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        【污水處理技術】影響二氧化氯發生器性能的因素及其改進的方法

        【污水處理技術】影響二氧化氯發生器性能的因素及其改進的方法

        摘要:反應物的濃度及反應壓力、反應器的結構等因素均是影響二氧化氯發生器性能的因素,針對這些因素對發生器進行改進,將使其更具有使用價值。

        關鍵詞:二氧化氯發生器影響因素改進

        引言

        化學法二氧化氯發生器是一種采用化學原料進行化學反應生成二氧化氯的裝置,其性能包括反應性能和設備的使用性能。這兩者決定了二氧化氯發生器技術水平是否優良,是否具有實用價值的問題。目前國內采用的氯酸鈉———鹽酸工藝的化學法二氧化氯發生器能滿足用戶基本要求,并且是一個具有很好使用推廣前途的裝置。但是,由于二氧化氯發生器的性能受到反應物的濃度、反應壓力、反應器結構等因素的影響,降低了轉化率和得率。文中結合工作實際,對影響二氧化氯發生器的因素進行了分析討論。反應的NaClO3轉化率及ClO2得率的主要因素是反應物濃度及比例(酸當量濃度,NaClO3溶液濃度),以及反應壓力、反應器結構等。

        1二氧化氯發生器的工作原理

        氯酸鈉———鹽酸工藝反應式如下:

        主反應:NaClO3+2HCl→ClO2+0.5Cl2+NaCl+H2O

        副反應:NaClO3+6HCl→3Cl2+NaCl+3H2O

        以上兩個方程式,NaClO3需要在一定酸度下被Cl-(還原劑)還原轉化生成ClO2和Cl2。HCl既是還原劑,又提供反應需要的酸條件,而實際完成的反應不可能完全按主反應狀態完成,也不是按副反應狀態完成,而是在主反應和副反應之間的某一種狀態下進行的。

        2影響ClO2發生器性能的重要因素

        2.1反應物NaClO3濃度

        一般化學反應中,提高反應物濃度或降低生成物濃度都有利于反應向生成物方向進行。但NaClO3溶液濃度過高,反應生成物NaCl在殘液中的濃度相應也高,會在反應器或投藥管中生成結晶,造成管路堵塞。

        2.2酸當量濃度、還原劑比例

        NaClO3溶液加酸達不到一定的酸當量濃度,反應轉化率很低,速度很慢;作為還原劑Cl-加入的量少,NaClO3轉化率低,加入的量過多,反應將向副反應方向偏移,雖然NaClO3轉化率高,但ClO2得率低。

        2.3反應壓力

        一般反應降低壓力有利于向生成氣體產物的方向進行。二氧化氯發生器的反應容器為密閉系統降低壓力有利于向生成氣體產物的方向進行。

        2.4反應器結構

        對于化學反應能否按設計工藝要求進行,反應器的結構設計很重要,要讓反應器的結構配置能滿足反應工藝條件。如反應物進料位置、方式、生成物出料位置、方式,反應物在反應器內流動狀態,需要加壓或減壓的方式。反應器的結構設計和配置選擇合理,不但能使反應過程順利完成,保證反應過程能達到理想的轉化率或得率,還使得整個設備具有很好的使用性能(安全、可靠、故障率低)。

        3ClO2發生器性能的改進措施

        3.1反應物NaClO3
        濃度、酸當量濃度與還原劑比例一般采用的工業合成鹽酸,濃度30%左右,當量濃度大約11。鹽酸在反應中的作用,既提供反應需要的酸當量濃度,本身又是還原劑。在確定反應工藝條件時應考慮到加酸量大,酸當量濃度高對提高NaClO3轉化率有利,及加酸量大,還原劑比例過高將降低ClO2得率這兩方面因素。

        經一系列優化試驗結果:NaClO3溶液濃度在27%左右,NaClO3溶液與鹽酸比例在1:1.2~1.5最為合適。在此條件下可得到最優化的NaClO3轉化率(大于95%)和ClO2得率(大于70%),并且在室溫條件下NaCl不會有結晶堵塞管道。

        3.2反應壓力

        氯酸鈉與鹽酸反應,生成ClO2、Cl2兩者均為可爆氣體,在一定濃度下有可能引起自爆。從安全角度來講,負壓有利于安全操作。經多次試驗發現,在其它條件相同負壓反應比正壓反應NaClO3的轉化率大3%左右,ClO2得率大2%左右。原因主要在于反應體系壓力增大,氣體釋放量少,攪動能力變弱,反應物接觸反應所需的時間需更長等方面。為克服壓力對反應轉化率及得率引起的影響,根據反應器結構,將原料在計量泵脈動壓力下,注入反應器,在反應器內沿混合攪動裝置呈脈動旋流狀流動,使得反應物在反應器內的混合效果更好,有效地保證反應具有理想的轉化率和得率。

        3.3反應器結構

        反應器的設計中,依據化學反應器設計原理,以及氯酸鈉———鹽酸反應工藝條件,反應過程特點的要求,在結構上采用液相下進原料上出產品的形式,下層釋放氣帶動上層反應液攪動,通過反應器內添置混合攪動裝置,增進液體充分混合,脈動旋狀管流式流動方式使反應物在反應器內有一個較平穩的流動停留過程,避免出現反應物在類似單級反應器中可能出現的反應物來不及反應就排出反應器之外的直流現象,有效地保證反應物的停留反應時間和反應物料的理想轉化率。

        4其他影響因素的改進分析

        發生器原料液的計量輸送設備,計量泵的作用:一是計量輸送原料液的流量,使其定量加注到反應器內,保證原料按比例完成反應;二是提供液體流動的壓力,使其反應后直接加注到帶壓管網水體中。計量泵是長期運行的動力設備,它的品質好壞,是二氧化氯發生器能否長期、穩定、正常運行的關鍵。由于計量泵單向閥密封圈會因腐蝕、變型,造成密封不好,漏氣,經常出現吸不上原料的情況。而更換密封圈也存在拆卸困難的問題。因此選用更換密封圈方便結構簡單的單向閥計量泵,并特意改換密封圈,使可靠性大大提高,故障率降低。反應器制作材料的選擇:按照反應工藝條件獲得理想的轉化率和得率,使反應器發揮可靠的使用性能。關鍵取決于反應器的材質和投藥管的材質。經過大量試驗,曾選擇多種材料制作,但反應器都在高酸度、高ClO2濃度、高壓力條件下不能達到耐腐蝕,很快出現泄漏現象。如PVC材料反應器承壓能力較弱,玻鋼加工件也不能耐ClO2的腐蝕,聚四氟乙烯材料加工件連接密封處會出現泄漏等現象。因此必須采用強耐腐蝕的特種金屬材料,才能有效解決耐腐和耐壓要求。于是最終采用鈦基材料表面化學鍍鉭,有效地解決了難題。

        5結論

        通過對反應物濃度、反應壓力、反應器結構及材質等因素的分析總結,提出了二氧化氯發生器的改進措施。依據理論分析和大量對照試驗證明:由于確定了優化的反應物濃度、酸當量濃度、還原劑比例以及反應器結構(具有足夠的反應停留時間),優化的工藝將使反應盡可能按接近主反應過程進行,獲得理想的ClO2得率和NaClO3轉化率,從而在氯酸鈉—鹽酸反應體系實際應用的可靠性、合理性方面打下了堅實的理論基礎。

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