专利名称：大型高纯度二氧化氯发生装置及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种大型高纯度二氧化氯发生装置及其生产方法。
二氧化氯是一种广谱性的杀菌消毒剂，可广泛应用于饮用水、游泳池水、医院污水的杀菌消毒处理；工业循环冷却水杀菌灭藻处理；工业含氰、含酚废水的消毒处理；食品管道的消毒及水果蔬菜的保鲜等领域。目前，对于大型自来水厂的消毒；城市污水处理厂的杀菌、脱色、除臭处理；纺织印染行业中纤维的漂白、造纸行业中纸浆的漂白等应用领域，我国还主要依靠液氯进行处理。在这些应用领域中，要求二氧化氯发生装置的生产能力要大、消毒液有效成分中二氧化氯的浓度及纯度高才能满足使用要求。
有关二氧化氯的发生方法较多，所用的主要原料为氯酸钠。根据还原剂的不同可分为Mathieson法，它以二氧化硫为还原剂，以硫酸为介质，其缺点是收率低、产生废酸多。R2法，以氯酸钠、氯化钠和硫酸为原料，其中以氯化钠为还原剂。氯化钠和硫酸反应生成氯化氢，再进一步还原氯酸钠而得二氧化氯。该法将产生大量的废液，含有硫酸和硫酸钠，其回收处理很复杂。Solvey法，它以氯酸钠、硫酸和甲醇为原料，其中以甲醇为还原剂。该法二氧化氯的收率为85～90％。R8法所用原料与Solvey法相同，由于采用了反应---蒸发---结晶的单元反应器，从而提高了生产能力，反应的氯酸钠转化率提高至90％以上。该工艺具有操作简单、容易控制、生产效率高等优点，但是，该工艺需蒸发水分，消耗蒸汽量较大。中国专利ZL93111202.8和中国专利ZL97233737.7公开了负压曝气二氧化氯发生器生产工艺新技术，该技术以氯酸钠为氧化剂、盐酸为还原剂，生产二氧化氯与氯气的复合消毒剂，并且属于小型二氧化氯发生装置。
本发明的目的在于提供一种原料利用率高、二氧化氯纯度高的大型二氧化氯发生装置及其生产方法。
本发明是通过以下方式实现的。该生产方法包括反应器、吸收装置、负压产生装置和废液处理装置。以氯酸钠为氧化剂，以双氧水或甲醇为还原剂，在硫酸介质中进行反应，其反应如下
反应器采用多级装置，在多级反应器中反应温度从40℃升至70℃，由风机产生负压，在负压条件下连续加料反应。氯酸钠、浓硫酸和母液以一定流量连续加至主反应器中，双氧水或甲醇以一定流量连续分别加至主反应器和次级反应器中。压缩空气从多级反应器的反应液下部引入，将反应生成的二氧化氯气体带出。氯酸钠和双氧水的物料比为1∶0.15～0.32；氯酸钠和甲醇的物料比为1∶0.05～0.1，反应介质中硫酸的质量百分数为23～33％。由风机产生负压，从而保证多级反应器、吸收装置在负压条件下运行，系统压力为745～754mmHg。
多级反应器中生成的二氧化氯气体，用5～10℃冷冻水在吸收塔中吸收制取游离的高浓度二氧化氯水溶液，可直接应用于大型自来水厂、污水处理厂的杀菌消毒，也可用于纸浆的漂白。
本发明的废液处理装置由蒸发结晶器、冷凝器、离心机、母液槽、水力喷射器组成，水力喷射器产生负压，保证蒸发结晶器在减压条件下蒸发浓缩，经冷却、离心分离得到结晶物硫酸氢钠，母液流入母液槽中，再经泵打入主反应器中循环利用，无三废产生。
本发明与现有技术相比，具有如下优点二氧化氯生产能力大、连续化生产、生产成本低、原料利用率高、设备投资少、二氧化氯纯度高、无三废产生等优点。
图1为本发明的大型高纯度二氧化氯发生装置及其生产方法的工艺流程示意图。图中1为双氧水或甲醇加料管，2为氯酸钠加料管，3为浓硫酸加料管，4为母液加料管，5为压缩空气进口管，6、8和9为防爆口，7为压力计，10为主反应器，11为次级反应器，12为第三级反应器，13为母液泵，14为母液槽，15为离心器，16为水力喷射器，17为蒸发结晶器，18为冷凝器，19为排空口，20为风机，21为冷冻水进口，22为吸收塔，23为高浓度二氧化氯水溶液出口，24为二氧化氯气体管道。
下面结合附图对本发明做详细说明以氯酸钠为氧化剂，双氧水或甲醇为还原剂，在硫酸介质中进行反应，在多级反应器中整个反应过程温度控制在从40℃升至70℃。以一定流量连续将氯酸钠水溶液、浓硫酸和母液加入到主反应器10中，双氧水或甲醇以一定流量连续加入到主反应器10和次级反应器11中。压缩空气从主反应器10、次级反应器11和第三级反应器12的下部引入，将反应生成的二氧化氯气体带出。氯酸钠和双氧水的物料比为1∶0.15～0.32；氯酸钠和甲醇的物料比为1∶0.05～0.1，反应介质中硫酸的质量百分数为23～33％。主反应器10、次级反应器11、第三级反应器12和吸收塔22在负压条件下运行，负压由风机20产生，系统压力为745～754mmHg，空气经排空口19排空。
在主反应器10、次级反应器11和第三级反应器12中生成的二氧化氯气体24，经5～10℃冷冻水21在吸收塔22中吸收可制取游离的高浓度二氧化氯水溶液23。
反应器的废液经蒸发结晶器17减压蒸发，二次蒸汽经冷凝器18冷凝，蒸发后的废液经冷却结晶、离心机15离心过滤可制得结晶物硫酸氢钠，母液流入母液槽14中，母液经母液泵13循环至主反应器10中重复利用，无三废产生。蒸发结晶器17在减压条件下运行，负压由水力喷射器16产生，保证蒸发结晶器17在减压条件下蒸发浓缩。
实施例22.5kg/h纯二氧化氯发生装置的生产工艺，44％的氯酸钠水溶液、浓硫酸、双氧水和返回母液分别以58.4L/h、26.6L/h、20.0L/h和12.0L/h的进料量加至主反应器10中，双氧水以2.2L/h的加料量加至次级反应器11中，在多级反应器中反应温度从40℃升至70℃，5～10℃的冷冻水21以2.65T/h的流量加至吸收塔22的上部用于吸收由反应器生成的二氧化氯气体24，可达到22.5kg/h纯二氧化氯气体的生产能力，二氧化氯水溶液中二氧化氯的纯度大于98％，氯酸钠的转化率为94.5％。
权利要求
1.大型高纯度二氧化氯发生装置及其生产方法，以氯酸钠为氧化剂，以双氧水或甲醇为还原剂，在硫酸介质中进行反应，其特征在于该生产方法采用负压曝气工艺技术，在负压条件下，在多级反应器中，氯酸钠和浓硫酸从主反应器中加入，双氧水或甲醇分别加至主反应器和次级反应器中，反应温度从40℃升至70℃，反应介质中硫酸的质量百分数为23～33％，反应液中生成的二氧化氯由引入的压缩空气将其带出，生成的纯二氧化氯气体，用5～10℃冷冻水在吸收塔中吸收制取游离的高浓度二氧化氯水溶液。
2.根据权利要求1所述的大型高纯度二氧化氯发生装置及其生产方法，其特征在于氯酸钠和甲醇的物料比为1∶0.05～0.1。
3.根据权利要求1所述的大型高纯度二氧化氯发生装置及其生产方法，其特征在于氯酸钠和双氧水的物料比为1∶0.15～0.32。
4.根据权利要求1所述的大型高纯度二氧化氯发生装置及其生产方法，其特征在于压缩空气从反应液底部引入，反应器的上部设有防爆口，反应器及吸收装置中的负压由风机产生。
全文摘要
本发明涉及一种大型高纯度二氧化氯发生装置及其生产方法。以氯酸钠为氧化剂,以双氧水或甲醇为还原剂,在硫酸介质中进行反应,生成纯二氧化氯气体,用5～10℃冷冻水在吸收塔中吸收制取游离的高浓度二氧化氯水溶液。该生产方法采用负压曝气工艺技术,在多级反应器中,在负压条件下连续加料反应。该方法具有生产能力大、操作简单、生产成本低、原料利用率高、二氧化氯纯度高等优点,可应用于纸浆漂白以及大型水厂、污水处理厂的杀菌消毒。
文档编号C01B11/02GK1347841SQ0012931
公开日2002年5月8日 申请日期2000年11月13日 优先权日2000年11月13日
发明者施来顺, 刘靖民, 谢朝仁, 方嬴, 戴振国, 赵吉运 申请人:山东大学