壓力對二氧化氯發生器產氣效率的影響摘要：正壓式二氧化氯發生器是為了解決自來水管網、深井泵后、油井注水管道等帶壓場合投加消毒劑的需要而開發出的新型發生。目前大多數正壓式二氧化氯發生器所采用的仍然是NaClO3+HCl的化學法反應工藝，該反應工藝是產生ClO2和Cl2的過程。從化學平衡角度分析，壓力增加會抑制正向反應的進行。為了驗證實際效果是否如此，本文通過在不同壓力下對正壓式反應器ClO2產量、純度、得率及總有效氯產量等指標進行測定與比較得出，在0～0.6MPa的常用壓力下，壓力的變化對二氧化氯發生器的產氣效率無顯著影響。關鍵字：正壓式二氧化氯發生器壓力影響消毒TheEffectofPressuretoAerogenesisEfficiencyofChlorineDioxideGeneratorAbstractWithdeterminingandcomparingtheresultoftheoutputofchlorinedioxide,thepurityofchlorinedioxide,therateofchlorinedioxide,thecapacityofactivechlorineandtheoutputofchlorinegeneratedbypositivepressuretypechlorinedioxidegeneratorunderdifferentpressure,thispaperdrawstheconclusionthattheeffectofpressuretoaerogenesisefficiencyofchlorinedioxidegeneratorisindistinctivewhenthepressureisintherangeof0～0.6MPa.Keywordpositivepressuretypechlorinedioxidegeneratortheeffectofpressuredisinfection二氧化氯以其優良的水處理特性已得到業內人士的普遍認可，并在飲用水、工業循環冷卻水、廢水治理、水產養殖用水等領域得以廣泛應用。隨著ClO2應用技術的不斷發展，國內ClO2發生裝置也不斷地更新換代，推陳出新。從早期的自循環式、負壓直投式到現今的正壓式發生設備。正壓式二氧化氯發生器是近兩年才開發出的主要用于深井泵后、自來水管網、油井注水管道等在線帶壓加藥的新型消毒設備。采用NaClO3+HCl反應工藝的正壓式ClO2發生器其化學法反應過程中產生ClO2和Cl2氣體。從化學平衡理論上分析壓力的增加會抑制這兩種氣體的生成，從而降低ClO2的產量，影響消毒效果。為了驗證實際情況是否如此，本實驗采用國內具有一定代表性的正壓式ClO2發生器的核心部件“華浦CPF-100C型反應器”進行加壓試驗，并取得一定結果，希望該試驗結果能對正壓式ClO2發生器的使用者和生產者有一定的參考價值。1實驗部分1.1工藝與方法為了使測定結果更符合于實際情況，實驗采用了注入式發生器（CPF-C系列）相同的R5法[1]（NaClO3+HCl）反應工藝，反應方程式如下：2NaClO3+4HCl=2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O1.1.1實驗器材與原料Model1022941計量泵意大利產，最大承壓1.2MPa，最大承壓下的流量1.5L/h。CPF-100C型反應器南京理工大學華浦公司生產CPF-100B負壓式ClO2發生器南京理工大學華浦公司生產壓力表0～0.7MPa，耐腐溫度計0～50℃球閥內徑1/4"PVC材料吸收槽PVC材料氯酸鈉NaClO3含量≥98%工業鹽酸HCl含量≥30%。1.1.2實驗工藝流程實驗裝置及工藝流程見圖1所示。1.1.3實驗方法首先將工業氯酸鈉配制成28%的水溶液（每升含有NaClO3333g），并加入貯槽2中，將鹽酸加入酸槽1。調節計量泵3、4，使NaClO3溶液流量為1L/h，鹽酸的流量為1.5L/h，二者進料比為1:1.5。保持反應溫度在20～30℃，自來水的流量8調至400L/h。反應器5反應出的高濃度ClO2溶液（高達40g/L），經射流器9與自來水混合后形成250mg/L左右的ClO2水溶液，收集在吸收槽10中。調節閥門7，使反應器5在0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6Mpa的壓力下分別反應，并在穩定時間為80、120、150min時，各從吸收槽10中取樣測定反應液中ClO2和Cl2含量，通過分析計算觀察不同壓力下ClO2的產量、得率、純度及總有效氯的變化。記錄取樣時間及在取樣時間內原料的消耗量。以同樣的進料量及進料比例在負壓式設備CPF-100B上進行試驗，將試驗結果與正壓設備的相比較。1.2分析與計算1.2.1儀器與試劑50mL堿式滴定管250mL碘量瓶250mL燒杯610型數字PH計，PH=1～125～10mL移液管0.0100mol/LNa2S2O3標準溶液10%KI溶液、固體KI（AR）1%淀粉溶液PH=7的磷酸鹽緩沖溶液1:5硫酸溶液1.2.2分析方法-五步碘量法[2]發生器發生的ClO2水溶液中通常含有ClO2、Cl2、ClO2-、ClO3-四種氯氧化物，這四種成份在不同的PH條件下，分別具有不同的氧化能力，通過分步滴定游離出的I2，確定各成分的含量，其測定原理基于以下五個反應式：PH=7、2、0.1Cl2+2I→I2+2Cl-氧化數由0→-1PH=72ClO2+2I-→I2+2ClO2-氧化數由4→3PH=2、0.12ClO2+10I-+8H+→5I2+2Cl-+4H2O氧化數由4→-1PH=2、0.1ClO2-+4I-+4H+→2I2+Cl-+2H2O氧化數由3→-1PH=0.12ClO3-+6I-+6H+→3I2+2Cl-+3H2O氧化數由5→-11.2.3數據處理實驗要考查的幾個指標，按下式計算。ClO2產量G1=C1·V/△tCl2產量G2=C2·V/△tClO2純度P=C1/（C1+C2）ClO2得率E=G1/G0總有效氯產量G＇=2.63G1+G2式中：C1、C2--分別為反應液中ClO2與Cl2的含量，g/L；V--取樣時間內生成反應稀釋液的體積，L；△t--取樣時間，h；G0--ClO2的理論產量，1升28%的NaClO3溶液，理論上可產生207G的ClO2。2實驗結果與討論為了便于對照與比較，首先按1.1.3的原料配比用負壓式設備CPF-100B在負壓條件下進行試驗，測得以下數據：ClO2產量110.3g/hClO2純度58.3%ClO2得率53.3%總有效氯產量369.09g/h2.1壓力對ClO2產量的影響在正壓反應器CPF-100C上按1.1.3節的方法測定了在不同壓力下ClO2的產量，結果如表2.1所示。圖中也列出了同一壓力序列下不同穩定時間的值。肅表托2.1鍋今壓力暖對昌ClO宴2街產量的影響散壓言力狐MPa催跌0喬0.1足0.15.飲0.2揪0.3陸0.4蚊0.5偷0.6珍ClO章2紛產通量氏/g.h-1囑厚穩定時摘間肺80min輸竄105.3趁109.8老115.2裙116.1臺113.8疫106.6針107.8娘106.4沒穩定時凡間疏120min息110.7胃112.6菌114.1慕115.5堤114.9抹112.2夠109.4療110.6探穩定時元間所150min湯111.9趴115.4忽115.8當116.2叔115.3倦114.9玻110.3禾111.3珍說明：穩定時帝間是指反應器鎮從調整壓力后運到取樣時的運肅行時間。由表2.1可知，壓力在0～0.6Mpa之間變化時，ClO2產量在105.3～116.2g/h之間變化，平均值為112g/h，最大波動幅度（112～105.3）/112×100%=5.9%，與負壓反應的結果相比ClO2產量的變化不明顯。看一下不同穩定時間下的平均產量，80min為110.1g/h，120min為112.3g/h，150是min113.6g/h?？梢钥闯鲭S著穩定時間的增加產量略有提高。究其原因，主要是計量泵在恒定的沖程和工作頻率下，進料量與壓力成反比。增加壓力將使進料量減少，要想恢復原有的進料速度，必須增大泵的沖程或頻率。由于反應系統是一個動態的過程，在計量泵重新調節之前，流量的減少已經使反應器中原料的濃度降低。要想通過調節計量泵來恢復流量也需要一個過程，時間越長越接近原有水平，反映在曲線上就有上述現象。2.2壓力對ClO2純度的影響大家知道，化學法ClO2發生器的發生物是以ClO2和Cl2為主的混合溶液。鹽酸法的產氣純度理論值是63.55%，Cl2約占36.65%。在NaClO3溶液和鹽酸的進料體積比為1:1.5，壓力在0～0.6Mpa之間變化時，對ClO2的產氣純度進行了考查，結果如表2.2所示。表2.2可知，在實驗條件下，ClO2的純度在52.2～66.2%之間變化，平均值為58.5%，從數據上看壓力的增加，沒有明顯改變ClO2的純度。不同穩定時間下測定的純度平均值分別為80min58.5%，120min57.8%，150min59.2%，與理論值63.35%相差最大值為5.6%，與負壓反應結果58.3%相當。2.3壓力對ClO2得率的影響ClO2的得率是ClO2的實際產量與理論產量之比。在上述實驗條件下，測定的得率如表2.3所示。柏表樂2.夫2象壓力長對踏ClO替2億純度的影響降壓組力夏MPa陰俯0禽0.1調0.15.涼0.2悟0.3戀0.4田0.5隔0.6皺ClO眾2醒純繭度兼/莫%先唇穩定時蛋間勵80min扇帥踢66.2告60.0群56.4大52.3岸53.3著61.2孩61.1典57.5慮穩定時嚴間魄120min介62.4摩59.4趟55.8猛52.2遺55.9博59.3挪59.3替56.1難穩定時跪間恐150min閑62.4線61.3母57.7須54.1扒55.5綁58.4昏64.3幕58.5諸表酷2.釣3縣壓力維對腎ClO于2輛得率的影響電壓慰力應MPa欲磁0穩0.1繳0.15.哭0.2骨0.3不0.4垮0.5滑0.6裂ClO侵2裝得綱率臨/%應傻穩定時星間顛80min勤健105.3警109.8慰115.2甘116.1煉113.8柴106.6萍107.8紅106.4錦穩定時敗間堂120min寧110.7合112.6晶114.1竿115.5剛114.9隨112.2昂109.4揮110.6什穩定時習間將150min式111.9架115.4昏115.8忽116.2爭115.3肆114.9餐110.3膝111.3由表2.3可知，在設定的壓力范圍內，ClO2的得率在50.9～56.1%之間變化，平均值為52.9%，其中在0.2、0.3Mpa時達到最高，分別為56.1%、55.0%，最大波幅為6%。在應用上，一般認為波動幅度在10%范圍內都是穩定的。因此，從實際結果來看，壓力對ClO2得率的影響不大。從ClO2得率的數值來看，52.9%的平均值僅達到理論產量的一半多一點，也就是說NaClO3的轉化率不高，但和負壓反應的結果53.2%相比，兩者相當。從目前市場上大多數以NaClO3+HCl為原料的負壓式設備來看，在不加熱和無催化劑的條件下，其得率仍維持在50%左右。這是采用單級鹽酸法反應工藝發生器的通病，由于本節只是討論壓力對ClO2得率的影響，在此不對怎樣提高得率另加討論。結果顯示，ClO2的得率并沒有因用正壓反應和負壓反應而有明顯的改變，也就是說，正壓式發生器具有與負壓式發生器相同得率。2.4壓力對有效氯產量的影響有效氯的產量代表了發生器總的生產能力。在純度不變的情況下，有效氯隨著ClO2產量的增加而增加。ClO2產量不變，有效氯的產量也保持一定的值。由于前述壓力對ClO2產量和純度影響不大，可以推測對有效產量也不會有大的影響，從表2.4的試驗結果，可以說明這一點。斬表屆2.葛4括壓力對總有效享氯產量的影響脹壓劑力緣MP屠a禾撇0忘0.1拉0.15.軋0.2霉0.3敗0.4此0.5巨0.6不有效氯產秘量閣/g.h-疾1口供330.7慨362.0晉392.0跨412.0怕399.0捧347.0列352.1肅358.52.5理論分析就正壓式二氧化氯發生器而言，其反應系統是密閉的，其間充滿了反應液，生成的ClO2和Cl2均溶解在反應液中，沒有氣相存在。實際上，整個反應是在液相中進行的。對于液相反應，