压力对二氧化氯发生器产气效率的影响.TextMark

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1、压力对二氧化氯发生器产气效率的影响摘要：正压式二氧化氯发生器是为了解决自来水管网、 深井泵后、 油井注水管道 等带压场合投加消毒剂的需要而开发出的新型发生 。目前大多数正压式二氧化 氯发生器所采用的仍然是 NaClO 3+HCl 的化学法反应工艺，该反应工艺是产生CI02和CI2的过程。从化学平衡角度分析，压力增加会抑制正向反应的进行。为了验证实际效果是否如此，本文通过在不同压力下对正压式反应器CI02产量、纯度、得率及总有效氯 产量等指标进行测定与比较得出，在00.6M Pa的常用压力下，压力的变化对二氧化氯发生器的产气效率无显著影响。关键词： 正压式 二氧化氯发生器 压力影响 消毒二氧化氯

2、以其优良的水处理特性已得到业内人士的普遍认可，并在饮用水、工业循环冷却水、废水治理、水产养殖用水等领域得以广泛应用。随着CI02应用技术的不断发展，国内CI02发生装置也不断地更新换代，推陈出新。从早期 的自循环式、负压直投式到现今的正压式发生设备。正压式二氧化氯发生器是近两年才开发出的主要用于深井泵后、自来水管 网、油井注水管道等在线带压加药的新型消毒设备。采用NaCI03+HCI 反应工艺的正压式CI02发生器其化学法反应过程中产生 CI02和CI2气体。从化学平衡理 论上分析压力的增加会抑制这两种气体的生成，从而降低CI02的产量，影响消毒效果。为了验证实际情况是否如此， 本实验采用国内

3、具有一定代表性的正压式 CI02发生器的核心部件 华浦CPF-100C型反应器”进行加压试验，并取得一定结 果，希望该试验结果能对正压式 CI02发生器的使用者和生产者有一定的参考价 值。1 实验部分1.1 工艺与方法为了使测定结果更符合于实际情况，实验采用了注入式发生器(CPF-C系列) 相同的R5法1 (NaCIQ+HCI)反应工艺，反应方程式如下：2NaCI0s+4HCI=2CI0 2 T +CI2 T +2NaCI+2H201.1.1 实验器材与原料Model1022941计量泵 意大利产，最大承压1.2MPa，最大承压下的流量1. 5L/h。CPF-100C型反应器南京理工大学华浦公

4、司生产CPF-100B负压式CI02发生器南京理工大学华浦公司生产压力表 0 0.7MPa ，耐腐温度计050 C球阀内径1/4 PVC材料吸收槽PVC材料氯酸钠NaCIQ含量98%工业盐酸 HCI含量30%。1.1.2实验工艺流程实验装置及工艺流程见图1所示juean(x)1.1.3实验方法首先将工业氯酸钠配制成28%的水溶液（每升含有NaCIQ 333g ），并加 入贮槽2中，将盐酸加入酸槽1。调节计量泵3、4,使NaCIQ溶液流量为1L/ h,盐酸的流量为1.5L/h，二者进料比为1 : 1.5。保持反应温度在2030C, 自来水的流量8调至400L/h。反应器5反应出的高浓度CIO2溶

5、液（高达40g/L）, 经射流器9与自来水混合后形成250mg/L左右的CIO2水溶液，收集在吸收槽1 0中。调节阀门7,使反应器5在0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6Mpa的压力 下分别反应，并在稳定时间为80、120、150min时，各从吸收槽10中取样测定 反应液中CIO2和CI2含量，通过分析计算观察不同压力下 CIO2的产量、得率、 纯度及总有效氯的变化。记录取样时间及在取样时间内原料的消耗量。以同样的进料量及进料比例在负压式设备CPF-100B上进行试验，将试验结果与正压设备的相比较。1.2分析与计算1.2.1仪器与试剂50mL碱式滴定管250mL碘量瓶250 mL

6、烧杯610型数字PH计，PH=112510 mL移液管0.0100moI/L Na2S2O3 标准溶液10%KI溶液、固体KI （AR）1%淀粉溶液PH=7的磷酸盐缓冲溶液1:5硫酸溶液1.2.2分析方法-五步碘量法2发生器发生的CIO2水溶液中通常含有CIO2、Cl2、CIO2-、CIO3-四种氯氧化物， 这四种成份在不同的PH条件下，分别具有不同的氧化能力，通过分步滴定游离 出的12,确定各成分的含量，其测定原理基于以下五个反应式：PH=7、2、0.1CI2+2I I2+2CI-氧化数由0 -1PH=72CIO2+2I- I2+2CIO2-氧化数由43PH=2、0.12CIO2+10I -

7、+8H+ 5I2+2CI-+4H2O氧化数由4-1PH=2、0.1CIO2-+4I -+4H + 2I2+CI-+2H2O氧化数由3-1PH=0.12CIO3-+6I -+6H + 312+2CI-+3H 2O氧化数由5-11.2.3数据处理实验要考查的几个指标，按下式计算CIO2 产量G1=C1 V/AtCI2 产量G2=C2- V/A tC1O2纯度P=C1/ (C1+C2)CIO2 得率E=G1/G0总有效氯产量 Gz =2.63G1+G2式中：C1、C2-分别为反应液中CIO2与CI2的含量，g/L ;V-取样时间内生成反应稀释液的体积，L； t-取样时间，h ； GO-CIO2的理论

8、产量，1升28%的NaClO3溶液，理论上可产生207G 的 ClO2。2实验结果与讨论为了便于对照与比较，首先按1.1.3的原料配比用负压式设备 CPF-100B在 负压条件下进行试验，测得以下数据：ClO2 产量 110.3g/hCIO2 纯度 58.3%ClO2 得率 53.3%总有效氯产量369.09g/h2.1压力对CIO2产量的影响在正压反应器CPF-100C上按1.1.3节的方法测定了在不同压力下 CIO2的产 量，结果如表2.1所示。图中也列出了同一压力序列下不同稳定时间的值。表2.1压力对CIO2产量的影响压力MPa00.10.15.0.20.30.40.50.6CIO2产量

9、/g.h-1稳定时间80mi n105.3109.8115.2116.1113.8106.6107.8106.4稳定时间120mi n110.7112.6114.1115.5114.9112.2109.4110.6稳定时间150mi n111.9115.4115.8116.2115.3114.9110.3111.3说明：稳定时间是指反应器从调整压力后到取样时的运行时间。由表2.1可知，压力在00.6Mpa之间变化时，CIO2产量在105.3116.2 g/h之间变化，平均值为112g/h，最大波动幅度(112105.3) /112 X 100%=5. 9%，与负压反应的结果相比CIO2产量的变

10、化不明显。看一下不同稳定时间下的 平均产量，80min 为 110.1g/h，120min 为 112.3g/h，150 是 min113.6g/h。可 以看出随着稳定时间的增加产量略有提高。究其原因，主要是计量泵在恒定的冲程和工作频率下，进料量与压力成反比。增加压力将使进料量减少，要想恢复原 有的进料速度，必须增大泵的冲程或频率。由于反应系统是一个动态的过程，在计量泵重新调节之前，流量的减少已经使反应器中原料的浓度降低。 要想通过调 节计量泵来恢复流量也需要一个过程， 时间越长越接近原有水平，反映在曲线上 就有上述现象。2.2压力对CI02纯度的影响大家知道，化学法CI02发生器的发生物是以

11、CI02和CI2为主的混合溶液。 盐酸法的产气纯度理论值是 63.55%，CI2约占36.65%。在NaCIOs溶液和盐酸 的进料体积比为1:1.5，压力在00.6Mpa之间变化时，对CI02的产气纯度进 行了考查，结果如表2.2所示。表2.2可知，在实验条件下，CIO2的纯度在52.266.2%之间变化，平均值 为58.5%，从数据上看压力的增加，没有明显改变CIO2的纯度。不同稳定时间下测定的纯度平均值分别为 80min 58.5%，120min 57.8%，150min 59.2%， 与理论值63.35%相差最大值为5.6%，与负压反应结果58.3%相当。2.3压力对CIO2得率的影响C

12、IO2的得率是CIO2的实际产量与理论产量之比。在上述实验条件下，测定 的得率如表2.3所示。表2.2压力对CIO 2纯度的影响压力MPa00.10.10.20.30.40.0.5.56稳定时6560.56.52.61.间 80mi66.253.31.7.0432n15CIO2稳定时55纯度/间12062.459.55.52.55.959.9.6.4823%min31稳定时6561.57.54.58.间15062.455.54.8.3714min35表2.3压力对CIO2得率的影响压力MPa00.10.10.0.30.40.50.5.26稳定1110时间810510116.1110106.CI

13、O2 得0min39.85.213.86.67.84/n/率/%稳定11011111111111011时间172.64.15.4.92.29.40.20min56稳定 时间150min111.9115.4115.8116.2115.3114.9110.3111.3由表2.3可知，在设定的压力范围内，CIO2的得率在50.956.1%之间变化, 平均值为52.9%，其中在0.2、0.3Mpa时达到最高，分别为 56.1%、55.0% , 最大波幅为6%。在应用上，一般认为波动幅度在10%范围内都是稳定的。因此, 从实际结果来看，压力对CIO2得率的影响不大。从CIO2得率的数值来看，52.9%的

14、平均值仅达到理论产量的一半多一点， 也就是说NaCIQ的转化率不高，但和负压反应的结果 53.2%相比，两者相当。 从目前市场上大多数以NaCIQ+HCI为原料的负压式设备来看，在不加热和无催 化剂的条件下，其得率仍维持在 50%左右。这是采用单级盐酸法反应工艺发生 器的通病，由于本节只是讨论压力对 CIO2得率的影响，在此不对怎样提高得率 另加讨论。结果显示，CIO2的得率并没有因用正压反应和负压反应而有明显的改 变，也就是说，正压式发生器具有与负压式发生器相同得率。2.4压力对有效氯产量的影响有效氯的产量代表了发生器总的生产能力。在纯度不变的情况下，有效氯随着CIO2产量的增加而增加。CI

15、O2产量不变，有效氯的产量也保持一定的值。由 于前述压力对CIO2产量和纯度影响不大，可以推测对有效产量也不会有大的影 响，从表2.4的试验结果，可以说明这一点。表2.4压力对总有效氯产量的影响压力MPa00.10.15.0.20.30.40.50.6有效氯产量/g.h-1330.7362.0392.0412.0399.0347.0352.1358.52.5理论分析就正压式二氧化氯发生器而言，其反应系统是密闭的，其间充满了反应液， 生成的CIO2和CI2均溶解在反应液中，没有气相存在。实际上，整个反应是在液 相中进行的。对于液相反应，表明了在一定的温度下，液相反应的平衡常数Ka随压力的变化率与

16、体系体积变化 4V的关系。由式（2.5.1 ）可知，当 V0时， 压力增加对正反应不利；当 V0时，压力增加对正反应有利；对于液相来说， 由于的变化一般不大，所以在一定得温度下，当压力变化不大时，反应的Ka可以看作与压力无关。本实验使用的压力范围是00.6MPa,不超过6个大气压 力，在这个变化范围内，对反应的 Ka基本无影响，实验结果也说明了这一点。3 .结论 实验结果表明，在00.6MPa的应用压力下,压力增加没有降低正压式Cl O2 发生器的产气效率。 从 ClO2 的产量、得率和纯度的测定值来看，同型号正压式发生器和负压 式发生器具有相同等的发生能力和产气效率。 从实验中也发现，采用R5法(NaCIQ+HCI)反应工艺的发生器，在不加 热和无催化剂的条件下CIO2得率有理论值的50%左右，说明这种工艺尚需进一 步改进，以提高得率降低产气成本。