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关于二氧化氯发生器的技术工艺的几点说明

一、           二氧化氯发生工艺的优化设计
化学法二氧化氯发生器采用氯酸钠与盐酸反应，反应式如下：
主反应：NACLO3+2HCL→CLO2+0.5CL2+NALCL+H2O
副反应：NACLO3+6HCL→3CL2+NACL+3H2O
反应希望能按主反应式完成，即NACLO3转化率高和获得更高的CLO2收率，但许多因素将影响反应的进行，其中主要的影响因素为：①反应液中酸的当量浓度，酸浓度越高，反应NACLO3转化率越高，反应速度越快；②还原剂比例，该反应的还原剂为CL－，还原剂比例高，反应将以副反应式完成，获得的是CL2，而不是CLO2（对于二氧化氯发生器应该是获得的产物中CLO2比例越高越好）；③反应应具有必要的反应停留时间，使原料能够反应转化为产物，一般来讲，酸度越高，原料混合接触良好，反应温度高（分子迁移速度快相当于混合效果好），负压爆气（吸气搅拌），都有利于提高反应速度，减少所需的反应停留时间。
对于发生工艺的优化设计，必须考虑诸多因素中影响**的因素，尽可能使反应工艺条件优化达到原料NACLO3转化率高（利用率高），CLO2收率高，反应过程安全可靠，简单更于实施。
南理工在开发二氧化氯发生器阶段，做了大量的优化条件试验，发现酸度和还原剂比例是影响该反应的主要因素，（影响达到百分之几至几十），即氯酸钠溶液和盐酸的比例合适，使反应过程具有理想的酸度和还原剂比例，将保证反应过程NACLO2转化率高，CLO2的收率较高，其它因素如反应温度，压力都不是主要因素（同样原料比例下具有百分之一至二的收率差距），并且温度和压力的影响是可通过优化反应器设计（更好混合，具有足够反应停留时间）加以解决的。
所以，南理工水夫公司的二氧化氯发生器采用双计量供料系统，确保原料进料比例准确；采用具有足够反应停留时间的脉动助混浓度梯度流式反应器，确保原料在反应器内反应完全，这种优化的设计工艺，使得南理工水夫公司的二氧化氯发生器的工艺指标较高。
目前国内**的行标（中国环境保护产品认定技术条件HCRJ－067－1999）中关于二氧化氯发生器的几个主要技术参数为：①CLO2发生能力，可以CLO2计也可以有效氯计不得低于额定指标（如15000型设备小时有效氯产量不低于15000克）；②二氧化氯（以有效氯计）占总有效氯的质量百分数不少于55%（原料比例控制合适，百分比就高）；③主要原料氯酸钠的转化率不低于60%（酸度不够，反应停留时间不够，原料转化率就低）。
南京理工水夫公司的企标中的相应技术指标为：①发生器产量不低于额定指标；②二氧化氯（以有效氯计）占总有效氯的质量百分数大于60%；③原料氯酸钠的转化率大于80%。
南京市产品质量监督检验所**近一次检验结果（2005年7月5日）相应数据为：①二氧化氯产量大于额定值（500型设备数据为534克/H）；②二氧化氯合总有效氯质量百分数为87%；③氯酸钠转化率为84%。
以上公司企标和产品检验报告可提供江苏省质量技术监督局备案原件和检测报告原件供用户审阅，以防做假和商业欺骗宣传。
对于有些企业宣传其产品的技术性能如何好，希望用户同样审阅其企业标准和**部门（正式产品检测）的检测报告，如果企标都不敢订高，产品的技术指标能达到那么高吗？
有些企业称NACLO3转化率高达85%，这没有实际意义，只要酸的比例高，转化率超过90%以上也容易达到，但反应将按副反应完成，CLO2得率低，对二氧化氯发生器而言没有意义。另提到其收率为80%，这收率指什么？太含糊，应该是产量中二氧化氯的比例越高越好，以二氧化氯占有效氯百分数计。

二、           加热问题
对于一般化学反应来说，加热温度高，分子迁移速度快，分子更活跃，有利于加快反应速度，但氯酸钠与盐酸反应只要达到一定酸度和具有还原剂，反应速度本来就很快，南理工水夫公司经一系列试验，发现在优化的反应条件下温度对提高反应产量或CLO2得率影响并不大，相反还有许多不利因素：①CLO2是见光受热易分解的物质，加热反应温度越高，越容易造成CLO2分解（有些企业发生器产物中二氧化氯比例低，与些因素有很大关系）。如果二氧化氯分解量大，速度快还可能引起反应器爆裂；②目前其它企业的反应器基本上都是塑料材质的，用反应器外水浴加热方式，导热效果很差，水浴控制温度如果是80。C以上，内部反应液温度是多少？③塑料反应器在高温下会软化，影响承压能力。长时间高温使塑料反应器老化加快，使用寿命缩短；④电加热元件在有酸气、CLO2气环境下，极易腐蚀，，有可能出现电接点过热，打火现象，引发设备自燃（加热型设备在使用中出现过多起此类事故）；⑤加热反应大大增加了发生器的使用功率，每年多花费的电费数万元。
国外商用型二氧化氯发生器就设备加热反应的设备，国内有些企业在化学法二氧化氯发生器设备中采用加热反应工艺，并不是经过大量科学试验，是从优化反应提高得率确定的，一些是沿袭电解法发生器的加热反应工艺，生搬硬套来的，有的是从商业角度考虑增加设备卖点。还有的是仿制别人设备追求与已有设备的创新点，到底加热反应是否科学？是否**化？可以说这些企业没有科学试验依据。
南理工水夫公司是国内二氧化氯发生器的发明单位，是有较强的开发和技改能力，如果加热反应工艺使反应效率更高，这么多年难道就搞不出加热式反应设备，如需要可能水夫公司的加热方式和手段会比这些企业更**，更合理，更具有安全适用性。
南理工水夫公司一贯在经营中，在产品开发中本着科学的态度，实事求是。追求反应工艺的优化，通过原料比例的准确，原料混合效果强化，具有足够的反应停留时间，在不加热条件下所达到的工艺指标明显高于其它企业，而且设备使用的安全可靠性得到提高，故障率更低，更节能。

三、           负压反应式和正压反应式设备的比较
南理工水夫公司是负压式二氧化氯发生器的发明单位，许多年一直生产、推广负压式设备。到目前为止，水夫公司的负压式设备仍处于国内同行中技术水平和质量**水平（如全程负压操作更安全，停机没有CLO2气体挥发出来，流量显示直观，计量准确等）。正压式设备的产生是因为负压式设备在实际使用中有许多局限。如不能带压投加到供水管道中，不能投加到高位水体中，不能远距离加药（不能因射流器出口压力大或阻力大影响射流器抽吸负压能力，使其不能实现反应器的负压反应）。国际上以往的发生器都是负压式，南理工大胆创新，首创能带压反应不、带压直接投加的正压式发生器，有效解决了困难现场使用要求。使二氧化氯发生器的使用范围更宽，更方便。可以说正压式设备的出现是二氧化所发生器的重要技术进步。南理工从1997年开发试用至今用户已有数千家，水夫公司每年的发生器销售中正压式发生器占的比例逐年增加，目前已占到90%左右，成为被用户接受的主导产品，其它企业如华特在南理工推出一年多后也宣传其有正压式设备（可看华特产品说明书，有正压系列和负压系列）其正压式设备技术参数说明适用于投加点压力小于0.3M/PA的水处理场所。但国内包括华特等其它企业的正压式发生器在使用中出现很多问题，主要是反应器在带压条件下的耐腐问题没有解决，可以说华特的正压式发生器技术质量不过关，推广是失败的。目前在市场竞争中遇到与水夫公司竞争项目时，华特宣传正压式发生器不安全，得率低，首先要华特实事求是的回答几个问题：①华特仿制南理工正压式发生器有没有做工艺实验，如压力对反应器得率的影响，是否有科学的试验数据证明正压反应的得率就低；②华特产品说明书中，正压式发生器性能特点明确说明反应转化率高，按有效氯计CLO2含量大于70%，与负压式发生器的有关参数一样，并未说明正压式比负压式得率低，转化率低，这是不是虚假的欺骗宣传，如何自圆其说。
二氧化氯发生器在传统的意识中是不安全的有可能会发生爆炸，所以国内外发生器工艺一直都是采用负压式爆气，但射流爆气又对使用范围有很多局限。如在射流器后再用一台泵加压投药，要解决泵的耐腐、系统配合等问题非常困难，既增大成本，使用又麻烦，故障特多。这引发了开发新工艺的动机。南京理工大学以前是兵器工业部学校，化工学院在火工品、安全工程专业具有优势。经过试验和分析CLO2发生过程中引起爆炸的因素和条件。发现只要在反应器中消除气相聚集，就不可能发生CLO2爆炸，所以采用防气相聚集的全液相反应工艺就解决了正压反应中可能出现的安全问题。
对于正压反应工艺中原料转化率和CLO2得率问题①首先从资料显示CLO2在水中的溶解度是比较大的，并且随着压力增大，溶解度增大，反应器压力为0.1M/PA时，CLO2的溶解度大于3万MG/L，实际反应时反应液中二氧化氯浓度也只在2万多MG/L，所以在正压反应中二氧化氯溶解在水中完成液相反应没有问题；②氯酸钠与盐酸反应不是可逆反应，只要氯酸钠和盐酸反应条件合适，并不会因为反应液中CLO2浓度高影响氯酸钠反应转化，所做的负压反应与正压反应对照实验中，在其它条件优化前提下（原料比例，反应时间，混合效果）正压反应（0.3M/PA）的氯酸钠转化率和CLO2得率几乎没有影响。前面所列的南京市产品质量监督检验所的检测报告中有关技术参数就是正压式发生器实际所测数据，可见各项指标即大于行标，也高于其它企业的企标。
而正压式发生器开发成功，使中国二氧化氯发生器的技术水平得到大大提升。
①    适用范围更宽，对于带压的供水管，高位水塔等加药现场都能直接加药。
②    采用计量泵输送原料和转子流量计计量显示，使原料进料计量更准确，更直观。
③    用计量泵后使二氧化氯发生器的控制水平得到提高，陆续开发出流量在线控制和余氯在线控制，远传中央控制方式。
④    可以不用压力水射流器，简化了投加工艺，降低用水量，降低了运行能耗。
⑤    操作更简便，真正能实现无须专人值守，随制水系统运行能自动开、停机等比加药，在停水、停电、缺料能自动报警，停机。
正压式发生器目前其它企业技术不过关，主要是反应器耐腐问题没有解决，负压式发生器的反应器国内外几乎都是用PVC材料，但同样用于正压式发生器则因高酸度，高二氧化氯浓度条件下压力越大，对塑料的腐蚀溶胀速度越快，使用寿命就越短。南理工水夫公司经一系列开发试验采用钽钛合金材料制造的反应器有效解决了耐腐、耐压问题，使用安全可靠（**早用的安阳自来水公司已近六年仍然未见损坏），而负压式的PVC反应器正常使用寿命一般也就1－3年，可见钽钛合金反应器的使用寿命要比负压式发生器的PVC反应器使用寿命还要长。

四、           小结
1、 首先不要理解为南理工水夫公司的发生器只是正压式的，而其它企业是负压式的。南理工水夫公司本是负压式发生器的发明单位，到目前为止负压式发生器的技术性能，产品质量都要优于其它企业同类产品。正压式发生器是可以在正压条件下完成化学反应、带压直接加药，在常压或负压条件下使用负压式发生器设备配置，工艺流程都是相同的，只是反应的材料用特制合金后成本有所增加，但使用可靠性更好，寿命更长。
2、 各企业的二氧化氯发生器的技术性能优劣，不在于其工艺条件中加热温度高低，反应压力高低，应看其整个工艺条件是否优化，设备结构、配置是否合理，具有实用性、可靠性。应从其企业标准、**部门的检测报告，比较其氯酸钠的转化率，CLO2得率是否高，这些技术指标高，当然产品的工艺是优化的。在优化情况下实现产量，操作越简单，部件越简化，运行成本越低，使用故障越低，使用寿命越长，其发生器的技术水平、产品质量就越好。
3、 南理工水夫公司的发生器不用加热，可带压反应直接加药。使得设备运行电耗功率比加热式低。不用大流量压力水带射流器，节省用水，节省供水泵电耗，供水管径小，工程费用节省，配套工程简化。并且发生器的运行技术指标高于行标，也高于华特等其它企业，这就说明水夫公司的二氧化氯发生器的技术比其它企业**。
关于二氧化氯在水厂使用的讨论（负压）
    随着社会的进步与发展，国家新水质标准的强制执行（2007年7月1日）。在水处理行业，二氧化氯替代lv气是大趋势。lv气和二氧化氯不论在使用上、性质上都有很大的不同。二氧化氯需现场发生，而且是一个复杂的化学制取过程，其转换效率不但取决于二氧化氯的制取设备，还取决于操作人员的技术水平、现场条件及原材料质量等。
（1）现场操作人员：
     由于现场操作人员绝大部分对二氧化氯发生器无感性和理性上的认识，所以对现场人员必须进行强化培训，让其懂原理、基本结构、反应特点、反应条件，从而让他们能够在运行过程中提高反应效率，否则不但效率下降，浪费原料，增加成本，而且可使大量未反应的原料及其副产物直接进入水体污染水质，危害人们的身体健康。（由于二氧化氯发生器的应用范围很广，用户使用的目的不同对发生器运行状态也不同，在饮用水厂为了保证水质应建立一套严格管理体系。）
（2）现场条件：
由于用二氯化氯代替原加氯系统，所以对室内温度、投加管线提出了更高的要求。
①因发生器运行时需大量空气，而在北方冬季室外温度在**零下30摄氏度，所以在进气、进料温度应提出要求或采取措施。
②用lv气时管线为气相，而二氧化氯是气液混合，在使用原有工艺管线易造成气阻及局部二氧化氯超出安全浓度造成微爆，从而影响发生器的稳定运行，所以必须对直角上行弯，进行改造。
（3）原材料质量：
   经过我们近两年的运行发现，在使用某某生产的氯酸钠时（符合GB/T1618——1995标准）在反应釜液管出一种象泡泡糖一样的粘稠物（长期运行）这个问题一直没有定性，而使用山东、大连、内蒙古等产品时无此现象。在使用盐酸时发现在生产厂家为防止氯化氢的挥发，在盐酸表面放一层石腊以防止挥发不正规小厂用废机油防止挥发（据送货了解）这样存堵滤网或粘在进出单向阀小球上，造成进料不准，并影响发生器的安全运行（现采取措施规定原料罐**液位，并每年清洗一次原料罐，效果比较理想）。
（4）工程设计人员：
由于二氯化氯在国内水厂大规模采用的比较少，没有成形的经验可以借鉴，所以大部分设计人采用的效氯的概念来折算设计（1：2.63），而二氧化氯具有遇光、热分解、遇爆气逸出等特点，而这在使用lv气时是不必重点考虑的。①南方水厂的沉淀池 、滤池是露天的（成都某水厂（4＊104m3/d工艺流程较短），反应池进口余CLO2 0.8mg/L，沉淀池出口CLO2  0.2mg/L，遇光分解问题十分严重。），北方水厂因建筑风格不同所以采光也不同，因此影响不一。②水厂的工艺过程中跌水较多，也可造成部分二氧化氯损失。③二氧化氯比lv气氧化能力更强，所以在以前用lv气不能氧化的物质，现在能够氧化，必将增加一部消耗。④二氧化氯化学性质十分不稳定，自然分解较快，而各水厂因规模及工艺的不同，各部停留时间不同，影响也不尽相同。所以设计量与实际消耗量有较大偏差。
综上所述，在各种专业技术资料介绍的二氧化氯的氧化杀菌能力强，而发生器的效率现场测量十分因难。如果在应用中出现问题，必然把矛盾推向生产厂家。为了更好的把产品推向市场，生产厂家必须担负起发生器以外的职责，培育成熟型客户。
建议：
1、发生器产出为气液混合物，但气相占绝大部分，建议改造水射器，使其更加节水并降低管线直径。
2、配备简易比重计，从而对原料的配制进行检测。
3、计量泵采用可进行排气的出口单向阀，并配备耐酸碱压力表、量筒。便于用户**校泵。
4、在发生器出口管线加装进气阀，便于用户调整反应釜内液位，控制实际的**反应时间。（可减少反应釜的进气量，从而减轻电加热负担并有利于降低反应液温度，减少二氧化氯出液在输送中因温度高造成的分解。）
5、规定出液管温度，间接控制反应釜内反应温度。
以上仅代表个人观点，请批评指正。

二氧化氯发生器正压和负压的优缺点
一、        负压式发生器：
1、        气浮问题：
由于设备在运行时需要大量空气（空气的作用混合药剂、降低发生器上部二氧化氯的浓度），所以在投加时同时加入了大量空气（以某厂高效复合20000型为例：40m3/h空气）。在原水低温、低浊及藻类爆发时将出现气浮问题，在反应池漂浮着大量浮渣，如不及时清除，将为摇蚊幼虫等的二次繁殖提供便利条件，并易产生异味。
2、        运行能耗问题：
⑴在采用开斯汀法制取二氧化氯时，反应时需要一定的热量，反应釜内**温度为71oC，水浴温度一般保持在85 oC-88 oC。为了保证反应温度，发生器加装电热装置（例：某厂高效复合20000型为3根3kW电热管，3*3*24=216kWh/d）。同时，因反应釜大部分为PVC衬聚四氟，所以传热效果不好。在环境温度较低的情况下，大量冷空气将带走反应釜内大量热量，将存在着加热不及时的问题，反应釜实际温度达不到要求，影响反应效率。
⑵        为了保证发生器的平稳运行，必须提供稳定的动力水给水射器（以某厂高效复合20000型为例，装了一台7.5kW的水泵提供动力水，每小时流量为30~40m3/h，7.5*24=180 kWh/d，循环水量720 m3~960 m3/d）。
3、        投加问题：
   由于负压发生器的产出为气液混合物，所以在投加时存在着多点投加时无法有效地控制投加量，及长距离投加时在管线中存在气阻问题。在水厂有时投加点距发生器几百米远，而发生器又不能就近分布（管理十分不方便），有的用户为了解决这一实际问题，增加了一个中转储罐，用泵将消毒液输送到各投加点，这样必将增加投资和运行费用，且在中转储罐中存在着一定的损耗（中转储罐二氧化氯浓度过高存在危险并且损耗分解增加，浓度较低时运行能耗增加）。
二、        正压设备可能存在的问题（因没有使用过）：
1、        正压设备反应釜体积小，无观察孔，所以反应釜清洗时将有一定困难。负压设备有防暴塞 空气进口 排污口等，便于清洗。（应对原材料应有严格规定）
2、正压设备在直接投加时，由于产液量很小，所以在混合时应有一定的条件规定，否则在部分使用现场可能出现混合不均的问题。负压设备经水射器后有大量水和空气，便于混合。
以上仅代表个人观点，有错误请指正。

                                  二氧化氯附属设备工作原理
一、        计量泵基本工作原理：
   计量泵主要由动力驱动，流体输送和调节控制三部分组成，动力驱动装置经由机械联杆系统带动流体输送隔膜实现往复运动，隔膜于冲程的前半周将被输送流体吸入并于后半周将流体排出泵头，所以改变冲程的往复运动频率或每一次往复运动的冲程长度即可达到调节流体输送量的目的。
二、        隔膜式计量泵工作原理：
  隔膜计量泵利用特殊设计加工的柔性隔膜取代活塞，在驱动机构作用下实现往复运动，完成吸入——排出过程，由于隔膜泵的隔离作用，在结构上真正实现了被计量流体与驱动润滑机构之间的隔离。
三、        液压式隔膜计量泵工作原理：
   液压驱动式隔膜泵采用了液压平均地驱动隔膜，克服了机械直接驱动方式下泵隔膜受力，过分集中的缺点，提升了隔膜寿命和工作压力上限。
四、        背压阀的作用：
背压阀能够在计量泵的出口保持一定的压力，确保计量精度。同时也防止工艺压力低于吸入压力时产生虹吸。在泵的排出冲程，压力作用于隔膜，将起抬离泵座，从而使计量的物料通过背压阀。当排出流量减小到零时（吸入冲程），隔膜复位，将泵出口和阀门之间的低压物料与外界隔离，从而在泵的出口单向阀保持一个恒定压力。
五、        背压阀的调节注意事项：
（1）        背压阀压力不能超过计量泵的**工作压力。
（2）        当计量泵的吸液端有压力时，泵排出端的压力至少要比吸入端压力高1bar。（1bar ≈1kg/cm3）
六、        脉动阻尼器工作原理：
在恒定温度下容器中一定量的气体的**压力回其空积成反比。脉动阻尼器由装有可挠弹性内胆的压力容器组成。此内胆的上部腔中的压缩气体和下部腔中的被输送的流体隔离开。当计量泵进入排出行程，被输送的液体被压入管器，使得管路压力升高，如果此压力超过脉动阻尼器上所预充的压力，在排出行程的剩余物料被压入阻尼器，内胆被物料压着向上运动直到气体和被输送的流体压力平衡，此容积通常为泵行程容积的一半，当泵排出行程结束，在泵的吸入行程，管路压力下降并保持低值，定段时间，气体腔中的压力大于管路压力，于是，内胆被气体压回其原始的位置，并将物料压回管路中，通过这种方式在每个完整的泵循环里，泵每个行程中过多的流量由阻尼器吸收又回到管路中从而有效地缓和了被输流体的脉动流动，使流动状态接近于层流状态。