KR970000479B1 - 이산화염소의 제조방법 - Google Patents

이산화염소의 제조방법 Download PDF

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엔. 매침 도만
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리오 린다 케미칼 컴퍼니, 인코포레이티드
글렌 더블유. 홀덴
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Abstract

내용 없음.

Description

이산화염소의 제조방법
제1도는 시약이 도입되어 이산화염소가 제조되는 반응 컬럼을 도시한 다이아 그램.
제2도는 반응 챔버에 아염소산 용액의 도입을 보여주는 제1도의 또다른 유형을 도시한 도면.
제3도는 반응 챔버에 이어서 반은 컬럼에 아염소산 용액의 도입을 보여주는 제1도의 추가 유형을 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 발생기 12 : 입구
14 : 벤튜리 튜브 15 : 반응챔버
17 : 반응 컬럼
본 발명은 이산화염소의 제조에 관한 것이며 보다 구체적으로는 고수율의 이산화염소를 신속히 제조하는 저렴하고, 간단한 방법에 관한 것이다.
이산화염소는 Humphry Davey경에 의하여 1811년에 발견된 이래 광범위하게 응용되어 왔다. 오늘날 상업적인 응용으로서 제지용 목재펄프의 표백; 텍스타일, 밀가루, 꽃, 체리, 탈로우, 및 재생종이의 표백; 공업용수, 음료수, 폐수, 및 식품접촉표면의 소독; 다양한 산업 및 응용분야에서 소독제 및 냄새방지제로서 사용; 시아나이드 및 페놀과 같은 오염물질의 제거용도; 및 산업상 가공목적을 위한 이산화염소의 산화력의 용도를 들 수 있다.
이산화염소는 그의 강한 산화력, 신속하고 광범위한 살균능력, 및 불필요한 염소화반응 부산물을 형성하지 않고 산화시키는 능력 때문에 많은 용도에 다양하게 응용되었다.
이산화염소의 한가지 단점은 압축되거나 10퍼센트 이상의 농도에서 저장될 때 폭발하는 경향 때문에 중심지에서 생산되어 필요한 곳으로 운반하기보다는 사용전에 현장에서 생산되어야 한다는 것이다. 이러한 사실은 그 생산을 위한 여러 가지 제조방법을 유도하였다. 두가지 기본적인 형태의 방법은 전구 화합물로서 아염소산나트륨 또는 염소산나트륨을 이용한다는 점에서 구별된다.
아염소산나트륨을 기재로 한 방법은 일반적으로 소규모이고 안전하며 가공하기가 매우 쉽다. 이들 형태의 방법을 개시하는 여러 특허가 존재한다. Ratigan의 미국특허 제4,250,144호에서는 아염소산 나트륨과 물에 용해된 염소(하이포아염소산)의 반응을 위한 방법을 개시하고 있다. Hicks의 미국특허 제4,590,057호에서는 물에 희석하기 전에 염소분자를 직접 아염소산 나트륨과 반응시켜 이산화염소를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이들이 훨씬 보편적인 아염소산염을 기재로 한 방법이지만, 아염소산나트륨을 여러 가지 산 또는 산화제와 반응시켜 이산화염소를 형성시키는 다양한 다름 아염소산염 기재 방법이 존재한다. 그들 모두 염소산염 기재 방법과 비교하여 가동시키기가 비교적 간단하지만, 아염소산으로부터 제조된 이산화염소는 본래 염소산염 기재 방법에서 제조된 것보다 4∼5배 비싸다. 아염소산나트륨은 염소산나트륨보다 제조하는데 훨씬 비싸다. 아염소산 기재 방법이 이용되는 산업분야는 전형적인 사용용량이 1일당 2,000lbs 이하인 물소독, 식품, 및 산업용수 처리분야이다.
염소산나트륨을 기재로 하는 방법은 일반적으로 아염소산염 기재 방법보다 가동시키는데 휠씬 대규모이며 보다 복잡하다. Grotherrr의 미국특허 제3,920,801호에서는 염소산나트륨을 캐스캐이드 시스템을 통하여 염산과 반응시킨 다음 가열하여 이산화염소와 염소를 생성하는 전해셀 방법을 기재하고 있다. Swindells 등의 미국 특허 제4,081,520호에서는 염소산나트륨을 액체황산과 메타올의 혼합물과 반을시켜 이산화염소를 형성하는 방법을 기재하고 있다. Rapson의 미국특허 제3,755,068호 및 제3,789,108호, 그리고 Rapson 등의 미국특허 제4,534,952호에서는 염소산나트륨을 염화나트륨과 산의 혼합물과 반응시켜 이산화염소 및 염소를 형성하는 방법을 기재하고 있다. Holst의 미국특허 제2,373,870호에서는 황산을 염소산나트륨 및 이산화황과 반응시켜 이산화염소를 형성하는 방법을 개시하고 있다.
아염소산염을 기재로 하는 방법의 경우 비용이 $3,500.00∼$100,000.00인데 비하여, 염소산나트륨 반응기는 $2,500,000.00∼10,000,000,00정도의 발생기 경비를 포함하여 매우 자본집약적이다. 염소산염 장치는 또한 아염소산엽 기재 방법이 가동기 슈퍼비젼 없이 종료시 수개월동안 가동시키는 경우는 정상 가동기 슈퍼비젼을 필요로 한다. 아염소산염 발생기는 작은 반응 컬럼, 진공 화합물 공급 및 단순성 때문에 보다 안전하며, 염소산염 기재 장치보다 순수한 이산화염소를 생성한다.
아염소산염 및 염소산염을 기초로 하는 방법의 경비 및 작동상의 차이점 때문에,“하락국면”의 염소산염 방법으로부터 아염소산염 시스템으로 크게 이동하여 왔다. 이들 시스템에 대한 많은 특허가 존재하였지만 어느것도 상업적으로 성공적이지 못하였다. 이들중 실예는 Santillie 등의 미국특허 제4,451,444호이다.
상업적으로 성공하지 못했던 것은 사용된 반응물의 고유 특성상 아염소산염 방법에 비해 보다 긴 반응시간을 필요로 한다는 점때문디다. 아염소산을 기초로 하는 방법에서 채류시간은 가장 짧게는 Hicks의 방법에서의 0.5초로부터 산아염소산염 형태의 방법에 기재된 최대 15분까지 다양하다. 이들 반응은 상온에서 수행된다. 비교하여 염소산염 기재 방법은 체류시간이 2∼4시간 정도 필요하며, 또는 Day 등의 미국특허 제2,484,402호에 기재된 것과 같은 다중 패스반응기를 사용하며, 통상 90℃를 초과하는 온도에서 가동한다.
본 발명은 고수율의 이산화염소의 효율적이고 비교적 저렴한 제조방법을 제공한다. 본 방법은 현장에서 이용 가능하며 반응 컬럼에서 염소산염 수용액을 가스상 스트림과 산과 반응시킨다. 반응 생성물은 일차로 이산화염소이며 거의 순간적으로 형성된다.
따라서 본 발명의 목적은 염소산염 용액과 가스상 형태의 산을, 물 스트림에서 희석하기 전에 전공하에서 함께 혼합하여 이산화염소와 혼합물을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 염소산나트륨 용액과 염화수소가스를, 물 스트림에서 희석하기 전에, 전공하에서 함께 혼합하고 아염소산나트륨의 후속 첨가로서 이산화염소가 우세한 생성물 스트림을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 반응의 추가 목적은 염소산나트륨을, 혼합물중 실제량이 무수 염산으로 이루어진 산 혼합물과 반응시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 반응이 실제량의 희석수 첨가전에 진공하에 발생하는 한가지 또는 그 이상의 화합물과 염소산나트륨의 실제 순간적인 반응에 의하여 이산화염소 및 이산화염소와 다른 화합물의 혼합물을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 한가지 목적은 반응 컬럼에서 5분 이하의 체류시간으로 한가지 또는 그 이상의 화합물과 염소산나트륨의 실제 순간적인 반응에 의하여 이산화염소 및 이산화염소와 다른 화합물의 혼합물을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 교시에 따라, 염소산염 수용액을 산의 가스상 스트림과 혼합시키는 감압하에 이산화염소의 급속제 조방법이 개시된다. 벤튜리 튜브를 구비한 반응컬럼이 제공된다. 벤튜리 튜브는 입구 및 출구를 갖고 있다.
반응 챔버는 벤튜리 튜브에 인접한 반응컬럼에 연결된다. 반응챔버는 벤튜리 튜브의 출구와 유체로 통한다.
염소산염 수용액을 반응 챔버에 도입시킨다. 가스상태의 산 스트림을 염소산염 용액의 도입함과 동시에 반응챔버에 도입시킨다. 이들 시약을 혼합할 때, 반응 챔버내에 이산화염소가 급속히 생성된다. 이산화염소를 벤튜리 튜브의 출구에서 반응 컬럼으로 이동시키고 벤튜리 튜브의 출구에서 반응 컬럼내 운반매질과 이산화염소의 혼합이 발생하도록 벤튜리 튜브의 입구로 운반매질을 도입시킨다.
바람직한 유형에서, 염소산염은 염소산 나트륨이고, 산은 무수염산이며 운반매질은 물이다.
또다른 바람직한 유형에서, 염소산염 용액 및 가스상 산과 동시에 아염소산염 수용액도 반응 챔버로 도입한다.
또한 또다른 바람직한 유형에서, 이산화염소와 물을 혼합한 후에 연이어 반응 컬럼으로 아염소산염 수용액을 도입한다.
또다른 유형에서, 아염소산염 수용액을 운반 매질에 도입한다. 추가 유형에서, 제2의 산을 반응 챔버에 도입한다. 이들 및 본 발명의 다른 목적은 첨부 도면과 다음 설명의 이해로부터 명백할 것이다.
본 발명은 소독, 냄새제거, 표백 및 산업상 응용에 사용하기 위한 이산화염소를 고수율로 연속적이고 저경비로 급속하게 제조하는 방법을 제공한다.
미국특허 제4,247,531호에서 Hicks에 의하여 개시된 반응기와 유사한 발생기(10)가 본 발명에서 사용된다.
현재 제1도와 관련하여, 반응기(10)는 반응기(10)로 운반 매질(13)의 도입을 위한 입구(12)를 구비한 파이핑 또는 튜빙을 포함한다. 운반 매질(13)은 가스 또는 물과 같은 액체를 비롯한 유체일 수 있다. 운반 매질(13)은 벤튜리 튜브(14)의 입구로 들어가고, 그 튜브(14)의 출구를 통과하여 유체 전달되는 반응 챔버(15)의 일부에 들어간다. 감압지역은 벤튜리 튜브내 제한부로부터 보다 큰 챔버로 흐름에 의하여 생성된다. 반응 챔버(15)의 세부사항은 본 명세서에서 후에 기술될 것이다. 운반 매질(13)은 반응 챔버(15)내에 존재한 반응물과 내부혼합하여 반응물을 벤튜리 드로우트(throat)(16)와 반응 컬럼(17)을 통하여 벤튜리 드로우드(16)로 운반한다.
반응 챔버(15)는 벤튜리 튜브(14)의 출구주위 부분을 포함하며 이로부터 외부로 확장한다. 반응 챔버(15)의 주요부분은 벤튜리 튜브(14)의 출구에 인접하여 연결된 튜빙 또는 파이프를 포함한다. 반응 챔버(15)는 벤튜리 튜브(14)로부터 외부로 확장하며 거기에 연결된 적어도 두 개의 입구 포트를 가지고 있다. 제1입구 포트(20)는 반응 챔버(15)로 제1반응물(22)의 도입을 조절하는 장치(21)를 가지고 있다. 조절장치는 또한 반응 챔버(15)로부터 습기, 공기등과 같은 환경 인자를 배제한다. 조절장치는 체크 발브 또는 본 기술에 숙련된 자에게 알려진 다른 장치일 수 있다. 제2입구 포트(25)는 또한 제2반응물(27)의 도입을 조절하며 환경 인자를 배제하기 위한 장치(26)를 가지고 있다. 조절장치(20)는 액체 및/또는 가스의 도입을 조절할 수 있다. 쿨링 자켓(28)을 벤튜리 튜브(14)와 입구 포트(21,25) 사이의 위치에서 반응 챔버(17) 주위에 설치하여 필요하다면 반응 챔버(15)내 온도를 조절할 수 있다. 반응 챔버(15)의 크기는 제1반응물(22)의 제2반응물(27)과의 치밀한 혼합을 허용하며 또한 반응 생성물의 팽창을 허용한다. 반응 챔버(15)내 파이핑 직경은 양호한 혼합과 속도를 보장하기에 충분히 적으나 벤튜리 튜브(14)와 입구 포트(20,25) 사이의 상당한 압력차이를 방지하도록 충분히 크다, 바람직한 유형에서, 제1반응물(22)은 염소산나트륨(NaClO3) 수용액이며, 제2반응물(27)은 가스상 무수 염화수소산이다. 이들은 반응하여 고수율로 이산화염소를 생성한다. 반응은 약 100분의 1(0.01) 내지 10분의(0.1)초로, 거의 순간적으로 발생한다. 이와 같이 급속한 반응은 가스상의 무수산에 기인하며 온도, 압력, 시약 농도 또는 혼합의 교란에 기인하지 않는다. 반응은 또한 염소를 생성한다. 염화수소수용액(염산)의 이용은 염산(HCl)의 공급속도가 6배로 증가할 때조차 동일조건하에 이산화염소를 생성하는데 효과적이지 못하다고 알려진 바 있다.
산에 대한 염소산나트륨의 몰비가 약 1:2에서 1:2.5 또는 1:3의 비율로 증가하도록 인자 2 또는 3 정도 무수 염화수소의 공급속도를 증가시키는 것은 이산화염소의 퍼센트 수율을 상당히 변화시키지 않았다.
다음의 구체적 실시예에 관련하여 본 발명이 더욱 이해될 것이나, 이것에 국한되는 것으로 의도되지는 않는다. 예를 들어, 실시예에서 무수 염화수소가 이용되지만, 삼산화황(SO3)과 같은 다른 무수산이 사용될 수 있다.
[실시예 1]
염소산나트륨 40%w/w 용액을 1일당 100%NaClO3270lbs의 속도로 반응 챔버로 입구 포트를 통하여 공급한다. 챔버의 외부직경은 3/4인치(d)이며, 벤튜리 튜브 출구의 침입전 36인치의 길이(1)를 갖고 있다. 또한 염소산나트륨 용액과 동시에 챔버로, 그리고 제2입구 포트로 1일당 73lbs의 속도로 무수 염화수소의 가스 스트림이 공급된다(제1도). 염소산염 공급을 기초로, 발생기의 이론적 용량은 1일당 이산화염소 131lbs이다. 무수 HCI을 기초로, 발생기의 이론적 용량은 1일당 이산화염소 65.5lbs이다. 발생기를 통한 수류(운반 매질)는 분당 6.9갈론이다. 화합물 공급이 시작된 후, 샘플링전에 발생기를 1분간 안정화시킨다. 취한 샘플을 수류가 알려진 사실의 추가를 제외하고 AWWA 표준방법 4500-E-CIO2에 의하여 바로 분석하고 질량수율을 계산한다. 발생기의 유수는 이산화염소 565ppm, 염소산염 1190ppm, 아염소산염 0를 함유하며, pH 2.0이다.
이와 같은 사실은 1일당 이산화염소 46.8lbs의 생산속도에 해당한다. 염소산염 공급을 기초로 하면 이것은 수율 35.7%이다. 무수 HCI공급에 기초로 하면 수율 71.5%에 해당한다.
[실시예 2]
무수 HCI 대신 31% 염산을 사용하는 것을 제외하고는 정확히 실시예1을 반복한다. 염소산난트륨 40% w/w 용액을 1일당 100% NaCIO3207lbs 속도로 반응 챔버로 입구 포트를 통하여 공급한다. 챔버의 외부직경은 3/4인치(d)이며, 벤튜리 튜브 출구의 침입전 길이(1) 36인치이다. 또한 염소나트륨 용액과 동시에 챔버로, 그리고 제2입구포트로 1일당 235lbs 속도로 31% 염산의 스트림을 공급한다. 발생 장치의 형태에 대하여 제1도에 제시한다. 염소산염 공급을 기초로, 발생기의 이론적 용량은 1일당 이산화염소 131lbs이다. HCI을 기초로, 발생기의 이론적 용량은 1일당 이산화염소 65.6lbs이다. 발생기를 통하는 수류(운반 매질)는 분당 6.9갈론이다. 화합물 공급이 시작된 후, 샘플링전에 발생기를 1분간 안정화시킨다. 취한 시료를, 수류가 알려진 사실을 추가하는 것 외에 AWWA 표준방법 4500-E-ClO2에 의하여 바로 분석하고, 질량 수율을 계산한다. 발생기의 유수는 이산화염소 0ppm, 염소 0ppm을 함유하며 pH 1.0이하이다. 어떠한 종류의 반응도 관찰되지 않는다. 31% 염산공급 속도가 6배 증가한다 해도 반응이 관찰되지 않는다.
[실시예 3]
염소산나트륨 40% w/w 용액을 1일당 100% NaClO32020lbs의 속도로 반응 챔버로 입구 포트를 통하여 공급한다. 챔버의 외부직경은 3/4인치(d)이며, 벤튜리 튜브 출구 앞의 길이(1)는 36인치이다. 또한 염소산나트륨 용액과 동시에 챔버로, 그리고 제2입구 포트로 1일당 105lbs의 속도로 무수 염화수소의 가스 스트림을 공급한다(제1도). 염소산염 공급을 기초로, 발생기의 이론적 용량은 1일당 이산화염소 128lbs이다. 무수 HCI을 기초로, 발생기의 이론적 용량은 1일당 이산화염소 97lbs이다. 발생기를 통과하는 수류는 분당 6.9갈론이다. 화합물 공급이 시작된 후, 샘플링전에 발생기를 1분간 안정화시킨다. 취한 샘플을, 수류가 알려진 사실을 추가한 것 외에는 AWWA 표준방법 4500-E-CIO2에 의하여 바로 분석하고, 질량 수율을 계산한다. 발생기의 유수는 이산화염소 1010ppm, 염소 780ppm, 염소산염 570ppm, 아염소산염 0을 함유하며, pH 1.9이다. 이것은 1일당 이산화염소 84.1lbs의 생산속도에 해당한다. 염소산염 공급을 기초로, 수율 65.6%이다. 무수 HCl 공급을 기초로 하면 수율 87%에 해당한다.
[실시예 4]
염소산나트륨을 1일당 100% NaClO3205lbs의 속도로 공급하고 무수 염화수소의 가스 스트림을 1일당 150lbs의 속도로 공급하는 것을 제외하고 실시예 3을 반복한다. 산에 대한 NaClO3의 몰비는 1:2이다. 발생기의 유수는 이산화염소 1298ppm 및 염소 941ppm을 함유한다. 무수 HCI 공급을 기초로 이것은 수율 82.6%에 해당한다.
[실시예 5]
염소산나트륨을 1일당 100% NaClO3205lbs의 속도로 공급하고 무수 염화수소의 가스 스트림을 1일당 175lbs의 속도로 공급하는 것을 제외하고 실시예 3을 반복한다. 산에 대한 NaClO3의 몰비는 1:2.5이다. 발생기의 유수는 이산화염소 1332ppm 및 염소 1107ppm을 함유한다. 무수 HCI 공급을 기초로, 이것은 83%에 해당한다.
[실시예 6]
염소산 나트륨 용액을 1일당 100% NaClO3207lbs의 속도로 공급하고 무수염화수소의 가스 스트림을 1일당 210lbs의 속도로 공급하는 것을 제외하고 실시예 3을 반복한다. 산에 대한 NaClO3의 몰비는 1:3.0이다. 발생기의 유수는 이산화염소 1374ppm 및 염소 1240ppm을 함유한다. 제한 시약으로서의 염소산염 공급을 기초로, 이것은 수율 87%에 해당한다.
[실시예 7]
반응 챔버의 크기를 증가시켜도 어떠한 효과도 발생되지 않는다. 염소산나트륨 38%w/w 용액을 입구 포트를 통하여 반응 챔버로 1일당 100% NaClO31304lbs의 속도로 공급한다. 챔버의 외부직경은 1.5인치(d)이며, 벤튜리 튜브 출구 앞의 길이(1)는 48인치이다. 또한 염소산나트륨 용액과 동시에 챔버로, 그리고 제2입구 포트를 통하여 1일당 900lbs의 속도로 무수 염화수소의 가스 스트림을 공급한다(제1도). 염소산염 공급을 기초로, 발생기의 이론적 용량은 1일당 이산화염소 826lbs이다. 무수 HCI을 기초로, 발생기의 이론적 용량은 1일당 이산화염소 826lbs이다. 발생기를 통한 수류는 분당 60갈론이다. 화합물 공급이 시작된 후, 샘플링전에 발생기를 1분간 안정화시킨다. 취한 샘플을, 수류가 알려진 사실을 추가한 외에는 AWWA 표준방법 4500-E-ClO2에 의하여 바로 분석하고, 질량 수율을 계산한다. 발생기의 유수는 이산화염소 962ppm, 염소 877ppm을 함유하며, pH 2.0이다. 이것은 1일당 이산화염소 708lbs의 생산속도에 해당한다. 염소산염 공급을 기초로 이것은 수율 85.7%이다.
[실시예 8]
염소산나트륨 용액을 1일당 100% NaClO3의 속도로 공급하고 무수염화수소의 가스 스트림을 1일당 980lbs의 속도록 공급하는 것을 제외하고 실시예 7을 반복한다. 산에 대한 NaClO3의 몰비는 1:2.3 이다. 발생기의 유수는 동일하게 이산화염소 927ppm 및 염소 718ppm을 함유한다. 염소산염 공급을 기초로, 이것은 수율 87.7%에 해당한다.
[실시예 9]
염소산나트륨 용액을 1일당 100% NaClO3789lbs의 속도로 공급하고 무수 염화수소의 가스 스트림을 1일당 938lbs의 속도록 공급하는 것을 제외하고 실시예 7을 반복한다. 산에 대한 NaClO3의 몰비는 1:3.5이다. 발생기의 유수는 이산화염소 540ppm 및 염소 602ppm을 함유한다. 염소산염 공급을 기초로, 이것은 수율 77.9%에 해당한다.
[실시예 10]
무수 HCl에 대한 몰당량으로 질산을 또한 반응 챔버에 공급하는 것을 제외하고 실시예 1을 정확하게 반복한다. 염소산염 공급을 기초로 35%에서 56%로 수율이 증가하였고, 산들 사이의 상승효과를 나타낸다. 질산만 공급하면 염소산나트륨과 어떠한 반응도 나타내지 않았다.
실시예 10이 추가의 산으로서 질산의 도입을 제공하고 있지만, 다른 산성물질도 사용될 수 있다. 이들 산성 물질은 황산, 염산, 인산, 초산, 알칼리 토금속 디하이드로겐 포스페이트, 금속 디하이드로겐 포스페이트, 알칼리 토금속 모노하이드로겐 포스페이트, 알칼리 토금속 모노하이드로겐 술페이트 및 금속 모노하이드로겐 술페이트를 포함한다.
발생기(10)는 제2도에 도시된 바와 같이 벤튜리 튜브(14)를 둘러싸는 반응 챔버의 일부에 매우 가깝거나 또는 인접한 반응 챔버(15)로 제3의 입구 포트(30)을 제공하기 위하여 추가로 변형되었다. 제3의 입구 포트(30)는 제3의 반응물(32)이 운반 매질(13)과 혼합하기 전제 제1반응물(22), 제2반응물(27) 및 반응생성물과 혼합할 수 있도록 반응 챔버(15)로 제3의 반응물(32) 도입을 조절하는 제3의 장치(31)를 구비하고 있다. 이와 같은 유형은 제3의 반응물이 아염소산나트륨 수용액이며 발생기로부터 유수가 아염소산염을 함유하지 않는 경우에 다음과 같이 추가로 구체화된다.
[실시예 11]
염소산나트륨 35%w/w 용액을 1일당 100% NaClO31,304lbs의 속도로 입구 포트를 통하여 반응 챔버에 공급한다. 챕버의 외부직경은 1.5인치(d)이며, 벤튜리 튜브 출구 앞까지의 길이(1)는 66인치이다.
또한 염소산나트륨 용액과 동시에 챔버로 그리고 제2입구 포트로 1일당 900lbs의 속도로 무수 염화수소의 가스 스트림을 공급한다. 25% NaClO2의 수성 스트림을 1일당 100% NaClO21,901lbs의 속도로 제3입구 포트를 통하여 반응 챔버에 공급한다(제2도). 발생기의 이론적 용량은 1일당 이산화염소 1,640lbs이다. 발생기를 통과하는 수류는 분당 60갈론이다. 화합물 공급이 시작된 후, 샘플링전에 발생기를 1분간 안정화시킨다. 취한 샘플을 수류가 알려진 사실을 추가한 외에 AWWA 표준방법 4500-E-ClO2에 의하여 분석하고, 질량 수율을 계산한다. 발생기의 유수는 이산화염소 1,332ppm
염소 630ppm, 및 아염소산염 0ppm을 함유한다. 이것은 1일당 이산화염소 980lbs의 생산속도 및 결합된 염소산염-아염소산염 수율 60%에 해당한다.
발생기의 추가 변형을 제3도에 도시한다. 벤튜리 드로우트(16)로부터 하류로 반응 컬럼(17)의 말단쪽 지점에서 반응 컬럼(17)에 연결된 추가의 입구 포트(40)가 제공된다. 반응 컬럼(17)으로 추가의 반응물(42) 도입을 조절하는 추가 장치(32)가 포함된다. 다음에 구체화된 유형에서 추가의 반응물(42)은 아염소산나트륨 수용액이다. 발생기로부터 나오는 유수에 아염소산염이 존재하지 않으며, 생성된 염소의 상대량은 아염소산염이 사용되지 않은 유형에서 보다 훨씬 적다.
[실시예 12]
벤튜리 드로우트로부터 하류 수류에 1일당 100% NaClO21,736lbs의 속도로 아염소산나트륨 용액을 공급하는 것을 제외하고는 실시예 11을 반복한다. 수류는 52gpm이었다. 발생기로부터의 유수는 이산화염소 3,373ppm, 염소 177ppm 및 아염소산염이온 0ppm을 함유한다 무수 HCl 공급을 기초로, 기것은 이산화염소의 수율 96%에 해당한다.
[실시예 13]
염소산나트륨 수용액을 1일당 100% NaClO21,100lbs의 속도로 공급하고, 무수염화수소를 1일당 750lbs의 속도로 공급하며, 아염소산나트륨 수용액을 1일당 100% NaClO21,010lbs의 속도로 공급하는 것을 제외하고는 실시예 12을 반복한다. 발생기로부터의 유수는 이산화염소 2,090ppm, 염소 35ppm 및 아염소산염 이온 0ppm을 함유한다. 결합된 염소산나트륨과 아염소산나트륨 공급을 기초로 이산화염소의 수율 87%가 얻어진다.
아염소산염 용액과 같은 추가의 반응물이, 운반 매질과 동시에 발생기로 공급될 수 있다. 따라서, 운반 매질(13)로 아염소산나트륨 수용액을 사용할 수 있으며 입구(12)를 통하여 벤튜리 튜브(14)로 도입할 수 있다.
따라서, 본 발명은 염소 및 아염소산염과 같은 부산물의 양을 최소화시키면서 이산화염소를 더욱 효율적이고 빠르게 제조하는 방법을 제공한다. 방법의 효율성 때문에, 6톤의 이산화염소의 생산을 위하여 본 발명은 약150큐빅 피트의 부피를 점유하여 매우 작다. Hicks외 (미국특허 제4,247,531호)에 의하여 전형적으로 개시된 염소산염 기재 1일 6톤 장치는 약 14,000피트3의 부피를 점유한다. 무수 염화수소의 이용은 본 발명에서 주요인자이며 단지 염산을 사용한 선행 기술에 비하여 이산화염소의 수율을 상당히 증가시킨다. 따라서, 본 발명은 염소산염의 저비용의 물질과 함께 작은 크기, 사용용이, 생성신속성 및 아염소산염 방법에 대한 저자본 비용의 장점을 구체화한다.

Claims (10)

  1. 염소산염 수용액을 가스상 스트림의 산과 혼합시켜 이산화염소를 제조하는 방법에 있어서, 입구 및 출구가 있는 벤튜리 튜브, 벤튜리 튜브에 인접한 반응 컬럼에 연결되고, 벤튜리 튜브의 출구와 유체로 통하는 반응 챔버를 구비한 반응 컬럼을 제공하며, 염소산염 수용액을 반응 챔버로 도입하고, 반응 챔버내에서 이산화염소를 신속히 생성하는 염소산염 용액의 도입과 동시에 가스상 스트림의 산을 반응 챔버로 도입하고, 벤튜리 튜브의 출구에서 반응 컬럼에 이산화염소를 전이시키며 운반 매질과 이산화염소의 혼합물이 벤튜리 튜브의 출구에서 발생하도록 벤튜리 튜브의 입구로 운반 매질을 도입하는 단계를 특징으로 하는 감압하에서의 이산화염소의 급속 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 가스상 산이 할로겐 산인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 할로겐 산이 무소 염화수소인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 운반 매질이 가스인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 운반 매질이 액체인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 아염소산염 수용액을 운반 매질에 도입시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 추가로 제2산을 반응 챔버로 도입시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 추가로 염소산염 용액과 가스상 스트림의 산과 동시에 아염소산염 용액을 반응 챔버로 도입시키고 벤튜리 튜브의 출구에서 이산화염소와 아염소산 용액을 반응 컬럼에 전이시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 추가로 반응 컬럼이 제1단부와 제2단부를 구비하며, 벤튜리 튜브가 반응 컬럼의 제1단부에서 가까이 배치되며, 아염소산염이 존재한 염소와 반응하여 이산화염소를 생성하며 최소량의 염소가 존재하는 반응 컬럼의 제2단부에 가까이 반응 컬럼내 아염소산염용액을 도입시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 이산화염소를 약 100분의 1∼10분의 1초로 생성시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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