WO2012166021A2 - Способ получения раствора диоксида хлора и хлора в воде и аппарат для его осуществления - Google Patents

Способ получения раствора диоксида хлора и хлора в воде и аппарат для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2012166021A2
WO2012166021A2 PCT/RU2012/000435 RU2012000435W WO2012166021A2 WO 2012166021 A2 WO2012166021 A2 WO 2012166021A2 RU 2012000435 W RU2012000435 W RU 2012000435W WO 2012166021 A2 WO2012166021 A2 WO 2012166021A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chlorine
housing
solution
chlorine dioxide
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2012/000435
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012166021A3 (ru
Inventor
Сергей Юрьевич КИРИЛЛОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JOINT STOCK Co "URALS SCIENTIFIC - RESEARSH INSTITUTE OF CHEMISTRY WITH EXPERIMENT PLANT"
Original Assignee
JOINT STOCK Co "URALS SCIENTIFIC - RESEARSH INSTITUTE OF CHEMISTRY WITH EXPERIMENT PLANT"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JOINT STOCK Co "URALS SCIENTIFIC - RESEARSH INSTITUTE OF CHEMISTRY WITH EXPERIMENT PLANT" filed Critical JOINT STOCK Co "URALS SCIENTIFIC - RESEARSH INSTITUTE OF CHEMISTRY WITH EXPERIMENT PLANT"
Publication of WO2012166021A2 publication Critical patent/WO2012166021A2/ru
Publication of WO2012166021A3 publication Critical patent/WO2012166021A3/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B11/00—Oxides or oxyacids of halogens; Salts thereof
    • C01B11/02—Oxides of chlorine
    • C01B11/022—Chlorine dioxide (ClO2)
    • C01B11/023—Preparation from chlorites or chlorates
    • C01B11/025—Preparation from chlorites or chlorates from chlorates without any other reaction reducing agent than chloride ions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B7/00—Halogens; Halogen acids
    • C01B7/01—Chlorine; Hydrogen chloride
    • C01B7/03—Preparation from chlorides
    • C01B7/04—Preparation of chlorine from hydrogen chloride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D5/00—Sulfates or sulfites of sodium, potassium or alkali metals in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/68—Treatment of water, waste water, or sewage by addition of specified substances, e.g. trace elements, for ameliorating potable water
    • C02F1/685—Devices for dosing the additives
    • C02F1/686—Devices for dosing liquid additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/76—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with halogens or compounds of halogens

Definitions

  • the invention relates to the production of chlorine-containing oxidizing agents used as reagents in the disinfection and purification of drinking water, wastewater, recycled water, and in particular, to the production of an aqueous solution of a mixture of chlorine dioxide and chlorine.
  • An analogue of the present invention is a method and a reactor for producing a solution of chlorine dioxide (see RF patent for the invention N ° 2188791 "Method and reactor for producing a solution of chlorine dioxide", IPC ⁇ 01 ⁇ 11 / 02, application date 08.02.2001, published on 09/10/2002).
  • the process of producing chlorine dioxide and chlorine is carried out by reacting a solution of chlorate and sodium chloride with sulfuric acid in a multi-chamber reactor. Reagents are fed into the upper chamber of the reactor.
  • Chlorine dioxide and chlorine are emitted from the reaction solution in the form of bubbles, enter the gas-air space of the reactor and are removed from there by air, which is pumped through the reaction solution and the reactor using an ejector due to a vacuum of 75-150 mm Hg.
  • the chambers in the reactor are cascaded.
  • the reaction solution is poured through the wall of the upstream chamber into the underlying chamber.
  • the spent reaction solution, together with chlorine dioxide, chlorine and air entering the reactor is sucked out by a water-jet ejector.
  • additional water is supplied to the lower chamber.
  • Mixing of the reagents in the upper chamber is carried out by bubbling air supplied to the reactor.
  • the absorption of gaseous chlorine dioxide and chlorine by water and the preparation of a solution of chlorine dioxide and chlorine occurs in a water-jet ejector connected to the reactor.
  • This invention provides a high degree of conversion of chlorate to chlorine dioxide, but its significant drawback is the need to purge the reactor with air to sparge and remove gaseous chlorine dioxide and chlorine since the circulation in the solution is negligible. This leads to high power consumption and unstable hydrodynamics of the device.
  • the disadvantages of the analogue include: the inability to supply the solution from the installation directly to the suction line of a centrifugal pump; the impossibility of dividing the flow of the solution from the installation; at high capacities - the need for an absorption tower for air purification from chlorine-containing gases.
  • the closest analogue is the prototype of the invention is the European patent EP 3 ° 0106503, filing date 08.09.1983, publ. 06/11/1986
  • the interaction of the reactants in the reactor is carried out by the reduction of chlorate ions with chloride ions in a reaction medium containing sulfuric acid with a total acidity of 8.5-12 normal by supplying a solution of chlorate and sodium chloride and sulfuric acid to the reaction zone and removing the spent reaction solution from reaction zones.
  • a rarefied atmosphere is used to remove the gas mixture from water vapor.
  • the residence time of the reaction solution in the reaction zone is controlled.
  • the process is carried out at a temperature of 40-70 ° C under boiling conditions of the reaction mixture, which is ensured by maintaining a high vacuum (absolute pressure from 60 to 160 mm Hg or 8 21 kPa) without air purging.
  • a hollow cylindrical apparatus As a reactor for the production of chlorine dioxide and chlorine, a hollow cylindrical apparatus is used with separate inlets of a solution of chlorate and sodium chloride and sulfuric acid through the walls of the housing near the bottom, vertical rod-shaped heating elements of the reaction solution, brought through the bottom of the housing and placed in exhaust pipes, as well as one common a hole at the top cover to withdraw the resulting gas mixture diluted with water vapor and the spent reaction solution into the ejector.
  • the description due to strict automatic control of the regime and overflow of the spent reaction solution from the apparatus, crystallization of sodium sulfate from the solution in the reaction zone is prevented.
  • Boil mode on the one hand, to maintain a sufficiently high rate of vapor to the surface area of reaction medium (more than 0.5 g / m "cm2 in terms of chlorine dioxide) and have a small reactor volume (the size of the reactor in the installation arrangement, not all is of decisive importance).
  • the presence of a heating surface in addition to increasing energy consumption, imposes rather stringent conditions on the stationarity of the process, and hence its safety: the description indicates the possibility of localized zones of solution overheating, the formation of large gas bubbles and the breakdown of chlorine dioxide - “panting”.
  • the possibility of partial losses of chlorine dioxide due to its spontaneous decomposition near heating elements, as well as crystallization of sodium hydrogen sulfate from the reaction solution is not ruled out.
  • the stationarity of the process directly depends on the circulation of the solution in the apparatus.
  • the circulation in the reaction zone is carried out by heating, and without heating, the apparatus with the design characteristics given in the description, as it turned out during experimental reproduction, can work for no more than 2 hours. After that, the unevenness of temperature and concentration by volume begins to affect, "pant” and "pops" appear. This must be accompanied by an automatic shutdown of the installation.
  • the technical task is to reduce energy consumption for obtaining a solution of chlorine dioxide and chlorine and increase the stability of the hydrodynamic regime of the apparatus.
  • the technical problem is solved in that the method of producing a solution of chlorine dioxide and chlorine by the interaction of a solution of chlorate and sodium chloride with high sulfuric acid involves the use of a rarefied atmosphere to remove the resulting vapor-gas mixture of chlorine dioxide, chlorine and water, maintaining the concentration of sodium sulfate less saturation level of the reaction medium. At the same time, a rarefaction is maintained in the reaction zone (absolute pressure 22-100 kPa).
  • the absolute pressure scale i.e. absolute vacuum - 0 kPa, normal atmospheric pressure 760 mm Hg. Art. - 103.3 kPa, etc.
  • vacuum the "pressure"
  • an apparatus for producing a solution of chlorine dioxide and chlorine comprising a housing with nozzles for introducing reagents located in the lower part of the housing, an outlet for outputting gaseous products and spent aqueous solution located in the upper part of the housing and connected to an ejector connected to apparatus.
  • a circulation device in the form of a shell is fixed coaxially to the housing, and nozzles for introducing reagents are located in the end part of the housing, are inserted inside the circulation device and are located coaxially to the axis of the housing.
  • the casing of the apparatus can be made in the form of a shell with a section increasing towards the top.
  • the circulation device, made in the lower part of the body in the form of a shell can also have a cross section that increases towards the top.
  • the housing and the circulation device can be made in the form of a truncated cone.
  • the main difference between the proposed technical solution and the prototype of the method is the lack of heating and a lower vacuum (i.e., greater absolute pressure) in the apparatus.
  • a lower vacuum i.e., greater absolute pressure
  • the entire flow of treated water is supplied to the ejector of the installation, according to the claimed solution, only its smaller part (less than 5%), and the resulting technological solution is further connected to the general flow of disinfected water. Therefore, the specific energy consumption for obtaining a solution of chlorine dioxide and chlorine is significantly reduced.
  • the working pressure in the reactor according to the prototype is 60 160 mm Hg or 8 + 21 kPa. According to the claimed solution, it is proposed to conduct the process at a pressure of 22 + 100 kPa.
  • the stability of the hydrodynamic regime of the apparatus largely depends on the constancy of the pressure of the water supplied to the ejector. For example, at a nominal water pressure of 250 kPa, a short-term change in this pressure by 30 kPa (which is quite possible under real conditions) for an apparatus operating at a pressure of 40 kPa will only lead to its violation hydrodynamic regime while maintaining operability, but for an apparatus operating at a pressure below 22 kPa, this can cause the circulation of the solution in it to cease and, as a result, "pant” and "pops", leading to the termination of the apparatus.
  • the working temperature of the solution in the apparatus takes on higher values and the probability of spontaneous decomposition of chlorine dioxide increases significantly - the appearance of "panting” and "pops" leading to the termination of the apparatus.
  • the claimed apparatus due to the presence of a circulation device and an optimal design is characterized by a stationary mode and can operate in continuous installations with the possibility of changing its chlorine dioxide productivity over a wide range.
  • Table 1 shows the comparative specific energy consumption for the production of a solution of chlorine dioxide and chlorine.
  • the figure 1 presents a variant of the apparatus for implementing the method.
  • the apparatus comprises a housing (1) with an integrated circulation device (2).
  • the housing consists of two coaxial cylinders, with the cross section of the upper cylinder being larger than the cross section of the lower cylinder.
  • pipes for supplying sulfuric acid (3) and chlorate-chloride solution (4) are brought in inside the circulation device (2) parallel to its axis.
  • In the upper part of the housing (1) there is a pipe for the removal of vapor-gas-liquid mixture (5), connected to the ejector (6).
  • In the housing (1) of the apparatus there are openings for measuring the temperature of the solution (7) and pressure (8).
  • the device operates as follows. Water is supplied to the ejector (6), and a reduced pressure immediately forms in the apparatus, which is measured by the device through the pipe (8). When the pressure reaches 10 kPa, the water supply is stopped, and the housing (1) through the pipe (5) and the ejector (6) is automatically filled with water from the process solution pipeline due to the residual reduced pressure in the apparatus. After that, the water supply to the ejector (6) is resumed and its nominal pressure is set, while excess water from the casing (1) of the apparatus is sucked off by the ejector (6) through the pipe (5). Thus, the water level (and subsequently the level of the working solution) in the apparatus is determined by the position of the nozzle (5). Sulfuric acid is fed into the apparatus through a pipe (3), brought into the circulation device (2).
  • the circulating fluid circuit is formed in the apparatus, marked in figure 1: the inner part of the circulating device (2) - the upper part of the apparatus - the gap between the circulating device (2) and the lower part of the casing (1) of the apparatus - the lower part of the casing (1) - the inner part of the circulation device (2).
  • the gaseous chlorine dioxide and chlorine resulting from the chemical reaction, as well as the liquid phase from the housing (1), are sucked off by an ejector (6) through a pipe (5), where from mixing with water supplied to the ejector (6), the resulting aqueous solution is then sent to water treatment.
  • the apparatus allows you to vary the performance of a solution of chlorine dioxide and chlorine over a wide range without disturbing the hydrodynamics by changing the flow rate of the reagents supplied to it.
  • the shutdown of the apparatus is reduced to stopping the supply of acid and solution, as a result of which the pressure in the apparatus rapidly decreases and the apparatus is filled with water through the pipe (5), thereby terminating the chemical reaction in it.
  • Monitoring the operation of the apparatus is carried out by the pressure and temperature of the working solution in it, for which, through the nozzles (7) and (8), the sensors of the corresponding devices are introduced inside.
  • Example 1 Obtaining an aqueous solution of chlorine dioxide and chlorine lead in a cylindrical vertically arranged apparatus of continuous operation. Case inner diameter 46 mm, height 250 mm, cylindrical diameter circulation device 20 mm, height 150 mm.
  • Example 2 The method of carrying out the process is similar to that described in example 1. Obtaining an aqueous solution of chlorine dioxide and chlorine is carried out in a cylindrical vertically arranged apparatus of continuous action.
  • the inner diameter of the upper part of the apparatus is 150 mm, the height is 140 mm; inner diameter of the lower part of the apparatus - 70 mm, height - 210 mm; the diameter of the circulation pipe is 32 mm, the height is 220 mm, a disk with an outer diameter of 130 mm is attached to the upper end of the pipe.
  • the feed rate of the acid into the reactor is maintained at 1.5 l / h, the feed rate of the chlorate and sodium chloride solution is 2.75 l / h.
  • the water flow through the ejector is 1.56 m3 / h, the pressure (absolute) at the inlet to the ejector is 0.29 MPa, the discharge from the ejector is free.
  • the pressure (absolute) in the reactor is 26 kPa, and the temperature is 56 ° C.
  • the chlorine dioxide productivity in this case is 0.5 kg / h.
  • Example 3 The method of carrying out the process is similar to that described in example 1.
  • the preparation of an aqueous solution of chlorine dioxide and chlorine is carried out in a continuous apparatus, the apparatus body and the circulating device are truncated cones with diameters in the lower part of 70 and 35 mm, respectively, with diameters in the upper part of 180 and 100 mm, respectively, and heights of 300 and 210 mm, respectively.
  • the acid feed rate to the reactor was maintained at 2.03 l / h, the feed rate of the chlorate and sodium chloride solution was 3.85 l / h.
  • the water flow through the ejector is 2.22 m3 / h, the pressure (absolute) of the water at the inlet to the ejector is 0.16 MPa, the discharge from the ejector is free.
  • the pressure (absolute) in the reactor is 70 kPa, and the temperature is 65 ° C.
  • the chlorine dioxide productivity is 0.7 kg / h.
  • Example 4 The method of carrying out the process is similar to that described in example 1.
  • the preparation of an aqueous solution of chlorine dioxide and chlorine is carried out in a continuous apparatus, the apparatus body and the circulation device are truncated cones with diameters in the lower part of 45 and 25 mm, respectively, with diameters in the upper part of 130 and 55 mm, respectively, and a height of 210 and 130 mm, respectively.
  • Speed the acid supply to the reactor is maintained at 3.0 l / h, the feed rate of the chlorate and sodium chloride solution is 5.5 l / h.
  • the water flow through the ejector is 0.40 m3 / h, the pressure (absolute) of the water at the inlet to the ejector is 3.0 MPa, the discharge from the ejector is free.
  • the pressure (absolute) in the reactor is 100 kPa, the temperature is 63 ° C.
  • the chlorine dioxide productivity in this case is 0.8 kg / h).

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)

Abstract

Изобретение относится к производству хлорсодержащих окислителей, применяемых в качестве реагентов при обеззараживании и очистке питьевой воды, а конкретно, к производству водного раствора смеси диоксида хлора и хлора. Техническая задача - снижение энергопотребления и повышение устойчивости гидродинамического режима аппарата. Задача решается тем, что способ получения раствора диоксида хлора и хлора реализуют взаимодействием раствора хлората и хлорида натрия с серной кислотой высокой концентрации с применением разреженной атмосферы для удаления из зоны реакции образующейся паро-жидкостной смеси диоксида хлора, хлора и раствора сульфата натрия. При этом концентрацию сульфата натрия поддерживают меньше уровня насыщения реакционной среды, а в зоне реакции создают абсолютное давление 22-100 кПа. Для реализации способа используют аппарат, содержащий корпус с патрубками для ввода реагентов, расположенными в нижней части корпуса, и патрубком для вывода газообразных продуктов и отработанного водного раствора, расположенным в верхней части корпуса и соединенным с эжектором, подключенным к аппарату. При этом коаксиально корпусу закреплено циркуляционное устройство в виде обечайки, а патрубки для ввода реагентов размещены в торцевой части корпуса, заведены внутрь циркуляционного устройства и расположены соосно оси корпуса.

Description

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА ДИОКСИДА ХЛОРА И ХЛОРА В ВОДЕ И АППАРАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Область техники.
Изобретение относится к производству хлорсодержащих окислителей, применяемых в качестве реагентов при обеззараживании и очистке питьевой воды, сточных, оборотных вод, а конкретно, к производству водного раствора смеси диоксида хлора и хлора.
Предшествующий уровень техники.
Аналогом предлагаемого изобретения является способ и реактор получения раствора диоксида хлора (см. патент РФ на изобретение N° 2188791 «Способ и реактор получения раствора диоксида хлора», МПК С01В11/02, дата подачи заявки 08.02.2001г., опубликовано 10.09.2002г). В данном изобретении процесс получения диоксида хлора и хлора ведут путем взаимодействия раствора хлората и хлорида натрия с серной кислотой в многокамерном реакторе. Реагенты подают в верхнюю камеру реактора. Диоксид хлора и хлор выделяются из реакционного раствора в виде пузырей, поступают в газовоздушное пространство реактора и удаляются оттуда воздухом, который прокачивается через реакционный раствор и реактор с помощью эжектора за счет разрежения величиной 75- 150 мм рт.ст. Камеры в реакторе расположены каскадно. При работе реактора реакционный раствор переливается через стенку вышерасположенной камеры в нижележащую камеру. Из нижней камеры отработанный реакционный раствор вместе с диоксидом хлора, хлором и поступающим в реактор воздухом отсасывается водоструйным эжектором. Для разбавления отработанного реакционного раствора и предотвращения кристаллизации в нем сульфата натрия в нижнюю камеру дополнительно подают воду. Перемешивание реагентов в верхней камере ведут подаваемым в реактор воздухом путем барботажа. Поглощение газообразных диоксида хлора и хлора водой и получение раствора диоксида хлора и хлора происходит в водоструйном эжекторе, присоединенном к реактору.
Данное изобретение обеспечивает высокую степень превращения хлората в диоксид хлора, но его существенным недостатком является необходимость продувки реактора воздухом для барботажа и удаления газообразных диоксида хлора и хлора поскольку циркуляция в растворе незначительная. Это приводит к высокому энергопотреблению и неустойчивой гидродинамике работы аппарата.
Кроме того, к недостаткам аналога можно отнести: невозможность подачи раствора из установки прямо на всасывающую линию центробежного насоса; невозможность деления потока раствора из установки; при больших производительностях - необходимость в поглотительной башне для очистки воздуха от хлорсо держащих газов.
Наиболее близким аналогом - прототипом предлагаемого изобретения - является европейский патент ЕР 3 ° 0106503, дата подачи заявки 08.09.1983г., опубл. 11.06.1986г. Согласно нему взаимодействие реагентов в реакторе осуществляют восстановлением хлорат-ионов хлорид-ионами в реакционной среде, содержащей серную кислоту с общей кислотностью 8,5-12 нормальной, путем подачи раствора хлората и хлорида натрия и серной кислоты в зону реакции и удаления отработанного реакционного раствора из зоны реакции. Для удаления газовой смеси из паров воды, двуокиси хлора и хлора из зоны реакции применяют разреженную атмосферу. Для сохранения концентрации образующейся сульфатной соли в реакционной среде ниже уровня насыщения контролируют время пребывания реакционного раствора в зоне реакции.
Процесс ведут при температуре 40-70 °С в условиях кипения реакционной смеси, которое обеспечивается поддержанием высокого разрежения (абсолютное давление от 60 до 160 мм рт. столба или 8 21 кПа) без продувки воздуха.
В качестве реактора получения диоксида хлора и хлора используют полый цилиндрический аппарат с раздельными вводами раствора хлората и хлорида натрия и серной кислоты через стенки корпуса у днища, вертикальными стержнеобразными нагревательными элементами реакционного раствора, подведенными через днище корпуса и помещенными в вытяжные трубы, а также одним общим отверстием у верхней крышки для вывода образующихся разбавленной водяным паром газовой смеси и отработанного реакционного раствора в эжектор. Согласно описанию, благодаря жесткому автоматическому контролю режима и переливу отработанного реакционного раствора из аппарата предупреждается кристаллизация сульфата натрия из раствора в зоне реакции.
Существенными особенностями данного изобретения являются необходимость применения нагрева реакционного раствора и глубокого разрежения, что обуславливает следующие недостатки прототипа:
1. Высокое энергопотребление за счет нагрева и режима кипения, а также за счет необходимости пропускания значительно большего количества воды через эжектор для конденсации пара - технологическое потребление воды на единицу производимого дезинфектанта. По данным приведенных примеров на получение 5 кг диоксида хлора и хлора при 110 мм рт.ст. (14,7 кПа) при 60 °С в режиме кипения выделяется 15 кг Н20, при 40 °С - 2 кг Н20. 2. Неустойчивый гидродинамический режим работы аппарата, в частности, из-за наличия в зоне реакции поверхности нагрева. Режим кипения, с одной стороны, позволяет поддерживать достаточно высокую скорость образования паров с площади поверхности реакционной среды (более 0,5 г/мин«см2 в пересчете на диоксид хлора) и иметь реактор небольшого объема (при этом размер реактора в компоновке всей установки не имеет определяющего значения). С другой стороны, наличие поверхности нагрева помимо увеличения энергозатрат предъявляет достаточно жесткие условия к стационарности процесса, а значит и его безопасности: в описании отмечается возможность появления локальных зон перегрева раствора, образования крупных пузырьков газа и распада диоксида хлора - "пыхтения". При этом не исключается возможность частичных потерь диоксида хлора вследствие его самопроизвольного распада вблизи нагревательных элементов, а также кристаллизации кислого сульфата натрия из реакционного раствора.
Из описания прототипа и примеров следует, что процесс осуществляется в периодическом режиме, нарабатывается заданное количество раствора. По-видимому, непрерывная работа установки не предусматривается вследствие высокой вероятности выхода режима из стационарного. На это указывает наличие жесткой системы автоматического регулирования, очень узко заданных параметров, а также контроль времени работы. Режим, заявленный в пункте 3 формулы изобретения прототипа, указывающий температуру процесса менее 40 °С (проведение процесса без нагрева на нижней границе температурного интервала), упомянутый также в примере 3 и таблице 5 (строка 3), характеризуется высоким выходом и небольшим временем пребывания. Однако он является маловероятным с точки зрения промышленной применимости (и в примере приведен для сравнения) по следующим обстоятельствам. Стационарность процесса напрямую зависит от циркуляции раствора в аппарате. Циркуляция в зоне реакции осуществляется за счет нагрева, а без нагрева аппарат с конструктивными характеристиками, приведенными в описании, как оказалось при экспериментальном воспроизведении, может проработать не более 2 часов. После этого начинает сказываться неравномерность температуры и концентрации по объему, появляются "пыхтение" и "хлопки". Это обязано сопровождаться автоматическим отключением установки.
Указанные недостатки прототипа устраняются предлагаемым изобретением.
Раскрытие изобретения.
Техническая задача - снижение энергопотребления на получение раствора диоксида хлора и хлора и повышение устойчивости гидродинамического режима аппарата. Техническая задача решается тем, что способ получения раствора диоксида хлора и хлора взаимодействием раствора хлората и хлорида натрия с серной кислотой высокой концентрации включает применение разреженной атмосферы для удаления из зоны реакции образующейся паро-газовой смеси диоксида хлора, хлора и воды, поддержание концентрации сульфата натрия меньше уровня насыщения реакционной среды. При этом в зоне реакции под держивается разрежение (абсолютное давление 22-100 кПа).
Здесь и далее для характеристики величины "давление" ("разрежение") используется абсолютная шкала давления (т.е. абсолютный вакуум - 0 кПа, нормальное атмосферное давление 760 мм рт. ст. - 103,3 кПа и т.д.).
Для реализации способа используют аппарат для получения раствора диоксида хлора и хлора, содержащий корпус с патрубками для ввода реагентов, расположенными в нижней части корпуса, выходное отверстие для вывода газообразных продуктов и отработанного водного раствора, расположенное в верхней части корпуса и соединенное с эжектором, подключенным к аппарату. При этом коаксиально корпусу закреплено циркуляционное устройство в виде обечайки, а патрубки для ввода реагентов размещены в торцевой части корпуса, заведены внутрь циркуляционного устройства и расположены соосно оси корпуса. Корпус аппарата может быть выполнен в виде обечайки с сечением, увеличивающимся к верху. Циркуляционное устройство, выполненное в нижней части корпуса в виде обечайки, так же может иметь сечение, увеличивающееся к верху. Корпус и циркуляционное устройство могут быть выполнены в виде усеченного конуса.
Основное отличие предлагаемого технического решения от прототипа по способу - это отсутствие нагрева и меньшая величина разрежения (т.е. большее абсолютное давление) в аппарате. Кроме того, по прототипу в эжектор установки подается весь поток обрабатываемой воды, по заявляемому решению - только меньшая его часть (менее 5 %), а получившийся технологический раствор далее соединяется с общим потоком обеззараживаемой воды. Поэтому удельные энергозатраты на получение раствора диоксида хлора и хлора существенно снижаются.
Рабочее давление в реакторе по прототипу составляет 60 160 мм Hg или 8+21 кПа. По заявляемому решению предлагается проведение процесса при давлении 22+100 кПа.
При давлении в аппарате менее 22 кПа устойчивость гидродинамического режима аппарата в значительной степени зависит от постоянства давления воды, подаваемой на эжектор. Например, при номинальном давлении воды 250 кПа кратковременное изменение этого давления на 30 кПа (что вполне возможно в реальных условиях) для аппарата, работающего при давлении 40 кПа, приведет только к нарушению его гидродинамического режима при сохранении работоспособности, но для аппарата, работающего при давлении ниже 22 кПа, это может вызвать прекращение циркуляции раствора в нем и, как следствие, "пыхтение" и "хлопки", ведущие к прекращению работы аппарата.
Возможное применение устройства для стабилизации давления воды, подаваемой на эжектор усложняет конструкцию и повышает стоимость всей установки. Кроме того, поддержание давления в реакторе ниже 22 кПа требует применения эжектора больших размеров, что ведет соответственно к большему расходу воды и увеличению удельных энергозатрат.
При давлении в аппарате более 100 кПа рабочая температура раствора в аппарате принимает более высокие значения и значительно возрастает вероятность самопроизвольного разложения диоксида хлора - появление "пыхтения" и "хлопков", ведущих к прекращению работы аппарата.
Заявленный аппарат за счет наличия циркуляционного устройства и оптимальной конструкции характеризуется стационарным режимом и может работать в установках непрерывного действия с возможностью изменения его производительности по диоксиду хлора в широких пределах.
В таблице 1 приведены сравнительные удельные энергозатраты на производство раствора диоксида хлора и хлора.
Таблица 1
Показатели Производи- Расход Давление в Давление Удельные
тельность воды на аппарате воды энергозатраты, кДж/кг по диоксиду эжектор, (абсолютное), на эжектор диоксида хлора* час хлора, кг/час м3/час кПа (абсолютное), На На кПа эжектирование нагрев
Аналог 0,5 4,5 85 400 2700 нет
Прототип 5,0 75,0 8-21 540-680 6600-8700 6495
(табл. 1
описания)
Заявляемое 0,5 1,4 22-100 260 448 нет решение
5,0 14 22-100 260 448 нет Как видно из Таблицы 1, удельные энергозатраты на получение 1 кг раствора диоксида хлора и хлора по заявленному техническому решению во много раз ниже, чем по прототипу.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 представлен вариант аппарата для осуществления способа. Аппарат содержит корпус (1) с встроенным циркуляционным устройством (2). Корпус представляет собой два соосных цилиндра, при этом сечение верхнего цилиндра больше, чем сечение нижнего цилиндра. В днище корпуса подведены патрубки подачи серной кислоты (3) и хлорат-хлоридного раствора (4), заведенные внутрь циркуляционного устройства (2) параллельно его оси. В верхней части корпуса (1) имеется патрубок для отвода паро-газожидкостной смеси (5), соединенный с эжектором (6). В корпусе (1) аппарата имеются отверстия для замера температуры раствора (7) и давления (8).
Аппарат работает следующим образом. Подают воду в эжектор (6), и в аппарате сразу же образуется пониженное давление, которое замеряют прибором через патрубок (8). Когда давление достигнет 10 кПа, подачу воды прекращают, и корпус (1) через патрубок (5) и эжектор (6) автоматически заполняется водой из трубопровода технологического раствора за счет остаточного пониженного давления в аппарате. После этого возобновляют подачу воды в эжектор (6) и устанавливают ее номинальное давление, при этом излишки воды из корпуса (1) аппарата отсасываются эжектором (6) через патрубок (5). Таким образом, уровень воды (а впоследствии и уровень рабочего раствора) в аппарате определяется положением патрубка (5). В аппарат через патрубок (3), заведенный внутрь циркуляционного устройства (2), подают серную кислоту.
Вследствие большого количества теплоты, выделяющейся при растворении серной кислоты в воде, смесь сильно нагревается, часть воды при этом испаряется, т.к. в аппарате достаточно низкое давление. Температуру жидкости фиксируют прибором через патрубок (7). Образовавшиеся пузырьки пара вытесняют часть жидкости из циркуляционного устройства (2), в результате чего удельный вес парожидкостной смеси внутри циркуляционного устройства (2) становится меньше удельного веса жидкости (воды, а затем водного раствора кислоты), находящейся снаружи циркуляционного устройства. Как следствие этого, более тяжелая жидкость (снаружи) передавливает более легкую парожидкостную смесь (внутри циркуляционного устройства) и через зазор между нижним концом циркуляционного устройства (2) и дном корпуса (1) поступает внутрь циркуляционного устройства (2). Парожидкостная смесь, поднявшись по циркуляционному устройству (2), попадает в верхнюю часть аппарата, где происходит отделение пара от жидкости: пар поступает в парогазовое пространство аппарата, а оттуда через патрубок (5) - в эжектор (6), а жидкость через зазор между циркуляционным устройством (2) и нижней частью корпуса (1) опускается вниз. Таким образом, формируется циркуляционный контур жидкости в аппарате, отмеченный на фигуре 1 : внутренняя часть циркуляционного устройства (2) - верхняя часть аппарата - зазор между циркуляционным устройством (2) и нижней частью корпуса (1) аппарата - нижняя часть корпуса (1) - внутренняя часть циркуляционного устройства (2).
После достижения заданного значения кислотности в аппарате начинают подачу хлорат-хлоридного раствора через патрубок (4). В результате химической реакции между хлоратом, хлоридом и серной кислотой внутри циркуляционного устройства (2) образуются газообразные диоксид хлора и хлор, которые еще больше способствуют циркуляции раствора в аппарате, тем самым обеспечивается равенство концентрации рабочего раствора по всему объему аппарата. Это сводит к минимуму появление застойных зон, в которых может повышаться концентрация диоксида хлора в растворе, влекущая "хлопки" и "пыхтение", нарушающие стационарный режим работы аппарата.
Получившиеся в результате химической реакции газообразные диоксид хлора и хлор, а также жидкую фазу из корпуса (1) через патрубок (5) отсасывают эжектором (6), где от смешивания с водой, подаваемой в эжектор (6), получившийся водный раствор затем направляют на обработку воды.
В процессе работы аппарат позволяет варьировать производительность по раствору диоксида хлора и хлора в широких пределах без нарушения гидродинамики путем изменения расхода подаваемых в него реагентов.
Остановка работы аппарата сводится к прекращению подачи кислоты и раствора, в результате чего давление в аппарате быстро понижается и аппарат через патрубок (5) заполняется водой, тем самым прекращая химическую реакцию в нем.
Контроль за работой аппарата осуществляют по давлению и температуре рабочего раствора в нем, для чего через патрубки (7) и (8) внутрь вводят датчики соответствующих приборов.
Лучший вариант осуществления изобретения.
Заявляемый способ и аппарат можно пояснить следующими примерами осуществления.
Пример 1. Получение водного раствора диоксида хлора и хлора ведут в цилиндрическом вертикально расположенном аппарате непрерывного действия. Внутренний диаметр корпуса 46 мм, высота 250 мм, диаметр цилиндрического циркуляционного устройства 20 мм, высота 150 мм.
В качестве реагентов используют товарную серную кислоту с концентрацией 94- 96% и водный раствор хлората и хлорида натрия, содержащий 310-320 г/л хлората натрия и 180-190 г/л хлорида натрия. Скорость подачи серной кислоты в реактор поддерживают - 0,15 л/ч, скорость подачи раствора хлората и хлорида натрия - 0,28 л/ч. Расход воды через эжектор - 320 л/ч. Давление (абсолютное) воды на входе в эжектор - 0,3 МПа. Слив воды (раствора) из эжектора - свободный. Давление (абсолютное) в аппарате - 22 кПа, температура 51 °С. Производительность по диоксиду хлора при этом составляет 50 г/час.
Пример 2. Способ проведения процесса аналогичен описанному в примере 1. Получение водного раствора диоксида хлора и хлора ведут в цилиндрическом вертикально расположенном аппарате непрерывного действия. Внутренний диаметр верхней части аппарата - 150 мм, высота - 140 мм; внутренний диаметр нижней части аппарата - 70 мм, высота - 210 мм; диаметр циркуляционной трубы - 32 мм, высота 220 мм, к верхнему торцу трубы прикреплен диск с наружным диаметром 130 мм.
Скорость подачи кислоты в реактор поддерживают 1,5 л/ч, скорость подачи раствора хлората и хлорида натрия - 2,75 л/ч. Расход воды через эжектор - 1,56 мЗ/ч, давление (абсолютное) на входе в эжектор - 0,29 МПа, слив из эжектора - свободный. Давление (абсолютное) в реакторе - 26 кПа, температура - 56 °С. Производительность по диоксиду хлора при этом составляет 0,5 кг/час.
Пример 3. Способ проведения процесса аналогичен описанному в примере 1.
Получение водного раствора диоксида хлора и хлора ведут в аппарате непрерывного действия, корпус аппарата и циркуляционного устройства представляют собой усеченные конусы с диаметрами в нижней части 70 и 35 мм соответственно, диаметрами в верхней части 180 и 100 мм соответственно и высотой 300 и 210 мм соответственно. Скорость подачи кислоты в реактор поддерживают 2,03 л/ч, скорость подачи раствора хлората и хлорида натрия - 3,85 л/ч. Расход воды через эжектор - 2,22 мЗ/ч, давление (абсолютное) воды на входе в эжектор - 0,16 МПа, слив из эжектора - свободный. Давление (абсолютное) в реакторе - 70 кПа, температура - 65 °С. Производительность по диоксиду хлора при этом составляет 0,7 кг/час.
Пример 4. Способ проведения процесса аналогичен описанному в примере 1.
Получение водного раствора диоксида хлора и хлора ведут в аппарате непрерывного действия, корпус аппарата и циркуляционного устройства представляют собой усеченные конусы с диаметрами в нижней части 45 и 25 мм соответственно, диаметрами в верхней части 130 и 55 мм соответственно и высотой 210 и 130 мм соответственно. Скорость подачи кислоты в реактор поддерживают 3,0 л/ч, скорость подачи раствора хлората и хлорида натрия - 5,5 л/ч. Расход воды через эжектор - 0,40 мЗ/ч, давление (абсолютное) воды на входе в эжектор - 3,0 МПа, слив из эжектора - свободный. Давление (абсолютное) в реакторе - 100 кПа, температура - 63 °С Производительность по диоксиду хлора при этом составляет 0,8 кг/час).

Claims

Формула изобретения
1. Способ получения раствора диоксида хлора и хлора, взаимодействием раствора хлората и хлорида натрия с серной кислотой высокой концентрации, включающий применение разреженной атмосферы для удаления из зоны реакции образующейся паро- газожидкостной смеси диоксида хлора, хлора и воды, поддержание концентрации сульфата натрия меньше уровня насыщения реакционной среды, отличающийся тем, что в зоне реакции поддерживают абсолютное давление 22-100 кПа.
2. Аппарат для получения раствора диоксида хлора и хлора, содержащий корпус с патрубками для ввода реагентов, расположенными в нижней части корпуса, выходное отверстие для вывода газообразных продуктов и отработанного водного раствора, расположенное в верхней части корпуса и соединенное с эжектором, подключенным к аппарату, отличающийся тем, что коаксиально корпусу закреплено циркуляционное устройство в виде обечайки, а патрубки для ввода реагентов размещены в торцевой части корпуса, заведены внутрь циркуляционного устройства и расположены соосно оси корпуса.
3. Аппарат по п. 2, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде обечайки с сечением, увеличивающимся кверху.
4. Аппарат по п. 2, отличающийся тем, что циркуляционное устройство выполнено в нижней части корпуса в виде обечайки с сечением, увеличивающимся кверху.
5. Аппарат по п. 2, отличающийся тем, что корпус и циркуляционное устройство выполнены в виде усеченного конуса.
PCT/RU2012/000435 2011-05-31 2012-06-04 Способ получения раствора диоксида хлора и хлора в воде и аппарат для его осуществления Ceased WO2012166021A2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011122125 2011-05-31
RU2011122125/05A RU2503614C2 (ru) 2011-05-31 2011-05-31 Аппарат для осуществления способа получения раствора диоксида хлора и хлора в воде

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012166021A2 true WO2012166021A2 (ru) 2012-12-06
WO2012166021A3 WO2012166021A3 (ru) 2013-01-31

Family

ID=47260144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000435 Ceased WO2012166021A2 (ru) 2011-05-31 2012-06-04 Способ получения раствора диоксида хлора и хлора в воде и аппарат для его осуществления

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2503614C2 (ru)
WO (1) WO2012166021A2 (ru)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4079123A (en) * 1976-12-30 1978-03-14 Hooker Chemicals & Plastics Corporation Process for the production of chlorine dioxide
CA1163420A (en) * 1982-09-09 1984-03-13 Erco Industries Limited Production of chlorine dioxide on a small scale
RU2028867C1 (ru) * 1991-10-22 1995-02-20 Александр Владимирович Дворянинов Способ изготовления корпуса в форме усеченного конуса
RU2064450C1 (ru) * 1992-04-01 1996-07-27 Леонид Григорьевич Корниевский Биореактор
RU45378U1 (ru) * 2004-12-20 2005-05-10 Федеральное Государственное унитарное предприятие "Уральский научно-исследовательский химический институт с опытным заводом" /ФГУП "УНИХИМ с ОЗ"/ Установка для получения диоксида хлора

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011122125A (ru) 2012-12-10
WO2012166021A3 (ru) 2013-01-31
RU2503614C2 (ru) 2014-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0106503B1 (en) Production of chlorine dioxide
KR101697526B1 (ko) 고효율 마이크로오존버블반응기를 포함하는 오존수처리 시스템
CN1134140A (zh) 制造环氧烷类的方法
JP2015071141A5 (ru)
CN112456450B (zh) 一种含有机物废硫酸资源化利用的系统和方法
JP5392836B2 (ja) 一酸化炭素ガスの製造方法および製造装置
RU2503614C2 (ru) Аппарат для осуществления способа получения раствора диоксида хлора и хлора в воде
JP2017209615A (ja) 尿素水溶液の処理方法および装置
TW200624375A (en) Chemical process and apparatus
JP6197913B1 (ja) 有機物含有排水の処理方法及び装置
RU2307067C2 (ru) Способ получения раствора диоксида хлора и хлора в воде и реактор для его осуществления
JPH0671594B2 (ja) 水中の溶存酸素の除去方法および装置
RU2188791C1 (ru) Способ и реактор получения раствора диоксида хлора
JP5388199B2 (ja) 一酸化炭素ガスの製造方法および製造装置
AU2015298397A1 (en) Sequencing batch facility and method for reducing the nitrogen content in waste water
JP5012638B2 (ja) オゾン溶液の処理方法
RU156915U1 (ru) Устройство для очистки и обеззараживания воды
JP2004243280A (ja) 汚泥の好気性消化処理方法および装置
KR20220144121A (ko) 가스 용해장치
KR20070076437A (ko) 수처리 장치 및 발전 장치
KR101136023B1 (ko) 오존재활용 기능을 갖는 오존산화장치
KR101844955B1 (ko) 오존수 제조장치를 이용한 용수공급 시스템 및 이를 이용한 폐수처리 방법
EP4448973B1 (en) Jet ejector arrangement, system and use thereof and method for operating the same
CN103402622B (zh) 改进的氧化方法和反应器
CN211864583U (zh) 一种高浓度臭氧水制备装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12793338

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12793338

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2