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四川齐力绿源水处理科技有限公司

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二氧化氯制备系统达到国际先进水平

二氧化氯发生器的设计结构要求

本文来源: 四川齐力绿源水处理科技有限公司 责任编辑: 发布日期:2018-03-07
文章导读二氧化氯发生器的设计结构要求

对于化学反应能否按设计工艺要求进行,发生器的结构设计很重要,因为在生产规模的反应器里温度、浓度、反应时间等化学反应条件是不均匀的,这些工艺条件不均匀主要与物料在反应器里的流动情况有关,流动引起的返混、传热和传质过程又会影响化学反应,而影响的大小又取决于化学反应本身的特点。这就是在规模生产中,宏观动力学因素———返混、热量传递和质量传递对化学反应的影响,只有充分认识这些关系,才能正确合理的设计二氧化氯发生器以及选择合理的配置,从而使反应过程顺利进行,达到所期待的转化率和收率,同时使二氧化氯发生器具有良好的使用性能(安全、可靠且故障率低) 


一、安全因素是首位

由于二氧化氯本身特有的性质所决定,在制备过程中很容易发生爆炸,出现这种现象是由各种原因而引起的二氧化氯分解所致。

其化学反应如下图(1)所示:

2ClO₂ 2Cl₂ + 2O₂ 

由(1)式可以看出,二氧化氯分解生成氯气和氧气,这不但使二氧化氯收率降低,而且也使二氧化氯纯度降低。实际生产中影响二氧化氯分解的因素很多,有时各种因素互相影响,一般来说主要是二氧化氯浓度过高或瞬间浓度过高而导致分解,初期表现只是爆鸣(缓慢爆炸),此时必须引起注意和采取有效措施,否则二氧化氯在分解过程中又放出热量,使反应温度升高,进一步使二氧化氯的生成速率加快,从而产生剧烈的爆炸而酿成事故。如何控制二氧化氯发生器内二氧化氯的浓度就成了二氧化氯发生器设计中的关键问题。 

影响二氧化氯浓度,除与二氧化氯发生器的结构和合理的配量有关外,还与外界操作因素有关,如二氧化氯发生器内的真空度大小,直接关系到发生器内部参数的变化,诸如温度和二氧化氯脱出速度,否则就会带来不安全因素。同样二氧化氯发生器为达到良好的气-液分离效果,发生器内必须保证有气体的安全通路,既要保持反应顺利进行,又要防止二氧化氯气体在发生器上部的积聚,这与发生器结构有关,也与内部真空度大小有关。真空度过大或过小均会破坏二氧化氯发生器内安全稳定的运行,可见二氧化氯发生器内适宜的真空度是安全稳定运行的前提。

要实现二氧化氯发生器安全稳定操作,首先要使用自动化仪表,使生产操作的“动态响应”快;另一方面要特别重视二氧化氯发生器的设计和操作条件,应使发生器和反应条件处于稳定的情况之下,当物料的流量、浓度或温度由于某种原因而有波动以后,二氧化氯发生器能自动恢复到正常操作状态,这就是二氧化氯发生器的动态特性即稳定性,在设计时必须予以认真考虑。

 

二、连续多级反应器

以氯酸钠为原料,双氧水为还原剂,在硫酸介质条件下,制取二氧化氯的化学反应是属于自催化反应,从宏观动力学角度来看,选择使用连续多级反应器更为适合。

连续操作反应器是反应器内的物料和产物随进随出,连续流动,这种反应器的特点是反应物浓度自始至终为一常数,因而反应速率也是确定不变的,这对氯酸钠和双氧水在硫酸介质中进行的自催化反应尤为有利。在这种反应器里的物料充分混合,化学反应可以一直以最大的反应速度进行,同时还进行传质,传热和气-液分离的过程,从而提高生产率。几个这样连续操作的反应器串联即成连续多级反应器,这种反应物料从第 1 个反应器加入,依次通过各反应器,产物(二氧化氯和釜残)分别从塔顶和塔釜排出,这种连续多级反应器既可以减少对反应不利的返混,同时物料在反应器中停留时间比单个反应器要集中在平均停留时间附近,从而可以达到较高的转化率,同时生产过程容易控制,产品稳定,需要较少的人力和操作费用。

 

三、负压曝气

负压即是二氧化氯发生器内在一定的真空度条件下进行,而曝气就是向二氧化氯发生器内不断的通入空气,这对发生器安全稳定运行具有十分重要的作用:

1) 代替搅拌,使反应液充分混合,有利于化学反应。

2) 供给热量,以保证反应在一定的温度条件下进行。

3) 促进传质,传热和气-液分离过程顺利进行。

4) 空气进入发生器内可使生成的二氧化氯气体浓度下降,确保反应安全顺利进行。曝气可以归纳以下几个过程:搅拌→混合→反应→吹脱出二氧化氯→进入气相。 

要控制二氧化氯发生器安全稳定进行,应使二氧化氯生成速率等于二氧化氯吹脱速率,这时二氧化氯收率最高。曝气过小时,即二氧化氯生成速率远大于二氧化氯吹脱速率,由于起不到搅拌、混合、反应、吹脱和稀释的作用,造成反应液中二氧化氯的浓度过大,副反应增多,二氧化氯的收率降低,也带来不安全因素。当曝气过大时,即二氧化氯吹脱速率远大于二氧化氯生成速率,反应器内发生“液泛现象”,这样曝气不仅起不到应有的作用,还破坏了流体在二氧化氯发生器内的流动状况,严重的影响了传质、传热和气-液分离过程的效果,不但使二氧化氯收率降低,同时也带来不安全因素。可见适宜的曝气是二氧化氯发生器实现安全、稳定运行的重要前提。

在实际生产中,除反应物浓度、原料配比、反应压力在一定温度条件下进行化学反应外,为适应外界和操作带来不利的影响,保证生产安全稳定顺利进行,曝气还是一个有操作弹性的可控因素。

 

四、设备材质

二氧化氯发生器在制备二氧化氯过程中,对材质的防腐要求是很高的,因为它不仅涉及到二氧化氯特殊的氧化性,同时还面临着负压、较高温度、较高酸度的溶液,是二氧化氯发生器设计中的重要课题,选用适宜的材质,不仅可满足工艺指标的实现,也为连续稳定生产提供了可靠的保证。

材质除要具备良好的抗腐蚀能力、耐温、耐压外,还要有良好的传热效果以及便于加工制造等性能,综合各种因素,实践证明目前选择钛材为材质比较合适。钛材是比较昂贵的材质,制作发生器时要特别注意的是钛材的纯度和加工的焊接点。

 

二氧化氯发生器是进行化学反应的场所,因此安全性能格外重要。发生器系统结构的设计决定了发生器内的反应条件,反应器内的反应物料和反应条件又决定了原料的转化率和纯度。良好的二氧化氯发生器设计结构能够大大提高设备安全性、设备操作性、原料转化率和二氧化氯纯度。发生器的结构、操作方式、传热、传质等都要尽量地使反应能在工艺条件所规定的参数下进行,发生器中物料的流动情况,有无返混和返混大小,都直接或间接影响化学反应的结果,所以在设计二氧化氯发生器时要考虑传递过程的影响。

二氧化氯发生器技术性能的高低决定着二氧化氯的生产成本及使用安全,所以在选购二氧化氯发生器时选购高性能的二氧化氯发生器尤为重要。