JPS5879802A - ガス状二酸化塩素の連続製造方法および装置 - Google Patents

ガス状二酸化塩素の連続製造方法および装置

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JPS5879802A
JPS5879802A JP57185331A JP18533182A JPS5879802A JP S5879802 A JPS5879802 A JP S5879802A JP 57185331 A JP57185331 A JP 57185331A JP 18533182 A JP18533182 A JP 18533182A JP S5879802 A JPS5879802 A JP S5879802A
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dioxide
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス状二酸化硫黄と金属塩素酸塩との反応によ
りガス状二酸化塩素を製造する連続的で、かつ効果的な
方法および装置に指向する。
従来において、おもに漂白剤および消毒剤として使用さ
れる二陵化塩素を製造する多くの方法が開発されている
。これらの1つの方法には米国特許第8 6 6 4 
8 4 1. ; 2 8 6 8)22:assa’
yog;aテ89108;およびδ9γ4s66号明細
書&C紀載されているように金属塩素酸塩(通常、塩素
酸ナトリウム)および強酸を同伴塩化物とま友は該塩化
物と反応させない方法が包含されている。しかし、この
方法の利益が次の点、すなわち、比較的に化学的効率が
悪いこと、化学薬品の生産コストが高いこと、[バッフ
ィング(puffing) Jの危険が生ずること(二
酸化塩素の自然分解により生ずる爆発)、および通常望
ましくない塩素が付随して生ずることによって減少する
。これに関して、米国特許第1481241号明細書に
はこの方法により生ずる望ましくない塩素を二酸化塩素
から分#Ii″jる必費のあることが記載されている。
従来実施されている他の方法においては米国特許第4g
214446;42475δ1;および4150144
号明細書に記載されているように亜塩素酸ナトリウムを
塩素ガスまたは次亜塩素酸ナト、リウふと強酸との組合
せと反応させて二酸化塩素を生成している。不幸にして
、亜塩素醗ナトリウムは塩素酸ナトリウムのコストより
約4〜5倍高く、方法の実施に経費tJ!!することに
なる。
他の従来法においてはメタノールま几は二酸化硫黄の如
き中間還元剤を金属塩素酸塩、通常塩素酸ナトリウムと
組合せて使用している。この方法については米国特許第
248]240;g598087;8950500;お
よび43!50159号明細書に記載されている。この
方法は比較的に安価な塩素酸塩反応物を使用し、 −通
常望ましくない塩素ガスが生成しない友めに望ましい。
しかし、この従来法は化学的効率が悪く、かつ「バッフ
ィング」の生ずる危険性がある等の多くの欠点を有する
。更に、「バッフィング」に起りがちの危険性を高める
ことなく、かつ効率の高めるのに伴なう高い熱を発生す
ることなくして方法の効率全改善する2手段は知られて
いない。ま友、使用済反応物から遊離した状態の二酸化
塩素の発生に適合する反応の効率を向上する手段は知ら
れていない。二酸化塩素は飲料水の生成または食物の処
理に使用することができる。
発明の開示 本発明は金属塩素酸塩とガス状二酸化硫黄との反応によ
って二酸化塩素を発生させる従来法における悪い化学的
効率および経費の間IN1に解決することである。この
事は反応工程の新規な組合せによって達成でき、各組合
せ自体が効果的で効率における増加分を生じ、組合せ全
体により全効率を著しく高めることができる。
第1に、ガス状二酸化硫黄を空気′1九は窒素で「バッ
フィング」を避ける20%以下の濃1tMい割合で稀釈
する従来の要件を、高度の真空、すなわち、米国特許第
43150159号明細書に呼水されている100鵡K
gの少なくとも4倍の真空を加えることによって、塩素
酸塩および二酸化硫黄反応物相互の有効接触を妨害する
二酸化硫黄ガスの稀釈の必glを全くなくして「バッフ
イン勿危険性を完全に除去するようにする。
第二に、塩素酸塩溶液を反応チャンバーの頂部に導入し
て下方に向は少しずつ流し、これに対して使用済反応物
を反応チャンバーの底部から排出丁ゐ従来の向流または
韮流の細流技術(tricklingflow tec
hnique+s )は使用済反応物を反応チャンバー
の頂部に隣接する位置で排出する溢流技術(flood
ing technique )の利益を失っている。
二酸化硫黄を溢流、充填反応チャンバー(floode
d 。
packed reaction ohamber )
 f上方に向はバブリングさせて、塩素酸塩溶液および
二酸化硫黄を反応チャンバーの底部に互いに接近させて
導入してこれら反応物の排出前に反応物の接触時間を高
め、これにより反応を完全にしている。更に、多くの他
のプロセスにおけるように入口点に隣接させるよりむし
ろ二酸化硫黄の入口点から移動した位置で使用済反応物
を排出することによって、二酸化硫黄が適当に反応する
機会を与える前に二酸化硫黄を反応チャンバーから除去
するのを妨げるようにしている。過剰の二酸化硫黄と生
成する二酸化塩素ガスのカウンタープロタ゛クト反応(
Counter 1produotive reaot
ion )を避ける必要性を考慮する米国特許第248
1240号明細書に記載するように所望蝦大割合の塩素
酸塩溶液表面積が細流(triokling )よりむ
しろ溢流(flooding )の使用の場合に減少す
るから、本発明においては二酸化硫黄ガスの拡散を高い
割合にしてその表面積と容積との割合を最大にする極め
て小さい気泡を形成することKより反応表面積を最大に
する構成手段を設けるようにする。
これらの効率を高める各組合せは、本発明を用いること
Kより得られる二酸化塩素発生効率を著しく高める。上
述する1つの特徴、すなわち、小気泡全形成するガス状
反応物の高度の拡散は反応効率を高める手段として従来
において考えられていたけれども、しかし効率を十分に
向上できるものではなかつ友、なぜならば、反応物を互
いに接近してチャンバーの底部に導入し、その頂部で排
出fる溢流チーyyバー(flooded chamb
er )との組合せが用いられていないこと、および二
酸化硫黄の空気1または窒素稀釈を必要としないような
高い真空との組合せが用いられていないことである。
解決する必要のめる他の潜在的な問題は、本発明の効率
を高める手段により実施した場合に極めて著しく効果的
な反応によって生ずる多量の熱である。二酸化塩素は反
応物供給量の種々の割合にによって種々の割合で生成す
ることができるから、系の熱除去能力をこれらの他の変
数に比例して自動的に変えうるようにする必要がある。
本発明においては、この事を反応チャンバーに真空を与
えるエダクタ−を流れる唯一の可動流体のような反応チ
ャンバーを包囲する冷却ジャケットに流す冷却液を用い
ることによって達成する。反応チャンバーに付与する真
空の度合に比例する、すなわち、エダクタ−を流れる冷
却液の流量に比例する反応物の供給流量を設けることに
よって、比例関係を・・反応物流量と冷却流流量との間
に自動的に確立させる。
二酸化塩素を飲料水の生成にま友は食物の処理に消毒剤
として用いる場合には、二酸化塩素を使用済反応物から
分離するのが望ましい。これ食違。
成するために、本発明において分離エダクタ−を用いて
上述する真空を反応チャンノ(−に付与すると共に、二
酸化塩素および使用済反応物を排出する。上記分離エダ
クタ−を二酸化塩素発生の塩素酸塩−二酸化硫黄方法に
適用できるようにするばかりか、上述する他の化学反応
の方法に適用できるよう圧する。しかし、上述するよう
に二酸化硫黄の空気または窒素稀釈の必要性を省くのに
必要とされる著しく高い真空については克服する必要の
ある多段−エダクタ−の使用におけるある特定の問題が
存在する。低レベルの真空を単に付与する場合には、最
大可能な不均衡を反応チャンバーにおける液体の熱で効
果的に打ち消すことがで、lkb程fK十分小さくする
。しかし、本発明において用いる高レベルの真空によっ
て、特に本発明におけるように液体の比較的に小さい熱
により反応チャンバーを小製にす′る場合に、最大可能
な不均衡を変形が生じるように遥かに大きくすることか
で1&る。従って、二酸化塩素を使用済反応物から別々
に反応チャンバーから排出する必要のあるこれらの特別
の場合に、本発明においては個々のエダクタ−により反
応チャンバーに付与する相対真空を明確に釣合せる調節
装置を設ける。一般に、かかる分離は漂白するようなあ
る工業的用途には必要とされないが、飲料水の生成ま几
は食物の処理の場合には必要である。
本発明の主目的は金属塩素酸塩の水溶液とガス状二酸化
硫黄との反応から二酸化塩素を生成する化学的効率金高
しく高めることである。
本発明の他の目的は二酸化塩素の「バッフィング」によ
る爆発の危険性を高めることなくして上記化学的効率金
高めることである。
ま友、本発明の他の目的は冷却液流量および反応物流量
を比例的に相互依存させる反応チャンバーに対する冷却
システムを設けることにある。
また、本発明の他の目的は生成する二酸化塩素を使用済
反応物から分離して飲料水の生成または食物の処理に適
当な二酸化塩素を得ることにある。
更に、また本発明の他の目的は使用済反応物から別々に
反応チャンバーから二酸化塩素を除去すると共に、上述
する効率を高める目的によって反応チャンバーに著しく
高い真空を維持することにある。
次に、本発明を添付図面について説明する。
本発明の好適な例において、二酸化塩素をガス状二酸化
硫黄と金属塩素酸塩の水溶液との反応から生成する。塩
素酸す) IJウムは好ましい反応物であるが、しかし
塩素酸マグネシウム、塩素酸リチウム、塩素酸アルミニ
ウム、塩素酸カリウムまたは塩素酸カルシウムの如き他
の塩素酸塩はその溶解性、および市場条件により定めら
れるコストの関係に依存して用いることができる。塩素
酸カルシウムを用いる場合には水に不溶性の硫酸カルシ
ウムを生ずるから、この物質を除去するるる装置を設け
ないかぎり、反応チャンバーの閉塞が生ずる。
二酸化塩素を発生する、一般[10で示す好ましi構造
の反応器は冷却ジャケット14で包囲した円柱状円筒反
応チャンバー12から構成する。
溜め16に収容する塩素酸塩の水溶液を可変−長さ毛管
または他の適当な流れ調整絞り器の如き可変絞り器18
を通し、更に流量計20t−通して反応チャンバーの底
部に供給し、こ\で水浴液を下方に向いた孔14t−有
する管22を通して放出する。他の反応物、すなわち、
ガス状二酸化硫黄を溜めgoから真空応答締切弁28、
可変絞り器80および流量計8Bを通して二酸化硫黄を
約10θミクロンの極めて小さい気泡に形成できるディ
フューザー84に供給する。このディフューザー84は
結合カーボランダム粒体から形成し友釣5CIl厚さの
円板から構成するのが好ましい。このディフューザーは
[グレード40 アシッド ボンドA−50170キサ
イド(Grade 40 Ac1dBond jL −
501ム1oxit6 ) Jの名称で市販から入手す
ることができる。
ディフューザー84は塩素酸塩供給管ggの下方に向い
た孔24に接近させて設けて塩素酸塩と二酸化硫黄とを
瞬間に反応するようにし、これにより反応チャンバー1
3におけるこれらの接触時間を最小にして生成プロセス
の効率を高める。この事は以前においておもに用いられ
ていた反応効率に望ましくない向流反応物流原理を放棄
することを示すものである。ディフューザー84を通じ
進入する二酸化硫黄はあらかじめ必要とされる二酸化硫
黄と空気teは窒素の混合物の最大20%より高い濃[
を有している。事実、このプロセスにおける二酸化硫黄
の濃tは100%が好ましい。
高い濃度は3種反応物の接触面を最大にし、これKより
効率を高めることができ、かつ後述するように反応チャ
ンバーに与える高い真空レベルによる「バッフィング」
の起る危険に生成プロセスを曝さないようKすることが
できる。
塩素酸塩と二酸化硫黄との反応は反応チャンノ(−18
において反応物排出管88の排出口86に向う塩素酸塩
および二酸化硫★の両気泡の上方への移動中に生ずる。
塩素酸塩および二酸化硫黄の各反応物の供給位置に関す
る排出口δ6の位置は8つの重l!:な点において従来
の実施方法とは相違している。従来の方法においては、
一般に反応物排出位置を二酸化硫黄供給位置に隣接させ
ているのに対して、本発明においてはすべての二酸化硫
黄を反応チャンバーから排出する前に塩素酸塩と最大接
触時間で接触するように反応物排出位置と二酸化硫黄供
給位置とを離すようにする。あらかじめ実施されたよう
に反応物排出位置を二酸化硫黄供給位置の下に位置する
方がよいとすることは、従来の実施方法に対して反対関
係に位置する。この事は反応チャンバーのすべての塩素
酸塩の溢流を二酸化硫黄供給位置上に生じさせることに
なり、二酸化硫黄の高度の拡散との組合せにおいて最大
効率を達成する両反応物の接触時間および接触面を最大
にする。
塩$11塩および二酸化硫黄の両反応物を反応チャンバ
ー12に導入する入口はチャンバーに付与する真空に影
響し、この真空の付与は可変絞り器18を通る塩素酸塩
の流れ音強めるのに必要とされ、また閉鎖位置に向う二
酸化硫黄締切弁8Bのスプリング−バイアスによってか
かる締切弁88を開放するのに必要とされる。真空はポ
ンプ48からの水の高い加圧流を受けるエタ゛クター4
0の作用下で反応物排出管88を介して付与する。この
システムにおける塩素酸塩および二酸化硫黄反応物の流
量はエダクタ−40により付与される真空レベルに影響
し、更にポンプ4急からエダクタ−40を流れる水の流
量に影響する。ポンプ4sがその唯一の水源として冷却
ジャケット14内におりる冷却水を用いることにより、
ポンプ42は入口441介してジャケット14に進入す
る冷却水の排出としての役目をし、かつジャケラ)14
を流れる冷却水の流量を測定する役目をする。この配置
において、塩素酸塩および二酸化硫黄それぞれの流量お
よび冷却水の流量はエダクタ−40によるこれらの各反
応物の因果関係によって比例的に相互依存する。この几
めに、反応物の流量を高めることにより二酸化塩素の生
成を高める必要がある場合には、この事を可変絞り器4
61に開放して冷却水の流量を増加して反応物の増加流
に対するより大きい度合の容量を自動的に得ることによ
って達成する。
二酸化塩素は反応チャンバー18の頂部に位置する二酸
化塩素排出口48を通して反応チャンバー11から排出
する。二酸化塩素を、例えば漂白として工業的に用いる
場合には、二酸化塩素排出口481−同じエダクタ−4
0に接続できない理由はないが、このエダクタ−40を
通じて使用済反応物を反応チャンバー18から排出して
工業用としての水、二酸化塩素および使用済反応物の混
合物を生成する。しかしながら、二酸化塩素を、飲料水
を生成する水処理VC17′jは食物の処理に向ける場
合には、使用済反応物を二酸化塩素と混合するのは望ま
しくない。これらの工業的使用については第1図に示す
配置が好ましく、第2エダクタ−IsOが二酸化塩素を
別に排出し、同時に二酸化塩素を純水に溶解し几溶液を
生成する。この工業的使用の場合には、第2エダクタ−
50に供給する第8ボング52t−設けるのが好ましい
従来実施されているように空気また線窒素による高一度
の稀釈を避けるためには、二酸化塩素の「バッフィング
」に対する爆発危険性を高めないようにするのに大気圧
以下少なくとも約400 NILHgの真空、好ましく
は少なくとも約500關Hgまたはこれ以上の真空を必
要とする。使用済反応物から二酸化塩素を別々に排出す
る1対のエダクタ−40および50の場合に、上述する
高レベルの真空は反応チャンバーに小さい真空を付与す
る8個のエダクタ−を用いる場合に必要とされるより4
一層注意して釣合せる必要がある。しかし、必要とされ
る釣合せは、流量計56およびF!8のそれぞれにより
感知される流量が8個の同じ大きさのエダクタ−40お
よび50において同じになるように、エダクタ−供給ラ
インにおける各可変絞り器46および54を調節するこ
とによって達成できる。組合せくおける2個のエダクタ
−により付与される真空レベルは通常の真空計60で感
知する。
最喪の結果を達成するために、反応物排出口86のレベ
ルに対すゐ反応チャンバー1jlの内部框ラシヒリング
(図面に示していない)の如き適当な充填物で充填する
塩素酸塩および二酸化硫黄の反応により二酸化塩1ll
ct−生成する上述する方法の効果を次に示す例によっ
て説明する。
鼻 内径8.9 (Xおよび反応チャンバーの底部と反応物
排出口δ6との間の間隔(反応チャンバ=における溶液
の深さを定める)121.9ffを有する反応チャンバ
ーにおいて塩素酸ナトリウムおよびガス状二酸化硫黄の
水溶液を反応させて二酸化塩素を発生させた。40重量
%の塩素酸ナトリウムの水溶液t 11,148.71
7時(4459,5g/時の塩素酸ナトリウム)の割合
で反応チャンバーに供給し、非稀釈状態のガス状二酸化
硫黄(100%濃度)【g3+sa、s g/時の割合
で反応チャンバーに供給し次。
584、g關Kgの真空(負圧)′ft反応チャンバー
において発生プロセス中維持し、反応チャンバーのIL
[t−冷却ジャケットを流れる冷却剤によって約66〜
約71℃の範囲に維持し友。二酸化塩素は8810.8
 g/時の割合で発生し、塩素酸塩に対する理論収率の
99.6%の効率を達成した。
上述するように、本発明を好適な例について説明したが
、本発明は本明細書および特許請求の範囲を逸脱しない
@ジ種々変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するのに適当な反応器の1例構造
を示す説明用線図、および 第1図は第1図のg−s線上の反応器の反応物供給部分
の断面を拡大して示した説明用線図でおる。 10・・・反応器、12・・・反応チャンバー、14・
冷却ジャケット、16.26・・・溜め、18.δ0゜
46.54・・・絞り器、go、δjl、56.58・
・・流量針、1B・・・管、24・・・孔、28・・・
真空応答締切弁、84・・・ディフューザー、86・・
・反応物排出口、88・・・反応物排出管、40・・・
エダクタ−1会1・・・ボン1.44・・・入口、48
・・・二酸化塩X排出口、50・・・第8エダクタ−1
52・・・第8ポンプ、60・・パ真空針。 411PF出願人   ラム−ウニストン・インフーホ
レーテツド

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ガス状二酸化硫黄と金属塩素酸塩の水溶液との反応
    によりガス状二酸化塩素を連続的に製造する方法におい
    て、 (2)金属塩素酸塩の水溶液の流れを反応チャンバーに
    供給し; Φ)ガス状二酸化硫黄の流れtgo容量容量上以上置で
    前記反応チャ゛ンバーに供給し、これにより前記二酸化
    硫黄を前記水浴液と接触させ; Ip)前記反応チャンバーからガス状二酸化塩素1m出
    し;および ■工1m(〜、中)および(0)において同時に前記反
    応チャンバーを大気圧以下少なくとも400mm Hl
    の真空下に維持することを!#黴とするガス状二酸化塩
    素の連続製造方法。 亀 前記工1m−)においてガス状二酸化硫黄の前記流
    れを実質的に稀釈しない状態で前記反応チャンバーに供
    給する特許請求の範囲第1項記載のガス状二酸化塩素の
    連続製造方法。 亀 ガス状二酸化硫黄と金属塩素酸塩の水溶液とを反応
    させてガス状二酸化塩素を連続的に製造する方法におい
    て、 (a)  金属塩素酸塩の水浴液の流れを反応チャンバ
    ーに供給し; Φ) ガス状二酸化硫黄の流れを第1位置で前記反応チ
    ャンバーに供給し、これにより前記二酸化硫黄を前記水
    浴液と接触させ;(0)  前記反応チャンバーからガ
    ス状二酸化塩素を取出し;および (d)  前記二酸化硫黄と前記水溶液との前記接触後
    残留する液体全前記第1位置より高い1第2位置で前記
    反応チャンバーから取出すことを特徴とするガス状二酸
    化塩素の連続製造方法。 表 前記工程(a)において金属塩素酸塩の水溶液の前
    記流れを前記第2位置より前記第1位置に近い位置で前
    記反応チャンバーに供給する特許請求の範囲第S項記載
    のガス状二酸化塩素の連続製造方法。 4 前記工程中)においてガス状二酸化硫黄の前記流れ
    全前記反応チャンバーにほぼ100ミクロン以下の直径
    の気泡の形態で供給する特許請求の範囲第8または4項
    記載のガス状二酸化塩素の連続製造方法。 a 少なくとも】種の液体反応物と反応時にガス状二酸
    化塩素を生ずる他の反応物との反応によりガス状二酸化
    塩Xt一連続的に製造する方法において、 (a)  前記液体反応物の流れを前記反応チャンバー
    に供給し; Φ) 前記他の反応物の流れ全前記反応チャンバーに供
    給し、これにより前記両反応物を互いに接触させ; (0)  前記反応チャンバーからガス状二酸化塩素を
    取出し; ((i)  前記両反応物の前記接触後残留する液体を
    前記ガス状二酸化塩素から別々に前記反応チャンバーか
    ら取出し;および (6)  前記工程(0)および(dlにおいて前記反
    応チャンバーを予定真空下に維持すること′1r%黴と
    するガス状二酸化塩素の連続製造方法。 t 前記液体反応物は金属塩素酸塩の水溶液からなり、
    前記他の反応物はガス状二酸化硫黄からなり、前記工程
    (0)および(d)において前記反応チャンバーを大気
    圧以下少なくとも400iomHgの真空下に維持する
    特許請求の範囲第6項記載のガス状二酸化塩素の連続製
    造方法。 & 前記工程(0)において前記ガス状二酸化塩素を第
    】エダクタ−によって前記反応チャンバーから取出すと
    共に、液体の流れを前記第1エダクタ−に供給して予定
    真空を前記反応チャンバーに付与し、および前記工1m
     ((1)において前記両反応物の前記接触後残留する
    前記液体全第2エダクタ−によって前記反ろチャンバー
    から取出し、液体の流れを前記第2エダクタ−を通じて
    供給して前記反応チャンバーに前記予定真空にほぼ轡し
    い真空を付与する特許請求の範囲第@teはマ項記載の
    ガス状二酸化塩素の連続製造方法。 1 ガス状二酸化硫黄と金属塩素酸塩の水溶液との反応
    によりガス状二酸化塩素を連続的に製造する装置におい
    て、 (〜 反応チャンバー; Φ) 金属塩素酸塩の水溶液源および#J紀汞水5ii
    t−前記 (0)  ガス状二酸化硫黄源および前記二酸化硫黄を
    前配水溶液と接触させるために前記二酸化硫黄を第1位
    置で前記反応チャンノく−に導入する装置; @) ガス状二酸化塩素を前記反応チャンノく−から取
    出す装置;および (6)  前記二酸化硫黄と前記水溶液との接触後残留
    する液体を前記第1位置より高い第2位置で前記反応チ
    ャンバーから取出す排出装置から構成したことt−特徴
    とするガス状二酸化塩素の連続製造装置。 1(L  前配水溶液管前記第2位置より前記第1位置
    に近い位置で前記反応チャンバーに供給する装置を含む
    特許請求の範囲第9項記載のガス状二酸化塩素の連続製
    造装置。 11  前記ガス状二酸化硫黄を前記反応チャンバーに
    ほぼ100ミクロン以下の直径の気泡の形態で供給する
    装置を含む特許請求の範囲第9tたはNo項記載のガス
    状二酸化塩素の連続製造装置。
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