专利名称：二氧化氯的制备方法及其发生设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及氯的氧化物制备方法及其发生设备，具体地说，涉及二氧化氯消毒剂的制备方法及其发生设备。
已知二氧化氯(ClO2)是一种氧化剂、脱臭剂和漂白剂。在环境保护日益受到重视的今天，二氧化氯在水中只起氧化作用不起氯化作用，这一特点不但使二氧化氯被用作医院污水、含氰与造纸废水、游泳池水等的消毒剂，而且还被用作饮用水的消毒剂，特别是饮用水遭到氨和酚的严重污染或氯消毒有困难时作为消毒剂，显示出了二氧化氯作消毒剂的独到之处。
氯也是一种漂白剂、消毒剂。可用于饮用水的消毒上，但由于氯消毒时会形成氯烷烃，有致癌作用，所以影响作为饮用水的消毒剂使用。但在某些场合下，如游泳池水的消毒上，还是可以使用氯作为消毒剂的。
目前，有关二氧化氯的制备方法大体有两类。一类是电解法。这类方法是采用氯化钠作电解液，投入有隔膜的电解槽中进行电解，产生二氧化氯、氯气、臭氧和过氧化氢的混合气体，副产物是氢氧化钠和氢气。这种方法的不足在于投资较大、原料消耗大、电耗高，隔膜需经常清洗和更换。二氧化氯所占比例不足30％，产量有限。另一类方法是化学法。化学法分为两种情况，一种情况为工业化实施方法，可以US3844456为代表。该专利公开的方法投资费用高，设备体积庞大，附属设备多，只适合大规模工业用途，不适宜商业化、小批量生产。另一种情况为商业用发生装置，目前在国内已出现。据CN1114632A介绍，该专利申请的方法采用氯酸钠为原料，氯化钠为还原剂，硫酸为酸化剂，在常温高酸度下单级反应室内进行反应，反应进行得不够完全，反应残液必须中和才能使用。另外，利用循环泵产生的负压使反应进行，一旦循环泵失灵，很可能发生因二氧化氯浓度过高而引起的爆炸。虽然增加了充气泵的弥补设施，将二氧化氯和氯鼓出发生装置，但空气中大量充斥着二氧化氯和氯气，同样会引起在场人员的伤害及周边设备的腐蚀。
为此，本发明人进行了大量的研究，完成了用氯酸钠作原料，盐酸作酸化剂，在负压、逐级升高反应温度的多级反应体系中进行彻底的反应，同时向反应液鼓入空气，制备二氧化氯消毒剂的发明。该项发明能克服现有技术中存在的缺点与不足。
本发明的目的在于提供一种二氧化氯消毒剂的制备方法。
本发明另外一个目的在于提供适于制备上述二氧化氯消毒剂的设备。
为完成本发明的任务，采用如下的技术方案。
一种二氧化氯消毒剂的制备方法，该法包括的步骤有(1)将氯酸钠配成540g/l的水溶液；(2)使所述氯酸钠水溶液与31％的盐酸以1∶1的体积比进入负压、温度分别为40℃和70℃的第一级和第二级反应室内反应；(3)分别向所述两个反应室内的反应液鼓入经加热箱加热过的空气；(4)生成的二氧化氯与氯气以及反应液进入95℃的集气室；和(5)通过水射器回收混合气体和反应彻底的反应液制得二氧化氯消毒剂。
本发明制备的二氧化氯是以氯酸钠作原料，盐酸作酸化剂经化学反应得到的，两种原料一经在反应室内混合便会开始进行如下反应式表达的反应
为了使反应尽可能地进行到底，本发明采用多级反应室体系。首先，将物料送入第一级反应室，再进入第二级反应室和集气室，各室温度逐渐升高，使反应平衡向着反应产物形成的方向移动。另外，还通过向反应体系鼓空气，以使产生的二氧化氯和氯气迅速地离开反应体系，使氯酸钠和盐酸的反应趋于更加完全。
为了更好的控制整个反应的进行，通常，各室加热箱的温度变化范围在±2℃之间。
密闭的反应室加热是通过置于反应室外部的加热箱进行的。加热箱可做成水浴，用常规可控电加热法加热，将反应室及其内部反应液加热到预定的温度。
为了保证反应室各处温度一致，本发明一方面通过加热箱从反应室的外部加热，另一方面，通过置于相应加热箱内的空气进气管向反应室内的反应液鼓与反应室温度相同的空气。这样做不仅能保证反应体系温度的均匀，而且还能同时起到所述吹脱反应液中生成的二氧化氯和氯气的作用。
空气进气管所以能向反应室鼓入与反应室同温的空气，是因为通入空气的进气管经过了第一级或第一级和第二级加热箱的加热，加热级数取决于进气管欲进入的反应室。
被空气鼓出的二氧化氯和氯气混合气由集气室收集。反应液流到集气室内，在95℃的高温下，迅速彻底反应后与混合气一起经水射器抽出，可直接送至用户作为消毒剂使用。
由于本发明精确控制反应物料比，使反应物在pH值为6-7的条件下进行反应。
用于本发明制备二氧化氯消毒剂的设备，包括由两个原料配比箱和两个定量投加器组成的加料装置，串联的两级反应室及其相应的加热箱和空气进气管，集气室及其加热箱，水射器以及由压力表、中和槽、电磁阀和防爆阀组成的安全装置，空气进气管经相应的加热箱加热后进入相应反应室内的液面下，集气室与各级反应室由混合气体连通管相连，第二级反应室与集气室由反应液连接管相连，集气室与水射器由混合消毒剂抽吸管相连。
所述定量投加器是为了控制上述两种原料的加入量。凡是能用来定量控制液体流量的装置都可用于本发明。例如，通用的定量泵，以秒计液体滴数的滴定器以及流量计等。
本发明设备中的负压是由压力水提供的。如果压力水的压力变得很小或没有，所述反应将无法进行。反应液中还存有大量的二氧化氯和氯气，如不及时处理势必造成危害。已知的发生装置在此情况下是通过气泵向反应液鼓气，此法肯定会将二氧化氯及氯气鼓向空间，由于二氧化氯发生装置一般放在房间中，所以必然造成空气中有大量的二氧化氯和氯气，伤害在场的操作人员和周边的设备。基于此种考虑，本发明设备在射流装置上加装了一个带传感器的压力表，同时在第一级反应室和第二级反应室底部加装带有电磁阀的排放管，在水压力很低或无压力下，压力表将带动电磁阀打开，迅速将反应室内的反应液排到反应液中和槽，利用该槽内的氢氧化钠吸收反应液中的二氧化氯和氯气，同时报警。如果电磁阀失灵，反应室中的压力在达到一定压力下会打开防爆阀，使混合气排到室外。防爆阀安装在混合气体连通管上。
本发明二氧化氯消毒剂的制备方法及其发生设备与现有技术相比，具有如下的显著优点1、利用两级反应室，并且在逐步提高的反应温度下反应，使反应具有较快的反应速度，同时，使集气室的温度接近沸点，可使反应更加完全彻底，反应转化率可提高至95％以上；2、原料与酸化剂配比合适，使反应生成物呈现在6-7之间的pH值，抽取混合气体与反应完全的反应液同时完成，这样可直接送至用户作消毒剂，无需再做处理；3、只用两种原料，降低了成本和简化了操作程序；4、水射器直接用自来水做压力源，避免了使用泵造成的不便，同时增加了防爆阀和电磁阀，使设备操作时刻处于安全的范围内。
5、本发明用于制备二氧化氯消毒剂的设备结构简单，操作方便，运行安全可靠，设备投资少，运行费用低，适合于商业性分散用户，小批量就地发生，就地使用。
图1是本发明制备二氧化氯消毒剂的设备示意图。
图中，发生设备包括原料配比箱1和2，第一级反应室3，第二级反应室4，集气室5，反应液中和槽6，水射器7，第一级反应室3的加热箱8，第二级反应室4的加热箱9，集气室5的加热箱10，定量投加器11和12，空气进气管13，第一级反应室3与第二级反应室4的反应液连接管14，第二级反应室4与集气室5的反应液连接管15，反应室低位排放电磁阀16，混合消毒剂抽吸管17，防爆阀18，带传感器的压力表19，第一级反应室3和第二级反应室4与集气室5之间的混合气体连通管20，进料管21和22，一级反应室3外加热箱8的注水阀23a及排水阀23b，二级反应室4外加热箱9的注水阀24a及排水阀24b，集气室5外加热箱10的注水阀25a及排水阀25b，反应室低位排放手动阀26。
附图中，各级反应室、集气室、空气进气管、反应液连接管和混合气体连通管是由钛制成的。各级反应室和集气室的相应加热箱是由耐温材料制成的，如有机玻璃、聚四氟乙烯等。
下面将依据本发明二氧化氯消毒剂的制备方法，结合附图对本发明作更进一步的详细描述。
将配成540克/升的氯酸钠溶液及31％的盐酸分别加入原料配比箱1和2，同时向第一级反应室3加入适量40℃的清水，向第二级反应室4加入适量70℃的清水，第一级反应室加热箱8温度控制在40℃±2℃，第二级反应室加热箱9温度控制在70℃±2℃，集气室加热箱10温度控制在95℃以上。打开压力水使水射器7工作，并使压力表19显示在0.2MPA以上，这时整个反应装置呈现负压状况。在负压状况下，定量投加器11和12开始向第一级反应室进料，调节11和12使进料体积比为1∶1，并按3L/h进料。调节空气进气管13，使空气进气量最大同时又要保证进料正常。此时第一级反应开始，产出的二氧化氯及氯气混合气通过连通管20被抽入集气室，同时进气管13a通到一级反应室的底部，并向反应液鼓入40℃的空气，加热并鼓出反应液中的二氧化氯和氯气，该混合气也通过连通管20被抽入集气室5。反应液经过连接管14进入第二级反应室4，在70℃的高温下快速反应，产生的二氧化氯和氯气，通过连通管20被抽入集气室，同时空气进气管13b通到二级反应室的底部，并向反应液鼓入70℃空气。产生和鼓出的二氧化氯和氯气通过连通管20被抽入集气室5。反应液经连接管15进入集气室5，由于集气室温度接近沸点，反应液中没有完全反应的反应物在此温度下瞬间反应完毕，这时混合气与反应彻底的反应液通过水射器一并抽出作为消毒剂直接送至用户。通过取样分析二氧化氯为1658mg/L，氯气为872mg/L，射流量为600L/h。二氧化氯产量为995g/h，氯气产量为523g/h，化学反应转化率为97％。
权利要求
1.一种二氧化氯消毒剂的制备方法，其特征在于该法包括的步骤有(1)将氯酸钠配成540g/l的水溶液；(2)使所述氯酸钠水溶液与31％的盐酸以1∶1的体积比进入负压、温度分别为40℃和70℃的第一级和第二级反应室内反应；(3)分别向所述两个反应室内的反应液鼓入经加热箱加热过的空气；(4)生成的二氧化氯与氯气以及反应液进入95℃的集气室；和(5)通过水射器回收混合气体和反应彻底的反应液制得二氧化氯消毒剂。
2.用于制备权利要求1所述二氧化氯消毒剂的设备，其特征在于该设备包括由两个原料配比箱和两个定量投加器组成的加料装置，串联的两级反应室及其相应的加热箱和空气进气管，集气室及其加热箱，水射器以及由压力表、中和槽、电磁阀和防爆阀组成的安全装置，空气进气管经相应的加热箱加热后进入相应反应室内的液面下，集气室与各级反应室由混合气体连通管相连，第二级反应室与集气室由反应液连接管相连，集气室与水射器由混合消毒剂抽吸管相连。
3.按权利要求2所述的设备，其特征在于反应室、集气室、空气进气管、反应液连接管以及混合气体连通管由钛制成。
全文摘要
本发明公开制备二氧化氯消毒剂的方法及其发生设备。所述方法包括540克/升氯酸钠水溶液与31%盐酸以1∶1的体积比进入负压、温度各为40℃和70℃的第一级和第二级反应器中反应,同时通过空气进气管向反应液鼓入加热过的空气。本发明的设备包括加料装置,串联的两级反应室及其外加热箱,通往各反应室的进气管,集气室及其加热箱,水射器和安全装置。本法转化率高,设备操作安全。所述消毒剂适用于饮用水、医院污水、游泳池水以及工业废水的消毒。
文档编号A01N59/00GK1212839SQ9810167
公开日1999年4月7日 申请日期1998年4月30日 优先权日1998年4月30日
发明者徐飞, 赵力群 申请人:北京四价环境工程有限责任公司