соль, содержащуюся в суспензии, кристаллизуют на так называемой второй ступени, в кристаллизаторе. Раствор, полученный на первой ступени и содержащий, как сообщается, 14,5% гипохлорита натрия и 3,2% гидроксида натрия, направляют на вторую ступень, где он вступает в реакцию с хлором с образованием водного раствора гипохлорита натрия, при этом соль присутствует как в растворе, так и в виде суспензии. Раствор в кристаллизаторе подвергают механическому перемешиванию, при этом из его верхней части раствор отводят, рециркулируют через внешний теплообменник и возвращают в кристаллизатор снизу. Фракция раствора, отводимая из верхней части кристаллизатора, после теплообменника составляет целевой продукт отбеливающее средство, которое, как сообщается, содержит 25 вес.% гипохлорита натрия, 9,5 вес.% хлорида натрия и небольшой избыток гидроксида натрия (0,3-0,8 вес.%).

Также сообщается, что на первой ступени, где хлор реагирует с раствором гидроксида натрия с образованием раствора, направляемого на вторую ступень, осаждения соли не происходит. Указывается, что кристаллизованную соль отводят на второй ступени путем осаждения, непрерывно или периодически, и что средний размер кристаллов соли составляет около 400 мкм (примерно от 400 до 500 мкм). Утверждается, что благодаря небольшому избытку гидроксида натрия удается избежать образования хлората натрия (ИаС10₃), однако, в этом патенте ничего не говорится о хлорате натрия, который, в действительности, может содержаться в конечном продукте - отбеливающем средстве.

Поскольку в способе, описываемом в патенте США 4708303, для ускорения реакции применяется перемешивание содержимого кристаллизатора, нужно понимать, что раствор, отводимый из верхней части кристаллизатора, не может быть свободен от кристаллов соли.

В обоих патентах признается, что при помощи некоторых периодических процессов возможно получить концентрированный водный раствор отбеливающего средства, из которого удалено существенное количество соли. Такие периодические процессы упоминаются в виде ссылок на отечественные и ино

- 1 010679 странные патенты.

Полагают, что для промышленности будет благоприятным появление непрерывного процесса, в котором также образуется концентрированный водный раствор отбеливающего средства с низкой концентрацией хлорида и хлората натрия и небольшим остатком избыточного гидроксида натрия. Особенно выгодным было бы получение продукта большей концентрации и с меньшим содержанием хлорида и хлората, чем описанное в патентах США 4428918 и 4708303. Его выгодность определяется как практичностью самого продукта, так и сопутствующими экономическими факторами.

Сущность изобретения и описание способа, являющегося объектом изобретения

Настоящее изобретение относится к способу, к устройству, при помощи которого производится отбеливающее средство по такому способу, и к целевому продукту - концентрированному отбеливающему средству с низким содержанием соли.

Концентрированное отбеливающее средство с низким содержанием соли, производимое при помощи способа и устройства, являющихся объектами настоящего изобретения, при разбавлении до более низкой концентрации, сопоставимой с выпускаемыми промышленностью бытовыми отбеливающими средствами, характеризуется повышенной стабильностью и, следовательно, более длительным периодом полураспада.

Основной особенностью настоящего изобретения является способ непрерывного производства отбеливающего средства - концентрированного водного гипохлорита натрия с низким содержанием соли из водного раствора гипохлорита натрия с более низкой концентрацией, который содержит некоторое количество гидроксида натрия и в значительной степени свободен от кристаллов хлорида натрия (соли), включающий непрерывное осуществление в резервуаре реакции между: 1) водным раствором гипохлорита натрия с более низкой концентрацией, который содержит некоторое количество гидроксида натрия и в значительной степени свободен от кристаллов соли; 2) водным раствором гидроксида натрия с концентрацией приблизительно от 45 до 51 вес.%; 3) хлором в газообразном и/или жидком состоянии, который может содержать или не содержать инертные компоненты для образования раствора; при этом в указанном резервуаре имеются: а) зона осаждения, где кристаллы соли выпадают в осадок из раствора и опускаются вниз, образуя суспензию, часть которой отводят, охлаждают и снова подают в зону осаждения; и Ь) находящаяся над зоной осаждения зона свободного от кристаллов маточного раствора, в которой находится, по существу, только свободный от кристаллов маточный раствор, весовая доля гипохлорита натрия в котором выше, чем в водном растворе гипохлорита натрия с более низкой концентрацией, который вступает в реакцию.

Другой основной особенностью настоящего изобретения является способ непрерывного производства отбеливающего средства - концентрированного водного гипохлорита с низким содержанием соли из водного раствора гипохлорита с более низкой концентрацией, который содержит некоторое количество гидроксида и в значительной степени свободен от кристаллов хлорида (соли), включающий непрерывное осуществление в резервуаре реакции между: 1) водным раствором гипохлорита с более низкой концентрацией, который содержит некоторое количество гидроксида и в значительной степени свободен от кристаллов соли; 2) водным раствором гидроксида; 3) хлором в газообразном и/или жидком состоянии, который может содержать или не содержать инертные компоненты для образования раствора; при этом в указанном резервуаре имеются: а) зона осаждения, где кристаллы соли выпадают в осадок из раствора и опускаются вниз, образуя суспензию, часть которой отводят, охлаждают и снова подают в зону осаждения; и Ь) находящаяся над зоной осаждения зона свободного от кристаллов маточного раствора, в которой находится, по существу, только свободный от кристаллов маточный раствор, весовая доля гипохлорита в котором выше, чем в водном растворе гипохлорита с более низкой концентрацией, который вступает в реакцию.

Еще одной основной особенностью настоящего изобретения является концентрированное отбеливающее средство с низким содержанием соли, включающее водный раствор с более чем 25 вес.% гипохлорита натрия с небольшим избытком гидроксида натрия (каустической соды) и процентным соотношением (по весу) содержания №101 (соли) к ЫаОС1 (гипохлорит натрия) менее чем 0,38 при 25 вес.% гипохлорита натрия и уменьшением этой величины при увеличении процентного содержания гипохлорита натрия выше 25%.

Еще одной основной особенностью настоящего изобретения является устройство для производства отбеливающего средства - концентрированного водного раствора гипохлорита натрия с низким содержанием соли, включающее реакционный резервуар, в котором происходит реакция между вводимыми в него: 1) водным продуктом, содержащим по меньшей мере около 15 вес.% гипохлорита натрия и 4,5 вес.% гидроксида натрия и, по существу, свободным от кристаллов соли; 2) водным раствором гидроксида натрия с концентрацией в диапазоне примерно от 45 до 51 вес.% и 3) хлором в газообразном и/или жидком состоянии, который может содержать или не содержать инертные компоненты для образования раствора; при этом в указанном резервуаре имеются: а) нижняя зона, где кристаллы соли выпадают из раствора в осадок и опускаются вниз, образуя суспензию, часть которой отводят, охлаждают и снова подают в зону осаждения; и Ь) верхняя зона в значительной степени свободного от кристаллов маточного раствора, содержащего более чем 25 вес.% гипохлорита натрия и менее чем примерно 9,5 вес.% соли; указанный ре

- 2 010679 зервуар имеет выпускное отверстие, через которое из нижней зоны отводят суспензию; впускное отверстие, расположенное по вертикали выше, чем выпускное, через которое отведенную суспензию вновь подают в нижнюю зону; теплообменник, расположенный между впускным и выпускным отверстиями и предназначенный для передачи тепла от отводимой суспензии к протекающему по нему жидкому хладагенту; внутреннюю цилиндрическую разделительную перегородку, которая вместе с цилиндрической обечайкой резервуара образует кольцевую утешительную зону, открытую снизу и простирающуюся вверх, где она образует внутреннюю границу верхней зоны.

Еще одной основной особенностью настоящего изобретения является устройство для производства отбеливающего средства - концентрированного водного раствора гипохлорита с низким содержанием соли, включающее реакционный резервуар, в котором происходит реакция между вводимыми в него:

1) водным продуктом, содержащим гипохлорит и гидроксид и, по существу, свободным от кристаллов соли; 2) водным раствором гидроксида и 3) хлором в газообразном и/или жидком состоянии, который может содержать или не содержать инертные компоненты для образования раствора; при этом в указанном резервуаре имеются: а) нижняя зона, где кристаллы соли выпадают из раствора в осадок и опускаются вниз, образуя суспензию, часть которой отводят, охлаждают и снова подают в зону осаждения; и Ь) верхняя зона в значительной степени свободного от кристаллов маточного раствора; указанный резервуар имеет выпускное отверстие, через которое из нижней зоны отводят суспензию; впускное отверстие, расположенное по вертикали выше, чем выпускное, через которое отведенную суспензию вновь подают в нижнюю зону; теплообменник, расположенный между впускным и выпускным отверстиями и предназначенный для передачи тепла от отводимой суспензии к протекающему по нему жидкому хладагенту; внутреннюю цилиндрическую разделительную перегородку, которая вместе с цилиндрической обечайкой резервуара образует кольцевую утешительную зону, открытую снизу и простирающуюся вверх, где она образует внутреннюю границу верхней зоны.

Выражаясь кратко, примером устройства, в котором воплощены принципы настоящего изобретения, является устройство, включающее ступень, состоящую из резервуара или сосуда, в который вводят:

1) водный раствор, содержащий определенную весовую долю гипохлорита натрия и гидроксида натрия и, по существу, свободный от кристаллов хлорида натрия (соли);

2) водный раствор, содержащий определенную весовую долю гидроксида натрия; и

3) хлор в газообразном и/или жидком состоянии, который может содержать или не содержать инертные компоненты для образования раствора.

Для удобства эту ступень можно называть ступенью кристаллизатора.

Упомянутый водный раствор гипохлорита натрия и гидроксида натрия может быть изготовлен любым подходящим способом на том же предприятии, например, на предшествующей ступени, либо произведен где-либо еще и доставлен на данное предприятие. Для удобства такую предшествующую ступень можно называть предварительной ступенью. Поскольку предварительная ступень предшествует ступени кристаллизатора, ее можно также называть первой ступенью, в этом случае ступень кристаллизатора можно называть второй ступенью.

Предпочтительный способ осуществления первой ступени включает непрерывный процесс производства водного раствора, содержащего более чем 15 вес.% гипохлорита натрия без осадка хлорида натрия с небольшим избытком гидроксида натрия, по меньшей мере 0,5 вес.%, но предпочтительно больше. Этот раствор получают подачей на первую ступень хлора, в жидком и/или газообразном состоянии, влажного или сухого, содержащего или не содержащего инертные компоненты, и гидроксида натрия (каустической соды) в значительной концентрации. Если требуется разбавление гидроксида натрия, используют воду.

Если гидроксид натрия, подаваемый в резервуар первой ступени, имеет концентрацию по меньшей мере 24%, жидкий продукт первой ступени будет содержать более 15 вес.% гипохлорита натрия (ЫаОС1) и 4,5 вес.% гидроксида натрия (ΝαΟΗ). Следовательно, использование на первой ступени гидроксида натрия с концентрацией по меньшей мере 24% является существенным с точки зрения определенных принципов описываемого изобретения, хотя, с точки зрения более общих принципов настоящего изобретения, необязательно, чтобы гидроксид натрия имел такую высокую концентрацию. Например, отдельные отбеливающие средства с тем же составом, что и у являющихся объектом настоящего изобретения концентрированных отбеливающих средств с низким содержанием соли (характеристики которых будут описаны ниже), производимые в соответствии с предпочтительными вариантами способа, являющегося предметом настоящего изобретения, могут быть произведены способом, в котором на первую ступень подается гидроксид натрия с немного меньшей, чем 24%, концентрацией.

Объектом настоящего изобретения являются концентрированные отбеливающие средства с низким содержанием соли, которые содержат водный раствор гипохлорита натрия с концентрацией более 25 вес.% и имеют процентное соотношение (по весу) содержания Ν;·ιΟ1 (соли) к ΝαΟΟΙ (гипохлорита натрия) менее 0,38 и небольшой избыток гидроксида натрия (каустической соды). Один из примеров являющихся объектом настоящего изобретения концентрированных отбеливающих средств с низким содержанием соли представляет собой отбеливающее средство, которое после удаления твердой фазы раствора содержит примерно 30 вес.% гипохлорита натрия и имеет отношение Ν;·ι01/Ν;·ιΟ01 приблизительно от 0,21 до

- 3 010679

0,25 и небольшой избыток гидроксида натрия.

Общая эффективная весовая доля гидроксида натрия, используемого для получения отбеливающего средства, получаемая сложением весовых долей гидроксида натрия, подаваемого на первую и вторую ступени без добавления хлора на какой-либо из них, превышает 33%. Это весовая доля гидроксида натрия в растворе в том случае, если ни на первую, ни на вторую ступень не подают хлор. Если бы процесс имел одну ступень с тем же конечным результатом и вся выпавшая в осадок соль удалялась из раствора после хлорирования гидроксида натрия, при хлорировании до конечной точки более чем 33% гидроксида натрия с образованием более чем 25 вес.% гипохлорита натрия с небольшим избытком гидроксида натрия образовывалось бы менее 9,5% №101. Температура на обеих ступенях может превышать 30°С. Однако, как будет показано в одном из предпочтительных вариантов воплощения способа, являющегося объектом настоящего изобретения, поддерживая на второй ступени температуру близкой к 30°С, можно с выгодой использовать воду градирни при помощи теплообменников определенного типа. Вместе с тем, в другом предпочтительном варианте принципы настоящего изобретения предполагают использование воды, доведенной до нужной температуры нагреванием или охлаждением, и теплообменников другого определенного типа.

Раствор из резервуара первой ступени, раствор гидроксида натрия в количестве от приблизительно 45 до приблизительно 51 вес.% (предпочтительно от 48 до 51%) и хлор подают на вторую ступень, состоящую из оборудования, образующего кристаллизатор с поверхностным охлаждением.

Кристаллизатор с поверхностным охлаждением - это любая установка, которая обеспечивает достаточные продолжительность обработки, перенасыщение и охлаждение в ходе химической реакции с целью обеспечения роста кристаллов. Указанные два раствора подаются на вторую ступень по отдельности для предотвращения образования гидратов. Хлор может быть в жидком и/или газообразном состоянии, влажный или сухой, содержащий или не содержащий инертные компоненты. Долю избыточного гидроксида натрия в растворе регулируют любым подходящим способом при помощи соответствующих измерений, таких как измерение окислительно-восстановительного потенциала, выполняемых серийно выпускаемыми приборами.

Теплообменник представляет собой одну единицу оборудования, соединенную с резервуаром второй ступени. Теплота раствора и реакции отводятся от раствора, находящегося в резервуаре второй ступени, рециркуляцией этого раствора через указанный теплообменник. При высокой скорости рециркулируемого через теплообменник раствора падение температуры между выпускным отверстием резервуара и отверстием, через которое рециркулируемый раствор снова подается в резервуар, можно поддерживать небольшим с тем, чтобы кристаллизация, как и требуется, происходила в резервуаре, а теплообменник не засорялся. Использование высокой скорости рециркуляции для обеспечения такой небольшой величины падения температуры, что кристаллизация соли является управляемой и происходит определенным образом, составляет другую основную особенность настоящего изобретения. Обычно величина падения температуры составляет от приблизительно 1 до приблизительно 4°Е, наиболее предпочтительным является диапазон от приблизительно 1 до приблизительно 2°Е.

С целью управления величиной падения температуры в указанном диапазоне используется теплообменник, который имеет достаточную по отношению к расходу соответствующих протекающих по нему жидкостей поверхность теплопередачи, которая не является ограничением их расхода. Путем надлежащего управления химическими реакциями на ступени кристаллизатора можно поддерживать их температуру в пределах, позволяющих использовать в качестве охлаждающей жидкости в определенных типах теплообменников воду градирни, что составляет еще одну основную особенность настоящего изобретения, которая позволяет избежать использования более дорогой охлажденной воды. Принципы настоящего изобретения, однако, также предусматривают использование охлажденной воды и других определенных типов теплообменников.

Другой особенностью настоящего изобретения является регулирование разности температур между рециркулируемым раствором и охлаждающей жидкостью, протекающей в теплообменнике. Необходимый диапазон величин разности температур, при которых не происходит засорения теплообменника, зависит от конструкции конкретного теплообменника. Для пластинчатых и кассетных теплообменников разность температур может составлять от приблизительно 2 до приблизительно 3°Е. Эта величина может иметь и больший диапазон значений, 5-15°Е, например, для других теплообменников, таких как кожухотрубные, при использовании совместно с кристаллизатором Свенсона с поверхностным охлаждением.

Способ, являющийся объектом настоящего изобретения, позволяет получить в значительной степени свободный от кристаллов маточный раствор в верхней части резервуара ступени кристаллизатора и суспензию соли в нижней его части. По мере того, как свежие растворы отбеливающего средства и гидроксида натрия непрерывно подаются в этот резервуар, а суспензия из его нижней части непрерывно откачивается, маточный раствор в соответствии с притоком и истечением из резервуара поднимается вверх. Уровень, до которого поднимается маточный раствор, регулируют с тем, чтобы позволять или не позволять ему сливаться из верхней части резервуара. Если маточный раствор сливается, этот поток собирают как концентрированное отбеливающее средство с низким содержанием соли.

Цилиндрическая разделительная перегородка, находящаяся внутри цилиндрической обечайки ре- 4 010679 зервуара ступени кристаллизатора, образует кольцевую утешительную зону, расположенную между этой перегородкой и обечайкой резервуара. В кольцевой утешительной зоне имеется верхняя зона свободного от кристаллов маточного раствора и нижняя зона, где соль выпадает в осадок и опускается вниз. Цилиндрическая разделительная перегородка окружает центральную внутреннюю зону. В кольцевой утешительной зоне, по существу, нет турбулентности, особенно в верхней части. При непрерывном сливе с нужной скоростью маточного раствора соль выпадает в осадок в нижней зоне и, при отсутствии в ней турбулентности, опускается вниз, образуя суспензию и способствуя перенасыщению оставшегося раствора, тем самым, ускоряя образование и рост кристаллов в нем.

Благодаря сущности способа, являющегося объектом настоящего изобретения, маточный раствор необязательно отводить, или сливать, из верхней зоны для того, чтобы вызвать кристаллизацию соли, однако, размер образующихся кристаллов может быть, в большинстве случаев, меньше, чем тогда, когда маточный раствор отводится и оставшийся раствор перенасыщается. При определенном регулировании условий осуществления способа, являющегося объектом настоящего изобретения, можно получить концентрацию соли, достаточно большую для того, чтобы вызвать кристаллизацию без отведения какоголибо количества маточного раствора.

Вследствие поверхностного охлаждения, обеспечиваемого на ступени кристаллизатора, с отведением маточного раствора или без него, в резервуаре ступени кристаллизатора соль непрерывно выпадает в осадок из раствора и опускается вниз, непрерывно пополняя суспензию на дне резервуара.

Данный способ осуществляется таким образом, что поверхностное охлаждение кристаллизованной соли в растворе стимулирует рост кристаллов. Благодаря тому, что образуются кристаллы большего размера, облегчается их отделение как от раствора в процессе движения ко дну резервуара с образованием там суспензии, так и при последующем выделении из суспензии, также входящем в данный способ. Получаемое распределение по размерам кристаллов в суспензии делает их в высокой степени пригодными для отведения в качестве конечного продукта в виде сухой массы, что является еще одной особенностью настоящего изобретения. Отведение выполняется непрерывной обработкой солевой суспензии механическим способом.

Суспензию, образующуюся на ступени кристаллизатора, непрерывно подают в резервуар предварительного сгущения, где ее механически перемешивают при помощи мешалки и/или продуваемого под давлением воздуха. В это же время суспензию непрерывно перекачивают из резервуара предварительного сгущения в устройство предварительного сгущения, такое как гидроциклон, статический сгуститель или изогнутый сетчатый фильтр, где отделяется больше жидкости или фильтрата. Фильтрат из устройства предварительного сгущения снова вводят в резервуар предварительного сгущения за разделительную перегородку, находящуюся внутри него, для того, чтобы избежать любого возмущающего воздействия на суспензию.

Из устройства предварительного сгущения сгущенную суспензию подают в центрифугу, где удаляется практически вся оставшаяся жидкость и образуется продукт, содержащий приблизительно 98% соли и приблизительно 2% жидкости.

Предпочтительно использовать двухступенчатую центрифугу, в которой возможно промывать продукт водой для удаления остатка гипохлорита из конечного солевого продукта. Фильтрат с первой ступени центрифуги возвращают в резервуар предварительного сгущения.

Концентрированное отбеливающее средство с низким содержанием соли, получаемое способом, являющимся объектом настоящего изобретения, представляет собой жидкость, которая сливается из верхней части резервуара предварительного сгущения. Поскольку оно имеет практически тот же состав, что и концентрированное отбеливающее средство с низким содержанием соли, сливающееся из верхней части резервуара предварительного сгущения, то маточный раствор, сливающийся из резервуара ступени кристаллизатора, может быть присоединен к концентрированному отбеливающему средству с низким содержанием соли, сливающемуся из резервуара предварительного сгущения. В нем точка слива отделена от суспензии благодаря наличию внутренней стенки, или разделительной перегородки, такой как перегородка, за которую вводят фильтрат, рециркулируемый из устройства предварительного сгущения, что предотвращает попадание кристаллов соли в сливающуюся жидкость.

Концентрированное отбеливающее средство с низким содержанием соли, получаемое способом, являющимся объектом настоящего изобретения, имеет концентрацию более 25 вес.%. Концентрация конкретного отбеливающего средства может быть ограничена такими факторами, как его разложение в процессе производства и размер кристаллов выпадающей в осадок соли, особенно, если концентрация отбеливающего средства близка к своему верхнему пределу, практически составляющему около 35%.

Краткое описание чертежей, поясняющих практическое воплощение способа, являющегося объектом настоящего изобретения

На фиг. 1 схематично показан пример ступени кристаллизатора с поверхностным охлаждением, описанной выше.

На фиг. 2 показан пример обработки после ступени кристаллизатора.

Описание способа, являющегося объектом настоящего изобретения, и соответствующего оборудования со ссылкой на чертежи

Указанный способ, являющийся объектом настоящего изобретения, далее поясняется и описывается

- 5 010679 со ссылкой на фиг. 1 и 2. Ступень, показанная на фиг. 1, включает кристаллизатор с поверхностным охлаждением 10, в который входит резервуар 12 с соединенным с ним теплообменником 14, как было описано. На чертеже не показана первая ступень, подобная описанной выше, однако, при описании чертежей подразумевается, что таковая имеется, хотя следует понимать, что отбеливающее средство низкой концентрации, подаваемое в кристаллизатор, может производиться подобным образом где-либо еще и подвозиться для подачи в кристаллизатор. Резервуар 12 содержит цилиндрическую обечайку 12А, коническое днище 12В и крышку 12С. Цилиндрическая разделительная перегородка 16 крепится внутри резервуара любым пригодным способом так, чтобы вместе с обечайкой 12А образовывать внешнюю кольцевую утешительную зону 18, открытую снизу. Цилиндрическая разделительная перегородка окружает внутреннюю центральную зону 20.

У резервуара 12 ступени кристаллизатора имеются различные впускные и выпускные отверстия. Рециркуляционное выпускное отверстие 22 находится в нижней центральной точке конического днища 12В или в непосредственной близости от нее. Выпускное отверстие для суспензии 24 расположено в любом удобном месте. Хотя на чертеже показано место, находящееся по вертикали ниже, чем нижняя граница зоны 18, точное его расположение, как правило, не имеет критического значения. Это выпускное отверстие может даже находиться на конце трубы, которая проходит во внутреннее пространство резервуара сквозь обечайку или является ответвлением канала 33. Выпускное отверстие маточного раствора, или продукта, 26 расположено вблизи верхней части зоны 18, однако, по вертикали ниже, чем верхний край цилиндрической разделительной перегородки 16. Вентиляционное отверстие 28 предназначено для выпуска избытка газообразного хлора и инертных газов из резервуара в стандартный промышленный скруббер хлора (на чертеже не показан).

Два впускных отверстия резервуара 12 - это впускное отверстие 30 для подачи хлора и рециркуляционное впускное отверстие 32. Рециркуляционный насос 34 предназначен для перекачивания жидкости из нижней части резервуара через выпускное отверстие 22 и канал 33, соединенный со стороной всасывания этого насоса, по каналу 35, соединенному со стороной нагнетания этого насоса, в теплообменник

14. Свежий гидроксид натрия вводят в рециркулируемый раствор через впускное отверстие для гидроксида натрия 36 в канале 35 между насосом 34 и теплообменником 14. Отбеливающее средство с первой ступени вводят через впускное отверстие для отбеливающего средства 38 в канале 37, идущем от теплообменника 14 к рециркуляционному впускному отверстию 32. Хотя устройство, показанное на чертеже, имеет единственное впускное отверстие, через которое вводится смесь отбеливающего средства, свежего гидроксида натрия и рециркулируемого раствора, могут быть использованы и другие системы подводки, обеспечивающие раздельное введение указанных компонентов в разных местах, соответствующих требованию отсутствия возмущений в утешительной зоне.

Рециркулируемый раствор с добавленными в надлежащем количестве свежим гидроксидом натрия и отбеливающим средством с первой ступени снова вводят в резервуар 12 через рециркуляционное впускное отверстие 32. Фактически, отверстие, в котором рециркулируемый раствор вводится в раствор, уже имеющийся в резервуаре, может располагаться в любом месте, соответствующем требованию отсутствия возмущений в утешительной зоне 18. На чертеже показано место, расположенное во внутренней зоне 20, предпочтительно ближе к центру, где-нибудь над нижней границей этой зоны; там рециркулируемый раствор вводится через расширяющуюся кверху воронку 39, что обеспечивает равномерное распределение рециркулируемого раствора в этой зоне без создания турбулентности в зоне 18.

Хлор, подаваемый через впускное отверстие 30, попадает в распределительную систему 40, которая расположена вблизи нижней границы внутренней зоны 20 и предназначена для направления хлора вверх, в жидкость, находящуюся в зоне 20, где он вступает в дополнительную реакцию с раствором, непрерывно вводимым через воронку 39.

При том, что плотность суспензии, образующейся в ходе непрерывной реакции между хлором и гидроксидом натрия в резервуаре 12, такова, что суспензия собирается на дне этого резервуара, а соль, выпадающая из раствора, опускается вниз, пополняя ее, маточный раствор в верхней части утешительной зоны, отводимый или не отводимый из резервуара через выпускное отверстие 26, имеет практически тот же состав, что и описанный выше состав компонентов, являющихся объектом настоящего изобретения.

Кроме этого, способ непрерывного производства включает отведение суспензии из резервуара через выпускное отверстие 24 и перекачивание ее при помощи насоса 25 на дальнейшую обработку в соответствии с фиг. 2. Хотя на чертеже показано, что выпускное отверстие 24 расположено на днище 12В, оно, как указано выше, может располагаться в любом удобном месте, включая ответвление канала 33.

Количество тепла, выделяемого в ходе реакции, происходящей на ступени кристаллизатора, является функцией количества материала, пропускаемого через кристаллизатор. Следовательно, регулируя расход рециркулируемого раствора и охлаждающей жидкости в теплообменнике в соответствии с количеством материала, проходящего через кристаллизатор, можно сохранять небольшими величину падения температуры рециркулируемого раствора при его прохождении через теплообменник и разность температур между рециркулируемым раствором и охлаждающей жидкостью в соответствии в конкретным типом используемого теплообменника, как было указано выше. С этой точки зрения, данный способ можно назвать имеющим высокий расход рециркулируемого компонента.

- 6 010679

На фиг. 2 показано дополнительное оборудование, которое включает резервуар предварительного сгущения 44, подобный резервуару 12 тем, что он имеет обечайку 44А, днище 44В и крышку 44С. В нем также имеется внутренняя разделительная перегородка 46, образующая с обечайкой 44А внешнюю зону 48, а с другой стороны - внутреннюю зону 50. Разделительная перегородка 46 не обязательно должна быть замкнутым цилиндром.

Суспензию из резервуара 12 подают в зону 50 через впускное отверстие для суспензии 52. Перемешивание суспензии в зоне 50 осуществляется, например, при помощи подаваемого под давлением воздуха. Воздух нагнетается через впускное отверстие для воздуха 54 и распределительную систему 56, расположенную вблизи нижней границы внутренней зоны 50 и предназначенную для направления воздуха вверх, в находящуюся в зоне 50 суспензию. Воздух и любые захваченные им газы отводят через вентиляционное выпускное отверстие 58 в крышке 44С над зоной 50. Вместо нагнетаемого воздуха или совместно с ним может быть использована механическая мешалка.

Суспензия собирается на дне резервуара, откуда ее откачивают рециркуляционным насосом 62 через выпускное отверстие для суспензии 60. Затем суспензию подают во впускное отверстие 64 гидроциклона 66, в котором из нее удаляется значительное количество жидкости, при этом повышается концентрация раствора в суспензии, проходящей по каналу 67 из гидроциклона 66 в центрифугу 68, которая предназначена для отделения кристаллической соли центрифугированием суспензии.

Предпочтительно использовать двухступенчатую центрифугу, в которой возможно промывать продукт после прохождения первой ступени, а затем центрифугировать его на второй ступени. Одним из примеров жидкости, которую можно использовать для промывания, является вода. Поэтому на фиг. 2 показаны впускное отверстие для промывочной воды 70 и выпускное отверстие для промывочной воды 72. В результате промывки из конечного солевого продукта, который отводят после центрифугирования через выпускное отверстие для сухого вещества 74, удаляется гипохлорит. Фильтрат первой ступени центрифуги 68 возвращают по каналу 75 в резервуар предварительного сгущения 44 через первое впускное отверстие возврата фильтрата 76, а фильтрат гидроциклона 66 возвращают по каналу 69 через второе впускное отверстие возврата фильтрата 78. Выпускное отверстие 80 для отведения продукта находится в верхней части зоны 48. Жидкость, которую отводят через выпускное отверстие 80, имеет в значительной степени тот же состав, что и жидкий продукт - отбеливающее средство, который отводят из резервуара 12 через выпускное отверстие 26, т.е. в нем содержится более чем 25 вес.% гипохлорита натрия и менее чем 9,5 вес.% соли (хлорида натрия). Количество отводимого продукта может быть различным. Например, расход через выпускное отверстие 80 может в 4-6 раз превышать расход через выпускное отверстие 26. Эти величины могут изменяться в широких пределах в зависимости от продолжительности обработки, температуры и концентрации, как было показано выше; через выпускное отверстие 26 маточный раствор может не отводиться вовсе.

Отбеливающее средство, являющееся объектом настоящего изобретения, содержит некоторое количество хлората натрия. Это количество в некоторой степени является функцией температуры реакции. Вообще, чем ниже температура реакции, тем ниже концентрация хлората. Следовательно, определенные принципы настоящего изобретения относятся к установкам, в которых, вместо воды градирни для понижения температуры реакции, используется охлажденная вода. С другой стороны, благодаря высокой концентрации отбеливающего средства, производимого способом, являющимся объектом настоящего изобретения, возможно его разбавление дополнительным количеством воды, и, хотя концентрация отбеливающего средства неизбежно снижается, это эффективно с точки зрения снижения концентрации хлората.

Вместо гидроксида натрия, может быть взят гидроксид калия, т.е. аналогичным образом получен более концентрированный гипохлорит калия из менее концентрированного гипохлорита калия.

Хотя была упомянута первая стадия настоящего способа, на которой получается продукт - отбеливающее средство, содержащий более чем 15 вес.% гипохлорита натрия (ΝαΟί'Ί) и 4,5 вес.% гидроксида натрия (ΝαΟΗ), общие принципы настоящего изобретения предусматривают использование отбеливающих средств более низкой концентрации или концентрированных, а затем разбавленных отбеливающих средств, возможно, изготовленных на другом предприятии. Однако для предприятия, где имеется ступень для производства отбеливающего средства, используемого для реакции на ступени кристаллизатора, необходимость временного закрытия второй ступени для технического обслуживания и т.п. не означает необходимости также останавливать работу второй ступени. Отбеливающее средство, получаемое на первой ступени, имеет надлежащий товарный сорт, и, будучи разбавленным или без разбавления, оно может быть, вместо второй ступени, использовано где-либо еще на том же предприятии или направлено на другое.

Наряду с тем, что данное описание и пояснение относятся к предпочтительному на сегодняшний день воплощению настоящего изобретения, следует принимать во внимание, что принципы настоящего изобретения применимы ко всем воплощениям, которые подпадают под положения формулы изобретения, приводимой ниже.

Claims (3)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1) водным продуктом, содержащим гипохлорит щелочного металла и гидроксид щелочного металла и, по существу, свободным от кристаллов соли;

1) водным раствором гипохлорита щелочного металла с более низкой концентрацией, который содержит некоторое количество гидроксида щелочного металла и, по существу, свободен от металлхлоридных кристаллов соли;

1) водным продуктом, содержащим по меньшей мере около 15 вес.% гипохлорита натрия и 4,5 вес.% гидроксида натрия и, по существу, свободным от кристаллов соли;

1) водным раствором, который содержит гипохлорит натрия с небольшим избытком гидроксида натрия и в значительной степени свободен от кристаллов хлорида натрия (соли);

1) водным раствором гипохлорита натрия с более низкой концентрацией, который содержит некоторое количество гидроксида натрия и, по существу, свободен от кристаллов хлорида натрия (соли);

1. Способ непрерывного производства отбеливающего средства - концентрированного водного гипохлорита натрия с низким содержанием соли, включающий непрерывное осуществление в резервуаре реакции между:

2) водным раствором гидроксида щелочного металла и

2) водным раствором гидроксида щелочного металла, имеющего концентрацию от приблизительно 45 до приблизительно 51 вес.%;

3) хлором в газообразном и/или жидком состоянии, который может содержать или не содержать инертные компоненты для образования раствора;

при этом в указанном резервуаре имеются:

a) зона осаждения, где кристаллы соли выпадают в осадок из раствора и опускаются вниз, образуя суспензию, часть которой отводят, охлаждают и снова подают в зону осаждения; и

b) находящаяся над зоной осаждения зона свободного от кристаллов маточного раствора, в которой находится, по существу, только свободный от кристаллов маточный раствор, массовая доля гипохлорита щелочного металла в котором выше, чем в водном растворе гипохлорита щелочного металла с более низкой концентрацией, который вступает в реакцию.

33. Устройство для получения отбеливающего средства - концентрированного водного раствора гипохлорита щелочного метала с низким содержанием соли, включающее реакционный резервуар, в котором происходит реакция между вводимыми в него:

2) водным раствором гидроксида натрия с концентрацией в диапазоне примерно от 45 до 51 вес.% и

3) хлором в газообразном и/или жидком состоянии, который может содержать или не содержать инертные компоненты для образования раствора;

при этом в указанном резервуаре имеются:

a) нижняя зона, где кристаллы соли выпадают в осадок из раствора и опускаются вниз, образуя суспензию, часть которой отводят, охлаждают и снова подают в нижнюю зону осаждения соли; и

b) верхняя зона в значительной степени свободного от кристаллов маточного раствора, содержащего более чем 25 вес.% гипохлорита натрия и менее чем примерно 9,5 вес.% соли;

указанный резервуар имеет выпускное отверстие, через которое из нижней зоны отводят суспензию, и впускное отверстие, расположенное по вертикали выше, чем выпускное, через которое отведенную суспензию вновь подают в нижнюю зону;

теплообменник, расположенный между впускным и выпускным отверстиями и предназначенный для передачи тепла от отводимой суспензии к протекающему по нему жидкому хладагенту;

внутреннюю цилиндрическую разделительную перегородку, которая вместе с цилиндрической обечайкой резервуара образует кольцевую утешительную зону, открытую снизу и простирающуюся вверх, где она образует внутреннюю границу верхней зоны.

25. Устройство по п.24, имеющее дополнительное выпускное отверстие, через которое маточный раствор сливается из верхней зоны и которое расположено по вертикали ниже, чем верхняя кромка цилиндрической разделительной перегородки.

26. Устройство по п.24, включающее резервуар предварительного сгущения, в который подают суспензию из реакционного резервуара и подвергают ее дальнейшей обработке, заключающейся в предварительном сгущении; и механическое оборудование для обработки предварительно сгущенной суспензии с целью удаления практически всей жидкости так, чтобы получить, по существу, не содержащие жидкости кристаллы соли.

27. Устройство по п.26, включающее линию рециркуляции между механическим оборудованием и резервуаром предварительного сгущения для повторного введения фильтрата, образовавшегося в результате использования механического оборудования, в резервуар предварительного сгущения.

28. Устройство по п.27, в котором резервуар предварительного сгущения снабжен выпускным от

- 9 010679 верстием, расположенным на той высоте, откуда жидкость, имеющая практически тот же состав, что и маточный раствор в реакционном резервуаре, может сливаться из резервуара предварительного сгущения.

29. Устройство по п.28, в котором реакционный резервуар снабжен выпускным отверстием, через которое маточный раствор сливается из реакционного резервуара и впоследствии смешивается с жидкостью, сливающейся через выпускное отверстие резервуара предварительного сгущения.

30. Устройство по п.28, в котором высота, на которой жидкость сливается из верхней части резервуара предварительного сгущения, определяется верхней кромкой разделительной перегородки внутри резервуара предварительного сгущения, а разделительная перегородка расположена так, чтобы при введении рециркулируемого фильтрата в резервуар предварительного сгущения предотвратить внесение значительного возмущения в слой находящейся в нем суспензии.

31. Устройство по п.26, в котором механическое оборудование включает двухступенчатую центрифугу с возможностью промывки между ступенями.

32. Способ непрерывного производства отбеливающего средства - концентрированного водного гипохлорита щелочного металла, включающий непрерывное осуществление в резервуаре реакции между:

2) водным раствором, который содержит гидроксид натрия в концентрации более чем 24 вес.%; и

3) хлором в газообразном и/или жидком состоянии, который может содержать или не содержать инертные компоненты.

22. Способ по п.1, в котором свободный от кристаллов маточный раствор содержит более чем 25 вес.% гипохлорита натрия, менее чем 9,5 вес.% соли и небольшой избыток гидроксида натрия.

23. Концентрированное отбеливающее средство с низким содержанием соли, содержащее водный раствор с более чем 25 вес.% гипохлорита натрия с небольшим избытком гидроксида натрия и процентным соотношением (по весу) содержания ЫаС1 к ЫаОС1 менее чем 0,38 при 25 вес.% гипохлорита натрия, причем после удаления твердой фазы раствора содержит примерно 30 вес.% гипохлорита натрия и имеет отношение Ν;·ι01/Ν;·ιΟ01 приблизительно от 0,21 до 0,25 и небольшой избыток гидроксида натрия.

24. Устройство для получения отбеливающего средства - концентрированного водного раствора гипохлорита натрия с низким содержанием соли, включающее реакционный резервуар, в котором происходит реакция между вводимыми в него:

2. Способ по п.1, в котором реакция осуществляется в резервуаре, имеющем выпускное отверстие, через которое суспензию отводят из нижней части зоны осаждения, и впускное отверстие, расположенное по вертикали выше, чем выпускное, через которое отведенную суспензию после охлаждения снова вводят в верхнюю часть зоны осаждения.

3. Способ по п.2, в котором охлаждение отводимой суспензии осуществляется при ее протекании по теплообменнику, обеспечивая передачу тепла от отводимой суспензии к протекающей по нему охлаждающей жидкости.

4. Способ по п.3, в котором разность температур между жидким хладагентом, протекающим по трубкам теплообменника, и суспензией, протекающей в межтрубном пространстве теплообменника, поддерживают в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 15°Б.

5. Способ по п.3, в котором разность температур между жидким хладагентом, протекающим по трубкам теплообменника, и суспензией, протекающей в межтрубном пространстве теплообменника, поддерживают в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 3°Б.

6. Способ по п.3, в котором охлаждение суспензии в теплообменнике осуществляется таким образом, что падение температуры при протекании суспензии по теплообменнику составляет от приблизительно 1 до приблизительно 4°Б и предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 2°Б.

7. Способ по п.3, в котором температура суспензии регулируется таким образом, что для охлаждения отводимой суспензии возможно использовать теплообменник, в котором используется вода градирни.

8. Способ по п.3, в котором теплообменник охлаждает отводимую суспензию охлажденной водой.

9. Способ по п.2, в котором резервуар снабжен внутренней цилиндрической разделительной перегородкой, которая вместе с цилиндрической обечайкой резервуара образует кольцевую утешительную зону, открытую снизу, к зоне осаждения, и сверху, где она образует границу зоны маточного раствора.

10. Способ по п.9, в котором маточный раствор непрерывно сливается из верхней части резервуара через выпускное отверстие при непрерывном добавлении свежих реагентов.

11. Способ по п.1, в котором реакцию осуществляют в резервуаре ступени кристаллизатора, суспензию отводят из резервуара ступени кристаллизатора и подвергают дальнейшей обработке с целью сгущения, сгущенную суспензию подвергают дальнейшей обработке для удаления практически всей жидкости так, чтобы получить, по существу, не содержащие жидкости кристаллы соли.

12. Способ по п.11, в котором дальнейшая обработка суспензии включает обработку суспензии, отводимой из резервуара ступени кристаллизатора таким образом, чтобы предварительно сгустить ее, и после этого выполняют механическую обработку предварительно сгущенной суспензии с целью удаления практически всей жидкости так, чтобы получить, по существу, не содержащие жидкости кристаллы соли.

13. Способ по п.12, в котором фильтрат, образующийся при предварительном сгущении суспензии, снова направляют в процесс предварительного сгущения.

14. Способ по п.13, в котором часть процесса предварительного сгущения осуществляют в резервуаре предварительного сгущения, а фильтрат, образующийся при предварительном сгущении суспензии, снова направляют в резервуар предварительного сгущения.

15. Способ по п.14, в котором в результате непрерывного добавления суспензии из резервуара ступени кристаллизатора уровень жидкости в резервуаре предварительного сгущения поднимается до высоты, на которой жидкость, имеющая практически тот же состав, что и маточный раствор в резервуаре ступени кристаллизатора, сливается из верхней части резервуара предварительного сгущения.

16. Способ по п.15, включающий слив маточного раствора из утешительной зоны резервуара ступени кристаллизатора и смешивание маточного раствора, сливающегося из верхней части резервуара ступени

- 8 010679 кристаллизатора, и жидкости, сливающейся из верхней части резервуара предварительного сгущения.

17. Способ по п.15, в котором высота, на которой жидкость сливается из верхней части резервуара предварительного сгущения, определяется верхней кромкой разделительной перегородки внутри резервуара предварительного сгущения, а разделительная перегородка расположена так, чтобы при введении рециркулируемого фильтрата в резервуар предварительного сгущения предотвратить внесение значительного возмущения в слой находящейся в нем суспензии.

18. Способ по п.12, в котором механическая обработка предварительно сгущенной суспензии включает центрифугирование, при котором суспензия разделяется на, по существу, свободные от жидкости кристаллы соли и жидкость.

19. Способ по п.18, в котором центрифугирование включает центрифугирование первой и второй ступени, после центрифугирования первой ступени центрифугированный продукт промывают для удаления остатков гипохлорита натрия.

20. Способ по п.1, в котором водный раствор гипохлорита натрия с более низкой концентрацией, содержащий некоторое количество гидроксида натрия, содержит по меньшей мере около 15 вес.% гипохлорита натрия и около 4,5 вес.% гидроксида натрия.

21. Способ по п.20, в котором водный продукт, содержащий по меньшей мере около 15 вес.% гипохлорита натрия и около 4,5 вес.% гидроксида натрия, получают путем осуществления реакции между:

2) водным раствором гидроксида натрия с концентрацией от приблизительно 45 до приблизительно 51 вес.%;

3) хлором в газообразном и/или жидком состоянии, который может содержать или не содержать инертные компоненты для образования раствора;

при этом в указанном резервуаре имеются:

a) зона осаждения, где кристаллы соли выпадают в осадок из раствора и опускаются вниз, образуя суспензию, часть которой отводят, охлаждают и снова подают в зону осаждения; и

b) находящаяся над зоной осаждения зона свободного от кристаллов маточного раствора, в которой находится, по существу, только свободный от кристаллов маточный раствор, массовая доля гипохлорита натрия в котором выше, чем в водном растворе гипохлорита натрия с более низкой концентрацией, который вступает в реакцию.

3) хлором в газообразном и/или жидком состоянии, который может содержать или не содержать инертные компоненты для образования раствора;

при этом в указанном резервуаре имеются:

a) нижняя зона, где кристаллы соли выпадают из раствора в осадок и опускаются вниз, образуя суспензию, часть которой отводят, охлаждают и снова подают в зону осаждения; и

b) верхняя зона в значительной степени свободного от кристаллов маточного раствора;

указанный резервуар имеет выпускное отверстие, через которое из нижней зоны отводят суспензию; впускное отверстие, расположенное по вертикали выше, чем выпускное, через которое отведенную суспензию вновь подают в нижнюю зону;

теплообменник, расположенный между впускным и выпускным отверстиями и предназначенный для передачи тепла от отводимой суспензии к протекающему по нему жидкому хладагенту;

внутреннюю цилиндрическую разделительную перегородку, которая вместе с цилиндрической обечайкой резервуара образует кольцевую утешительную зону, открытую снизу и простирающуюся вверх, где она образует внутреннюю границу верхней зоны.