生产二氧化氯的装置的制作方法

专利名称：生产二氧化氯的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生产二氧化氯的装置。
背景技术：
1811年，Sir Humphrey Dary发现了二氧化氯。二氧化氯的熔点为_59°C，沸点为 irc，室温下为黄绿色气体。二氧化氯散发出轻微氯气的气味，易溶于水、醚等。在保存时，二氧化氯逐渐分解为亚氯酸、氯酸、氯离子等，并且由于具有较强的氧 化能力(氧化态+4)，二氧化氯可用作杀菌剂。因为二氧化氯不氧化有机物质，所以其具有很多用途。具体地说，从二氧化氯不会 产生诸如三氯甲烷(THM)、卤代乙酸(HAA)和卤代乙腈等致癌的氯化有机物质。此外，在很 宽的PH值范围内，二氧化氯可用作杀菌剂。另外，二氧化氯不会产生致癌的副产物，容易被 光分解，并且由于这些生态特性，二氧化氯作为含氯消毒剂的取代物的用途迅速增加。由于上述特性，1944年，二氧化氯首次用于Niagara Falls (New York, USA)的水 处理设备。目前，在全世界范围内，包括美国的约九百个地方和欧洲的几百个地方，二氧化 氯正被广泛用作消毒剂。在韩国，浓度为Ippm或更小的二氧化氯也已被用作消毒剂。另外，二氧化氯可用 于蔬菜和水果等食物的消毒。然而，二氧化氯会随着时间推移而变化，其制备、保存和分析困难。此外，尽管如 以下的化学式1 3中所示，通过在液态酸如亚硫酸、盐酸或过氧化氢中还原氯酸盐(原 料)的方法可以实现二氧化氯几百吨的日产量，但是二氧化氯的这种大规模生产需要大型 设备。因此，除了漂白过程之外，通常不使用这种大规模生产。[化学式1]2NaC103+H2S03 — 2C102+Na2S04+H20[化学式2]2NaC103+4HCl — 2C102+2NaCl+Cl2+2H20[化学式3]2NaC103+H202+2HCl — 2C102+2NaCl+02+2H20此外，由于二氧化氯在室温下不稳定，因此二氧化氯应该刚好在车间使用前制备， 而且二氧化氯的运输和分装不容易进行。因此，需要一种制备不含亚氯酸根(ClO2-)、氯酸根(ClO3-)及其盐的纯的二氧化氯 水的简易方法，使得二氧化氯水实际上可用作例如食物消毒剂。

发明内容
技术问题本发明提供一种用于定量生产不含亚氯酸、氯酸及其盐的纯二氧化氯气体的装置。
本发明还提供一种用于快速生产高浓度的二氧化氯气体且高浓度的二氧化氯气 体没有爆炸可能性的装置。技术方案本发明的例示性实施方案提供了生产二氧化氯的装置，所述装置包括反应槽，在 其中发生二氧化氯产生反应；以及多孔玻璃过滤器，其将所述反应槽分成第一区和第二区。至少一个气体供应单元与所述反应槽的第一区连接，用于向所述反应槽供应氯气 和惰性(不活泼)气体。至少一个原料供应单元与所述反应槽的第二区连接，用于向所述反应槽供应次氯 酸盐、亚氯酸盐或酸。压力调节单元与所述反应槽的第一区和第二区中的至少一个区连接，用于维持第 二区的压力水平低于第一区的压力水平。反应槽具有与其连接的排出孔，用于排出在所述反应槽的第二区中产生的二氧化 氯气体。在本发明的一个例示性实施方案中，所述多孔玻璃过滤器的孔径可以为约10 100 μ m0在本发明的另一例示性实施方案中，所述压力调节单元可以是压缩泵，其与第一 区连接，用于压缩第一区；或者可以是减压单元或真空泵，其与第二区连接，用于使第二区 减压。在其他例示性实施方案中，如果压力调节单元是减压单元，那么所述减压单元可 以是利用减压水或减压气体操作的抽吸器，并且在第二区中产生的二氧化氯气体可以吸收 在经过所述抽吸器的减压水中，或者与经过所述抽吸器的减压气体混合。在其他例示性实施方案中，所述惰性气体可以是氮气、二氧化碳气体和空气中的 至少一种。在其他例示性实施方案中，所述原料供应单元可以通过电磁阀与所述反应槽的第 二区连接。所述电磁阀可以由控制器控制。所述控制器可以通过控制所述电磁阀来调节供 应到所述反应槽的次氯酸盐、亚氯酸盐或酸的量。在其他例示性实施方案中，所述装置还可以包括压力检测单元，其设置在所述反 应槽上，用于检测所述反应槽内部的压力。所述压力检测单元的信号可以被传输到所述控 制器。在其他例示性实施方案中，所述排出孔可以与吸附塔连接。所述吸附塔可以容纳 有机溶剂和吸附材料，所述有机溶剂和吸附材料用于溶解和吸附惰性气体和产生的二氧化 氯气体。所述有机溶剂可以是正己烷、二氯甲烷、乙醚、甲基叔丁基醚和石油醚中的一种。所 述吸附材料可以是沸石或硅胶。在其他例示性实施方案中，二氧化氯气体去除塔可以与所述吸附塔连接，以去除 在二氧化氯气体经过所述吸附塔后残余的二氧化氯气体。所述二氧化氯气体去除塔可以容 纳过氧化氢或硫代硫酸钠，以去除残余的二氧化氯气体。有益效果根据本发明，在二氧化氯生产装置中，由于从经过多孔玻璃过滤器的气体所产生 的气泡，反应物被均勻搅拌，使得可以高产率地生产二氧化氯。
因为反应槽的内部被减压而且在反应槽中从反应槽的下部产生气泡，所以二氧化 氯可以容易地蒸发，没有爆炸可能性。按此方式获得的纯二氧化氯气体可以容易地溶解在 减压水中，因此可以获得纯的二氧化氯溶液。此外，根据本发明，利用电磁阀，可以在所希望的时间内定量供应少量或大量原 料，因此反应物和其产物可以容易地控制在低成本。


图1是示出根据本发明第一实施方案的生产二氧化氯的装置的示意性剖视图。图2是示出根据本发明第二实施方案的生产二氧化氯的装置的示意性剖视图。图3是示出根据本发明第三实施方案的生产二氧化氯的装置的示意性剖视图。
具体实施例方式下面，将参考附图详细描述本发明的优选实施方案。然而，本发明可以以不同的形 式体现，不应该被认为仅限于此处所列实施方案。相反，提供这些实施方案可以使所披露的 内容彻底和完整，并且向本领域的技术人员充分地传达本发明的范围。图1是示出根据本发明第一实施方案的生产二氧化氯的装置的示意性剖视图。参考图1，本实施方案的二氧化氯生产装置包括反应槽100，用于通过预定的反应 产生二氧化氯。在反应槽100中，反应槽100设置有多孔玻璃过滤器110，用于将反应槽100的内 部分成两个区。具体地说，多孔玻璃过滤器Iio将反应槽100的内部分成第一区Rl和第二 区R2。多孔玻璃过滤器110可以将反应槽100的内部分成上区和下区、左区和右区等。 例如，在本实施方案中，多孔玻璃过滤器110将反应槽100的内部分成上区和下区(第二区 R2和第一区Rl)。在这种情况下，通过液态反应产生气体，并且气体向上移动，从而使气体 很容易通过排气口排出。第一区Rl与至少一个气体供应单元120连接，以供应氯气和惰性气体，其中氯气 用于二氧化氯产生反应，惰性气体用于通过稀释氯气而调节氯气的浓度。气体供应单元120 可以通过气体供应管122与反应槽100的第一区Rl连接，在与第一区Rl连接的气体供应 管122的端部形成有气体注入孔124。在本实施方案中，可以通过同一气体注入孔124供应惰性气体和氯气。然而，在另 一实施方案中，惰性气体和氯气可以保存在单独的气体供应单元中，并通过单独的气体注 入孔同时地或不同时地供应。例如，可以设置额外的气体注入孔以供应惰性气体，惰性气体 用于控制氯气的浓度，并用于通过多孔玻璃过滤器110使氯气从第一区Rl移到第二区R2。 在图1所示的实施方案中，示出了单个气体注入孔124。不影响二氧化氯产生反应的气体被供应到反应槽100。例如，可以供应氦、氖和氩 等惰性气体，以及二氧化碳和空气等稳定气体。至少一个原料供应单元与反应槽100的第二区R2连接，以供应亚氯酸盐或次氯酸 盐，以及硫酸、盐酸或硝酸等酸，它们均用于进行二氧化氯产生反应。在本实施方案中，为了 说明方便，第一原料供应单元130、第二原料供应单元140和第三原料供应单元150均与反槽100的第二区R2连接。第一、第二和第三原料供应单元130、140和150分别通过第一、第二和第三原料供 应管132、142和152与反应槽100的第二区R2连接。在与反应槽100的第二区R2连接的 第一、第二和第三原料供应管132、142和152的端部形成有第一、第二和第三原料注入孔 134、144 和 154。第一、第二和第三原料供应单元130、140和150可以包括原料供应罐(未显示)。 通过第一、第二和第三原料供应管132、142和152以及通过第一、第二和第三原料注入孔 134、144和154，各原料分别从第一、第二和第三原料供应单元130、140和150供应到反应 槽100的第二区R2。如图1所示，在本实施方案中，设置了多个原料供应单元，以单独供应原料。然而， 本发明并不限于此。例如，在本发明的另一实施方案中，两种或更多种原料可通过同一原料 注入孔来供应。也就是说，原料供应管和原料注入孔的数目可以根据原料供应配置改变。另 外，尽管多个原料注入孔在本实施方案中独立形成，但是Y形原料供应管可被用来通过同 一原料注入孔供应两种原料。反应槽100的第一区Rl和第二区R2中的至少一个区设有压力调节单元。压力调 节单元使得在第一区Rl和第二区R2之间产生压差，从而通过多孔玻璃过滤器110在第一 区Rl和第二区R2之间产生流动。在本实施方案中，减压单元160与反应槽100的第二区R2连接，作为用于调节反 应槽100内部压力的压力调节单元。减压单元160通过排出管162与第二区R2连接。减 压单元160可以是抽吸器或真空泵。在本实施方案中，抽吸器用作减压单元160。截止阀166可以设置在反应槽100和减压单元160之间。减压单元160从反应槽 100的内部吸出气体以降低反应槽100的内部压力，特别是降低第二区R2的内部压力。诸 如气体减压单元和空气泵等各种减压单元可以用作减压单元160。例如，利用减压液体或减 压气体来操作的抽吸器可以用作减压单元160。反应槽100的排出孔164与减压单元160连接。下面将说明使用上述二氧化氯生产装置来生产二氧化氯的例示性机理。首先，说明使用不同原料制各二氧化氯的三种方法。在第一种方法中，使用的是亚 氯酸盐和诸如硫酸或盐酸等酸；在第二种方法中，使用的是亚氯酸盐、次氯酸盐和诸如硫酸 或盐酸等酸；在第三种方法中，使用的是氯化物和氯气。这三种方法可以用以下化学式表达。详细而言，使用亚氯酸盐和诸如硫酸或盐酸 等酸的第一种方法可以由化学式4和化学式5表达；使用亚氯酸盐、无机酸(盐酸或硫酸) 和次氯酸盐的第二种方法可以由化学式6和化学式7表达；使用氯化物和氯气的第三种方 法可以由化学式8表达。[化学式4]5NaC102+4HCl — 4C102+5NaCl+2H20[化学式δ]5NaC102+2H2S04 — 4C102+2Na2S04+NaCl+2H20[化学式6]2NaC102+NaC10+2HCl — 2C102+3NaCl+H20
[化学式7]2NaC102+NaC10+H2S04 — 2C102+Na2S04+NaCl+H20[化学式8]2NaC102+Cl2 — 2C102+2NaCl通过设置在第一区Rl的气体注入孔124和设置在第二区R2的第一、第二和第三 原料注入孔134、144和154，将上述原料供应到反应槽100的内部。例如，在第一种方法中，诸如硫酸或盐酸等酸和亚氯酸盐被供应到第二区R2。在第 二种方法中，亚氯酸盐、次氯酸盐和酸(硫酸或盐酸)被供应到第二区R2。在第三种方法 中，氯气被供应到第一区R1，亚氯酸盐被供应到第二区R2。在原料供应到反应槽100之前、之后或期间，减压单元160从反应槽100的内部吸 出气体以降低反应槽100的内部压力。当减压水被允许经过抽吸器(减压单元160)时，第二区R2的压力变得低于第一 区Rl的压力。然后，惰性气体(氮气、二氧化碳气体或空气)通过气体注入孔122吸入到 反应槽100。由于第一区Rl和第二区R2之间的压差，吸入的惰性气体经过横置在反应槽100 下侧的多孔玻璃过滤器110，从而在第二区R2内产生微气泡。由于微气泡，通过原料注入孔 134,144和154供应到第二区R2的反应物可以被均勻地搅拌，因此可以高产率地获得高浓
度的二氧化氯。由于微气泡和反应槽100内部较低的压力，二氧化氯可以很容易蒸发。二氧化氯气体被吸到减压单元160并溶解于减压水中。因此，可以获得纯的二氧 化氯溶液。如上所述，根据本发明，尽管使用的原料与常规二氧化氯生产方法中使用的原料 相同，但是与常规方法相比，本发明的原料可以在更高浓度下更快地反应。因而，与常规方 法相比，可以在不增加处理时间的情况下获得高浓度的二氧化氯气体。因为反应物(原料)被连续和定量地供应到反应槽的第二区，并且通过利用供应 到反应槽下部的第一区的惰性气体在第二区中连续地产生微气泡，所以可以高产率地获得 高浓度的二氧化氯，而且没有爆炸。为此，通过使用与反应槽上部的第二区连接的减压单 元，使反应槽保持在减压状态。由于微气泡，反应物可以被快速、均勻地搅拌，并且通过利用微气泡蒸发二氧化 氯，可以从含有反应物和反应副产物的溶液中提取所产生的高浓度的二氧化氯。也就是说，由于惰性气体微气泡，反应物可以被理想地搅拌，并且通过利用微气泡 蒸发二氧化氯，可以从含有反应物和反应副产物的溶液中容易地提取所产生的高浓度的二 氧化氯。另外，由于微气泡稀释了所提取的二氧化氯气体，所以可以防止二氧化氯气体的爆 炸。通过在减压单元的减压水中溶解所提取的纯二氧化氯气体，可以获得纯的二氧化 氯溶液。 反应槽内部的压力、供应到反应槽内部的惰性气体和多孔玻璃过滤器是生产纯的 二氧化氯溶液的重要因素。多孔玻璃过滤器的孔径可以为约10 100 μ m。例如，多孔玻璃 过滤器的孔径可以为约10 40μπι。如果孔径小于约ΙΟμπι，那么难于在反应槽的第一区
7和第二区之间转移反应物。如果孔径大于约100 μ m,那么会产生相对较大的气泡，从而反应 性下降。当使用减压单元使反应槽的内部减压时，反应槽的内部压力从大气压力减至约 200 400mmHg (例如，约210 240mmHg)的压力。如果反应槽的内部压力小于约200mmHg， 那么会产生相对较大的气泡而不产生微气泡。如果反应槽的内部压力大于约400mmHg，那么 气泡的产生速率降低，从而爆炸的可能性增大。尽管没有详细描述反应槽的各部件，但是很容易理解的是，反应槽的各部件可以 直接相互连接，或者根据情况通过诸如导管和管道等各种连接件相互连接。[实施例1-1]使用计量泵，分别以6. 5mL/min和2mL/min的速率将25wt %的亚氯酸钠水溶液和 30衬％的硫酸水溶液注入到反应槽的上部。在3 3. 5大气压下操作与减压水连接的抽吸器，使反应槽减压，以将外部空气吸 入到反应槽，并且以400mL/min的速率使所吸入的空气通过设置在反应槽下部的多孔玻璃 过滤器，从而产生空气微气泡。随着空气微气泡的产生，注入到反应槽上部的两种化合物快 速混合以产生二氧化氯，同时所产生的二氧化氯很容易从含有副产物的混合物中蒸发。蒸 发的二氧化氯溶解在从抽吸器排出的减压水中。按此方式，以5. 8L/min的速率从溶解有二 氧化氯的减压水中获得纯的二氧化氯溶液。在实施例1-1中，获得浓度约172mg/L的二氧化氯溶液，产率约85%。[实施例1-2]使用计量泵，分别以4. 8mL/min、4mL/min和2mL/min的速率将25wt%的亚氯酸钠、 12wt%的次氯酸钠和30衬％的硫酸注入到反应槽的上部。在3 3. 5大气压下操作与减压水连接的抽吸器，使反应槽排空，以将氮气吸入到 反应槽，并且以400mL/min的速率使所吸入的氮气通过设置在反应槽下部的多孔玻璃过滤 器，从而产生微气泡。随着微气泡的产生，注入到反应槽上部的三种化合物快速混合以产生 二氧化氯，同时所产生的二氧化氯很容易从含有副产物和杂质的混合物中蒸发。蒸发的二 氧化氯溶解在从抽吸器排出的减压水中。按此方式，以5. 8L/min的速率获得纯的二氧化氯 溶液。在实施例1-2中，获得浓度约185mg/L的二氧化氯溶液，产率约95%。[实施例1-3]在使用计量泵以4. 9mL/min的速率将25wt %的亚氯酸钠溶液供应到反应槽上部 的同时，在3 3. 5大气压下操作与减压水连接的抽吸器。随着操作抽吸器使反应槽减压， 二氧化碳气体和氯气被吸入到反应槽，并且分别以400mL/min和170mL/min的速率通过设 置在反应槽下部的多孔玻璃过滤器，从而产生二氧化碳气体和氯气的微气泡。微气泡立即 与亚氯酸钠溶液混合，以产生纯二氧化氯气体。所产生的二氧化氯气体溶解在从抽吸器排 出的减压水中。按此方式，以5. 8L/min的速率获得纯的二氧化氯溶液。在实施例1-3中，获得浓度约180mg/L的二氧化氯溶液，产率约98%。[实施例1-4]采用与实施例1-1至1-3中所用相同的反应槽和试剂，但是使用气体减压单元代 替液体减压单元来吸出惰性减压气体，如氮气、二氧化碳和空气。按此方式，以16L/min的速率获得二氧化氯和惰性气体的混合物。在实施例1-4中，获得浓度约69mg/L的二氧化氯溶液，产率约90%。本发明的其他实施方案图2是示出根据本发明第二实施方案的生产二氧化氯的装置的示意性剖视图。在 下面对第二实施方案的描述中，将主要说明第一实施方案和第二实施方案之间的差别，未 描述的特征与第一实施方案中所描述的相同。在附图中，相同的附图标记表示相同部件。本实施方案中，二氧化氯生产装置包括反应槽200 ；多孔玻璃过滤器220，用于将 反应槽200的内部分成第一区Rl和第二区R2 ；至少一个气体供应单元220，其与反应槽200 的第一区Rl连接，用于供应氯气和惰性气体；至少一个原料供应单元230、240和250，其与 反应槽200的第二区R2连接，用于向反应槽200的内部供应次氯酸、亚氯酸或酸；压力调节 单元，其与第一区Rl和第二区R2中的至少一个区连接，用于使第二区R2的压力低于第一 区Rl的压力；以及排出孔264，其形成在反应槽200上，用于排出在第二区R2中产生的二 氧化氯气体。压缩泵260用作上述压力调节单元，还设有吸附塔270，以从所产生的二氧化氯气
体获得二氧化氯溶液。压缩泵260设置在反应槽200的第一区Rl和气体供应单元220之间。压缩泵260 可以设置在用于供应惰性气体的供应管222上，从而将惰性气体在高压下供应到第一区 Rl。如果利用压缩泵260将惰性气体和氯气在高压下供应到反应槽200的第一区R1， 那么反应槽200的第一区Rl的压力变得高于反应槽200的第二区R2的压力。由于这一压 差，气体从第一区Rl被转移到第二区R2。也就是说，惰性气体和氯气通过多孔玻璃过滤器 210从第一区Rl移动到第二区R2。当惰性气体和氯气经过多孔玻璃过滤器210时，在第二 区R2中产生微气泡。通过原料注入孔234、244和254注入到第二区R2的反应物(原料) 被微气泡均勻搅拌，从而可以高产率地产生高浓度的二氧化氯。所产生的二氧化氯气体通 过排出孔164排出。吸附塔270与排出孔164连接。可以使用单个吸附塔270，或者可以使用串联连接 的多个吸附塔270。吸附塔270容纳有机溶剂和吸附材料，以溶解和吸附惰性气体和二氧化氯气体。 也就是说，二氧化氯气体被吸附在吸附塔270中，从而可以获得纯的二氧化氯有机溶液。有机溶剂的示例包括水溶性溶剂和非水溶性有机溶剂，非水溶性有机溶剂可以形 成水分离层。水溶性溶剂的示例包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、四氢呋喃、丙酮和乙酸乙酯。 非水溶性有机溶剂的示例包括正己烷、二氯甲烷、乙醚、甲基叔丁基醚和石油醚。在这些有机溶剂中，不溶于水但形成水分离层的挥发性有机溶剂可以利用分离器 从二氧化氯溶液中直接提取出来。有机溶剂吸附塔还可以含有沸石或硅胶，通过吸附二氧化氯气体至沸石或硅胶来 收集二氧化氯气体。其后，通过供应大量的惰性气体至沸石或硅胶，可以从沸石或硅胶中释 放出二氧化氯。[实施例2_1]将乙醇填充到串联连接的三个有机溶剂吸附塔中；通过注入孔分别以6. 5mL/min和2mL/min的速率将25wt%的亚氯酸钠和30wt%的硫酸注入到反应槽的第二区；将惰性的 氮气以350mL/min的速率供应到反应槽的第一区，持续15分钟。最终，获得浓度约2，125mg/L的二氧化氯-乙醇溶液，产率约85%。按照同样的方式，可以获得浓度约2，000 2，200mg/L的二氧化氯-甲醇、二氧化 氯_异丁醇和二氧化氯_丙酮溶液。[实施例2-2]将正己烷填充到并联连接的三个有机溶剂吸附塔中；通过注入孔分别以6. 5mL/ min和2mL/min的速率将25wt%的亚氯酸钠和30wt%的硫酸注入到反应槽的第二区；将惰 性的二氧化碳气体以300mL/min的速率供应到反应槽的第一区，持续15分钟。最终，获得浓度约2，250mg/L的二氧化氯-正己烷溶液，产率约90%。按照同样的方式，可以获得浓度约2370mL/L的二氧化氯-乙醚溶液、浓度约 2，320mL/L的二氧化氯-甲基叔丁基醚溶液。[实施例2-3]将沸石或硅胶填充到并联连接的三个有机溶剂吸附塔中；通过注入孔以6. 5mL/ min的速率将25wt%的亚氯酸钠注入到反应槽的第二区；将空气和氯气分别以360mL/min 和946mL/min的速率同时供应到反应槽的第一区。所产生的二氧化氯气体被吸附到沸石或硅胶，最终，获得二氧化氯，产率约95%。图3是示出根据本发明第三实施方案的生产二氧化氯的装置的示意性剖视图。在 下面对第三实施方案的描述中，将主要说明第一实施方案和第三实施方案之间的差别，未 描述的特征与第一实施方案中所描述的相同。在附图中，相同的附图标记表示相同部件。在二氧化氯产生反应中，亚氯酸盐被酸歧化分解，生成诸如次氯酸、氯酸和氯气等 产物。因此，在供应精确量的原料化合物的同时，各反应物应被快速搅拌混合，从而以高产 率生产纯二氧化氯。因而，在本实施例中，电磁阀被用于使精确量的反应物起反应，并持续 合适时间。参考图3，本实施方案的二氧化氯生产装置包括反应槽300 ；多孔玻璃过滤器 320，用于将反应槽300的内部分成第一区Rl和第二区R2 ；至少一个气体供应单元320，其 与反应槽300的第一区Rl连接，用于供应氯气和惰性气体；至少一个原料供应单元330、 340和350，其与反应槽300的第二区R2连接，用于向反应槽300的内部供应次氯酸、亚氯 酸或酸；压力调节单元，其与第一区Rl和第二区R2中的至少一个区连接，用于使第二区R2 的压力低于第一区Rl的压力；以及排出孔364，其形成在反应槽300上，用于排出在第二区 R2中产生的二氧化氯气体。第一、第二和第三电磁阀S1、S2和S3分别设置在与第一区Rl和第二区R2连接的 第一、第二和第三原料供应单元330、340和350上，用于在向反应槽300供应原料时打开第 一、第二和第三原料注入孔334、344和354。第一、第二和第三电磁阀Si、S2和S3均由具 有磁芯和一个或多个孔的螺线管构成。当电流被施加到磁芯或未被施加到磁芯时，磁芯被 定位成阻断或允许流动。第一、第二和第三电磁阀S1、S2和S3可被配置成打开约0. 5 10秒和关闭约1 60秒。因此，可以调节供应到反应槽300的原料化学物质的量。如果需要，可以在反应槽 300和减压单元360之间额外设置电磁阀，以调节反应槽300内部的压力，从而利用设置在反应槽300内的多孔玻璃过滤器310来产生微气泡。压力检测单元312设置在反应槽300上，用于测量第一区Rl或第二区R2的压力。 例如，压力检测单元312可以设置在第二区R2上，以测量第二区R2的压力，并将检测到的 压力信号发送到控制单元370 (稍后描述)。减压单元360可以通过排出管362与反应槽300连接，电磁阀S4可以设置在排出 管362的邻接反应槽300的端部。开关372设在减压单元360上，并且开关372与控制器 370电气连接。开关372利用电信号来操作或停止减压单元360。通过从反应槽300的内 部吸出气体，减压单元360使反应槽300的内部减压。排出孔364与减压单元360连接，用于从反应槽300排出气体，并且在减压单元 600是抽吸器的情况下，排出减压水或减压气体的排出孔可被用作排出孔364。纯二氧化氯 气体很容易被吸收到减压水中，从而形成纯的二氧化氯溶液。控制器370与第一、第二和第三原料供应单元330、340和350的电磁阀Si、S2和 S3、减压单元360、减压单元360的开关372以及压力检测单元312电气连接。控制器370 控制电磁阀Si、S2和S3、减压单元360以及反应槽300。控制器370可以是装配在印刷电路板(PCB)上的电气控制器件。控制器370控制 二氧化氯生产装置各部件的打开/关闭操作或其他操作。利用本实施方案的二氧化氯生产装置可以生产二氧化氯，如下。首先，通过操作减压单元360，例如经管道与反应槽300连接的真空泵或抽吸器， 使反应槽300的内部减压。在本实施方案中，抽吸器用作减压单元360 ；然而，减压单元360 不限制于此。例如，减压单元360可以是真空泵。首先，控制器370开启减压单元360的开关372。然后，操作减压单元360，打开与 减压单元360连接的电磁阀S4以排出反应槽300内部的气体。随着反应槽300的内部被 减压，第二区R2的压力变得低于第一区Rl的压力，从而产生从第一区Rl到第二区R2的气 流。因此，从多孔玻璃过滤器310形成微气泡。如果通过使用压力检测单元312能够确定反应槽300的内部被充分、稳定地减压， 那么根据预定的时序，控制器370控制与第一、第二和第三原料供应单元330、340和350连 接的电磁阀S1、S2和S3的打开和关闭操作。因此，所需的原料可被定量供应到反应槽300。利用从多孔玻璃过滤器310产生的微气泡来混合供应的原料，并进行如化学式 4 8所表达的反应，从而可以产生二氧化氯。也就是说，惰性气体和氯气通过多孔玻璃过滤器310从第一区Rl转移到第二区 R2，因而在第二区R2从经过多孔玻璃过滤器310的气体产生微气泡。然后，通过原料注入 孔注入到第二区R2的各反应物(原料)被微气泡均勻地搅拌，从而可以高产率生产高浓度
的二氧化氯。由于反应槽300的减压状态和微气泡，包含在反应物和副产物的混合溶液中的二 氧化氯可以容易地被蒸发和提取，因而可以获得纯二氧化氯气体。二氧化氯气体由减压单元360吸出，并吸收到从减压单元360排出的减压水中。因
此，可以获得纯的二氧化氯溶液。如上所述，根据本实施方案，通过使用电气控制器件控制电磁阀，可以微细地控制 原料供应的量，从而可以有效地控制需要的反应，并且可以有效地抑制副产物的产生。
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在常用的装置中，使用计量泵或流量计来供应原料。因为各原料(化学物质)是 液体或气体(如氯气)，所以按此方式是可行的；然而，不能精确地供应所希望的原料量，原 料的供应量也不能精确测量。因而，不能微细地控制反应物的量和反应的程度。因此，本发 明可避免上述缺陷。此外，尽管本发明中使用的原料与常用二氧化氯生产方法中使用的原 料相同，但是本发明可以供应高浓度的原料，并且原料可以快速反应。此外，在与常用二氧 化氯生产方法相同的处理时间内，可以获得高浓度的二氧化氯。[实施例3-1]在第一原料保存容器中制备12. 5wt%的亚氯酸钠，在第二原料保存容器中制备 15衬％的硫酸。随后，打开抽吸器，然后打开反应槽的电磁阀以使反应槽减压。其后，通过 电磁阀以1，104mL/min的速率将亚氯酸钠供应到反应槽，同时，以0. 4mL/min的速率将硫酸 供应到反应槽。最终，获得5. 8L的二氧化氯溶液，其浓度为17ppm，产率为92%。[实施例3-2]在第一原料保存容器中制备12. 5wt%的亚氯酸钠；在第二原料保存容器中制备 6wt%的次氯酸钠；在第三原料保存容器中制备12. 5衬％的硫酸。随后，打开抽吸器，然后 打开反应槽的电磁阀以使反应槽减压。其后，分别以2. 66mL/min、2. 18mL/min和1. 45mL/ min的速率将亚氯酸钠、次氯酸钠和硫酸供应到反应槽。然后，将所产生的二氧化氯气体溶解在抽吸器的水中。按此方式，获得5. 8L的二 氧化氯溶液，其浓度为53ppm，产率为95%。
权利要求
一种生产二氧化氯的装置，所述装置包括反应槽；多孔玻璃过滤器，其将所述反应槽分成第一区和第二区；至少一个气体供应单元，其与所述反应槽的第一区连接，用于向所述反应槽供应氯气和惰性气体；至少一个原料供应单元，其与所述反应槽的第二区连接，用于向所述反应槽供应次氯酸盐、亚氯酸盐或酸；压力调节单元，其与所述反应槽的第一区和第二区中的至少一个区连接，用于维持第二区的压力水平低于第一区的压力水平；以及排出孔，其与所述反应槽连接，用于排出在所述反应槽的第二区中产生的二氧化氯气体。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述多孔玻璃过滤器的孔径为约10 100μ m。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述压力调节单元是压缩泵，其与第一区连接，用 于压缩第一区。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述压力调节单元是减压单元，其与第二区连接， 用于使第二区减压。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述减压单元是利用减压水或减压气体操作的抽 吸器，在第二区中产生的二氧化氯气体吸收在经过所述抽吸器的减压水中，或者与经过所 述抽吸器的减压气体混合。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述减压单元是真空泵。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述惰性气体是氮气、二氧化碳气体和空气中的 至少一种。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述原料供应单元通过电磁阀与所述反应槽的第二区连接。
9.根据权利要求8所述的装置，还包括控制所述电磁阀的控制器，其中所述控制器通 过控制所述电磁阀来调节供应到所述反应槽的次氯酸盐、亚氯酸盐或酸的量。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括压力检测单元，其设置在所述反应槽上，用于 检测所述反应槽内部的压力，其中所述压力检测单元的信号被传输到所述控制器。
11.根据权利要求1所述的装置，还包括与所述排出孔连接的吸附塔，其中所述吸附塔 容纳有机溶剂和吸附材料，以溶解和吸附惰性气体和产生的二氧化氯气体。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述有机溶剂是正己烷、二氯甲烷、乙醚、甲基 叔丁基醚和石油醚中的一种。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述吸附材料是沸石或硅胶。
14.根据权利要求11所述的装置，还包括与所述吸附塔连接的二氧化氯气体去除塔， 用于去除在二氧化氯气体经过所述吸附塔后残余的二氧化氯气体。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述二氧化氯气体去除塔容纳过氧化氢或硫代 硫酸钠，以去除残余的二氧化氯气体。
全文摘要
本发明提供了一种生产二氧化氯的装置。在该装置中，利用电磁阀将生产二氧化氯所需的原料化学物质定量供应到反应槽，从而可以在未使用流量计或计量泵的情况下，通过使反应槽减压而从外部保存容器经管道将所需量的原料化学物质精确地供应到反应槽。
文档编号C01B11/02GK101970345SQ200880127618
公开日2011年2月9日 申请日期2008年12月24日 优先权日2007年12月28日
发明者李承彩 申请人:李承彩