對于化學(xué)反應(yīng)能否按設(shè)計工藝要求進行，發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計很重要，因為在生產(chǎn)規(guī)模的反應(yīng)器里溫度、濃度、反應(yīng)時間等化學(xué)反應(yīng)條件是不均勻的，這些工藝條件不均勻主要與物料在反應(yīng)器里的流動情況有關(guān)，流動引起的返混、傳熱和傳質(zhì)過程又會影響化學(xué)反應(yīng)，而影響的大小又取決于化學(xué)反應(yīng)本身的特點。這就是在規(guī)模生產(chǎn)中，宏觀動力學(xué)因素——返混、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞對化學(xué)反應(yīng)的影響，只有充分認識這些關(guān)系，才能正確合理的設(shè)計二氧化氯發(fā)生器以及選擇合理的配置，從而使反應(yīng)過程順利進行，達到所期待的轉(zhuǎn)化率和收率，同時使二氧化氯發(fā)生器具有良好的使用性能(安全、可靠且故障率低)。
1、安全因素是首位
由于二氧化氯本身特有的性質(zhì)所決定，在制備過程中很容易發(fā)生爆炸，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由各種原因而引起的二氧化氯分解所致。
其化學(xué)反應(yīng)如下所示：
2ClO? → 2Cl? + 2O?
由上式可以看出，二氧化氯分解生成氯氣和氧氣，這不但使二氧化氯收率降低，而且也使二氧化氯純度降低。實際生產(chǎn)中影響二氧化氯分解的因素很多，有時各種因素互相影響，一般來說主要是二氧化氯濃度過高或瞬間濃度過高而導(dǎo)致分解，初期表現(xiàn)只是爆鳴(緩慢爆炸)，此時必須引起注意和采取有效措施，否則二氧化氯在分解過程中又放出熱量，使反應(yīng)溫度升高，進一步使二氧化氯的生成速率加快，從而產(chǎn)生劇烈的爆炸而釀成事故。如何控制二氧化氯發(fā)生器內(nèi)二氧化氯的濃度就成了二氧化氯發(fā)生器設(shè)計中的關(guān)鍵問題。
影響二氧化氯濃度，除與二氧化氯發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和合理的配量有關(guān)外，還與外界操作因素有關(guān)，如二氧化氯發(fā)生器內(nèi)的真空度大小，直接關(guān)系到發(fā)生器內(nèi)部參數(shù)的變化，諸如溫度和二氧化氯脫出速度，否則就會帶來不安全因素。同樣二氧化氯發(fā)生器為達到良好的氣-液分離效果，發(fā)生器內(nèi)必須保證有氣體的安全通路，既要保持反應(yīng)順利進行，又要防止二氧化氯氣體在發(fā)生器上部的積聚，這與發(fā)生器結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與內(nèi)部真空度大小有關(guān)。真空度過大或過小均會破壞二氧化氯發(fā)生器內(nèi)安全穩(wěn)定的運行，可見二氧化氯發(fā)生器內(nèi)適宜的真空度是安全穩(wěn)定運行的前提。
要實現(xiàn)二氧化氯發(fā)生器安全穩(wěn)定操作，首先要使用自動化儀表，使生產(chǎn)操作的“動態(tài)響應(yīng)”快;另一方面要特別重視二氧化氯發(fā)生器的設(shè)計和操作條件，應(yīng)使發(fā)生器和反應(yīng)條件處于穩(wěn)定的情況之下，當物料的流量、濃度或溫度由于某種原因而有波動以后，二氧化氯發(fā)生器能自動恢復(fù)到正常操作狀態(tài)，這就是二氧化氯發(fā)生器的動態(tài)特性即穩(wěn)定性，在設(shè)計時必須予以認真考慮。
2、連續(xù)多級反應(yīng)器
連續(xù)操作反應(yīng)器是反應(yīng)器內(nèi)的物料和產(chǎn)物隨進隨出，連續(xù)流動，這種反應(yīng)器的特點是反應(yīng)物濃度自始至終為一常數(shù)，因而反應(yīng)速率也是確定不變的，這對氯酸鈉和雙氧水在硫酸介質(zhì)中進行的自催化反應(yīng)尤為有利。在這種反應(yīng)器里的物料充分混合，化學(xué)反應(yīng)可以一直以的反應(yīng)速度進行，同時還進行傳質(zhì)，傳熱和氣-液分離的過程，從而提高生產(chǎn)率。幾個這樣連續(xù)操作的反應(yīng)器串聯(lián)即成連續(xù)多級反應(yīng)器，這種反應(yīng)物料從第 1 個反應(yīng)器加入，依次通過各反應(yīng)器，產(chǎn)物(二氧化氯和釜殘)分別從塔頂和塔釜排出，這種連續(xù)多級反應(yīng)器既可以減少對反應(yīng)不利的返混，同時物料在反應(yīng)器中停留時間比單個反應(yīng)器要集中在平均停留時間附近，從而可以達到較高的轉(zhuǎn)化率，同時生產(chǎn)過程容易控制，產(chǎn)品穩(wěn)定，需要較少的人力和操作費用。
3、負壓曝氣
負壓即是二氧化氯發(fā)生器內(nèi)在一定的真空度條件下進行，而曝氣就是向二氧化氯發(fā)生器內(nèi)不斷的通入空氣，這對發(fā)生器安全穩(wěn)定運行具有十分重要的作用：
?。?）代替攪拌，使反應(yīng)液充分混合，有利于化學(xué)反應(yīng)。
（2）供給熱量，以保證反應(yīng)在一定的溫度條件下進行。
（3）促進傳質(zhì)，傳熱和氣-液分離過程順利進行。
?。?）空氣進入發(fā)生器內(nèi)可使生成的二氧化氯氣體濃度下降，確保反應(yīng)安全順利進行。曝氣可以歸納以下幾個過程:攪拌→混合→反應(yīng)→吹脫出二氧化氯→進入氣相。
要控制二氧化氯發(fā)生器安全穩(wěn)定進行，應(yīng)使二氧化氯生成速率等于二氧化氯吹脫速率，這時二氧化氯收率。曝氣過小時，即二氧化氯生成速率遠大于二氧化氯吹脫速率，由于起不到攪拌、混合、反應(yīng)、吹脫和稀釋的作用，造成反應(yīng)液中二氧化氯的濃度過大，副反應(yīng)增多，二氧化氯的收率降低，也帶來不安全因素。當曝氣過大時，即二氧化氯吹脫速率遠大于二氧化氯生成速率，反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生“液泛現(xiàn)象”，這樣曝氣不僅起不到應(yīng)有的作用，還破壞了流體在二氧化氯發(fā)生器內(nèi)的流動狀況，嚴重的影響了傳質(zhì)、傳熱和氣-液分離過程的效果，不但使二氧化氯收率降低，同時也帶來不安全因素?？梢娺m宜的曝氣是二氧化氯發(fā)生器實現(xiàn)安全、穩(wěn)定運行的重要前提。
在實際生產(chǎn)中，除反應(yīng)物濃度、原料配比、反應(yīng)壓力在一定溫度條件下進行化學(xué)反應(yīng)外，為適應(yīng)外界和操作帶來不利的影響，保證生產(chǎn)安全穩(wěn)定順利進行，曝氣還是一個有操作彈性的可控因素。
4、設(shè)備材質(zhì)
二氧化氯發(fā)生器在制備二氧化氯過程中，對材質(zhì)的防腐要求是很高的，因為它不僅涉及到二氧化氯特殊的氧化性，同時還面臨著負壓、較高溫度、較高酸度的溶液，是二氧化氯發(fā)生器設(shè)計中的重要內(nèi)容，選用適宜的材質(zhì)，不僅可滿足工藝指標的實現(xiàn)，也為連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠的保證。
材質(zhì)除要具備良好的抗腐蝕能力、耐溫、耐壓外，還要有良好的傳熱效果以及便于加工制造等性能，綜合各種因素，實踐證明目前選擇鈦材為材質(zhì)比較合適。鈦材是比較昂貴的材質(zhì)，制作發(fā)生器時要特別注意的是鈦材的純度和加工的焊接點。
標簽:
二氧化氯發(fā)生器
