УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА ХЛОРА И ХЛОРА Российский патент 2015 года по МПК C01B11/02 C01B7/01 

Изобретение предназначено для производства водного раствора диоксида хлора и хлора, применяемых в качестве комбинированного дезинфектанта при обеззараживании и очистке питьевой воды, оборотных и сточных вод.

Известна установка для получения диоксида хлора (патент РФ №45378 на полезную модель), содержащая блок управления, реактор для получения диоксида хлора, дозирующие насосы для подачи реагентов в реактор, вентили и клапаны для регулирования потоков реагентов и использующая в качестве реагентов кислоту и раствор хлорсодержащей соли, отличающаяся тем, что установка снабжена водоструйным эжектором, ротаметром и электроконтактным мановакуумметром для продувки реактора воздухом и удаления из реактора диоксида хлора, а в качестве реагентов использованы серная кислота и раствор хлората и хлорида натрия.

Недостатком известной установки является ее недостаточная эффективность.

Известна установка для производства водного раствора диоксида хлора и хлора по патенту РФ №110083 (принята за наиболее близкий аналог), использующая в качестве реагентов серную кислоту, хлорат и хлорид натрия, содержащая блок управления, реактор для получения водного раствора диоксида хлора и хлора, контейнеры для реагентов, дозирующие насосы для подачи реагентов в реактор, емкость с водой для промывки реактора, вентили и клапаны для регулирования потоков материалов, водоструйный эжектор, индикатор расхода воздуха, измеритель-регулятор температуры и давления, отличающаяся тем, что установка снабжена системой регулярной промывки реактора и датчиком диоксида хлора. Реактор может быть снабжен датчиком температуры. Имеющийся водоструйный эжектор предназначен для удаления образовавшихся при работе установки продуктов реакции. Поэтому указанный эжектор необходимо периодически промывать, поскольку при его загрязнении эффективная работа установки невозможна.

Недостатком известной установки является ее недостаточная эффективность и надежность.

Задача, решаемая изобретением, - создание установки для получения диоксида хлора и хлора, устраняющей недостатки известных технических решений.

Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение эффективности установки для получения диоксида хлора и хлора за счет повышения выхода готового продукта, повышение безопасности, надежности и удобства (упрощения) эксплуатации установки.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в установке для получения диоксида хлора и хлора, использующей в качестве реагентов серную кислоту и водный раствор хлорсодержащих солей натрия, содержащей блок управления, реактор для получения диоксида хлора и хлора, контейнеры для реагентов, дозирующие насосы для подачи реагентов в реактор, емкость с водой для промывки реактора, регулятор-измеритель давления и температуры, датчик температуры, датчик диоксида хлора, согласно изобретению установка снабжена водоструйным инжектором, предназначенным для удаления газожидкостных продуктов из реактора, вакуумная линия инжектора связана с регулятором воздуха, через который воздух подается в реактор, при этом регулятор воздуха связан с блоком управления для автоматического контроля расхода воздуха, на трубопроводе отведения продуктов реакции из реактора в инжектор установлен охлаждающий элемент, установка также снабжена датчиками потока, установленными на трубопроводах подачи исходных реагентов до дозирующих насосов, при этом датчики потока связаны с блоком управления для автоматического контроля потока.

Установка может быть снабжена расходомером объема воды, связанным с блоком управления для автоматического регулирования подачи потоков исходных реагентов.

Установка может быть снабжена системой синхронизации дозирующих насосов.

В заявляемой установке в трубопровод водяной линии, по которому подается вода на поглощение комбинированного дезинфектанта диоксида хлора и хлора, установлен водоструйный инжектор. Основная функция водоструйного инжектора - удаление из реактора образующейся газожидкостной смеси продуктов реакции.

В отличие от наиболее близкого аналога, в котором для удаления газожидкостной смеси из реактора используется водоструйный эжектор, в заявляемой установке используется водоструйный инжектор.

Эжектор работает по принципу «всасывания», т.е. среда, которую необходимо откачать, движется (всасывается) за счет разницы давлений - из объема с большим давлением среда увлекается в объем с меньшим давлением и за счет этого обеспечивается ее движение. Чем больше разница давлений, тем эффективнее работает эжектор. Инжектор работает по принципу нагнетания и эффективен при работе в системах, где необходимо подать среду из объема с меньшим давлением в объем с таким же или большим давлением. Кроме того, конструкционные особенности используемого инжектора не позволяют ему обсыхать и забиваться кристаллами сульфата натрия, поэтому в заявляемой установке нет необходимости использовать систему регулярной промывки инжектора. При работе в заявляемой установке инжектор будет более эффективным, чем эжектор.

Вакуумная линия инжектора связана с регулятором воздуха, через который воздух подается в реактор. Регулятор воздуха связан с блоком управления, посредством которого осуществляется контроль расхода воздуха через реактор. При подаче воды на водоструйный инжектор в вакуумной линии инжектора создается разрежение, под действием которого в реактор через регулятор воздуха поступает атмосферный воздух. При помощи регулятора воздуха со встроенным клапаном производится автоматическое измерение и дозирование количества воздуха, проходящего через реактор. Наличие регулятора расхода воздуха с системой автоматического регулирования объема воздуха, подаваемого в реактор, позволяет повысить безопасность и надежность работы установки, поскольку обеспечивается своевременное изменение объема подаваемого в реактор воздуха в зависимости от выставленной дозы дезинфектанта (диоксида хлора) и объема обрабатываемой воды, что исключает риск возникновения взрывоопасной атмосферы в реакторе из-за подачи меньшего количества воздуха и исключает риск кристаллизации в реакторе сульфата натрия из-за подачи большего количества воздуха, что обеспечивает также повышение эффективности работы заявляемой установки по сравнению с известными.

Заявляемая установка снабжена регулятором-измерителем давления, установленным в воздушную линию и связанным с блоком управления, что позволит контролировать разрежение в реакторе, предотвращая аварийное повышение давления в реакторе.

Заявляемая установка снабжена датчиками потока, установленными на трубопроводах подачи исходных реагентов до дозирующих насосов. Наличие датчиков потока исключает возможность подачи в реактор непропорциональных количеств исходных реагентов или только одного из реагентов. Тем самым снижается риск возникновения взрывоопасной среды в реакторе. Кроме того, повышается эффективность и надежность работы установки в соответствии с выставленной дозой по дезинфектанту (диоксиду хлора) за счет исключения подачи в реактор реагентов с нарушением регламента работы установки.

Эффективность и надежность установки обеспечивается также за счет того, что она снабжена охлаждающим элементом, установленным на трубопроводе отведения продуктов реакции из реактора в инжектор. Охлаждающий элемент понижает температуру продуктов реакции, смешанных с воздухом, отводимых из реактора перед поступлением в инжектор. Известно, что растворимость газообразного диоксида хлора в водных средах повышается с понижением температуры. Поэтому в охлажденном продукте уменьшается содержание диоксида хлора в газообразной среде и возрастает степень поглощения его водой, это способствует с одной стороны повышению выхода продукта за счет снижения потерь при разложении диоксида хлора в газообразном состоянии и с другой стороны снижается взрывоопасность работы установки за счет понижения концентрации диоксида хлора в смеси с воздухом (ниже 10 об.%).

Кроме того, посредством охлаждающего элемента создается градиент температуры между температурой реакционной среды внутри реактора и температурой газожидкостной смеси продуктов реакции, отводимой через охлаждающий элемент, за счет этого увеличивается скорость отведения продуктов реакции из реакционной зоны и повышается выход продукта (производительность установки). При этом инжектор будет работать еще более эффективно, поскольку за счет градиента температур будет повышаться напор эжектируемой смеси.

В качестве охлаждающего элемента можно использовать термоэлектрический модуль Пельтье (элемент Пельтье).

Таким образом, наличие охлаждающего элемента, установленного на трубопроводе между реактором перед входом в инжектор, позволяет своевременно и эффективно отводить продукты реакции из реактора на поглощение водой; позволяет повысить эффективность работы инжектора (эффективность удаления продуктов реакции из реактора); позволяет снизить потери диоксида хлора; позволяет снизить риск опасности взрыва.

Установка для получения диоксида хлора и хлора может быть снабжена расходомером объема воды, связанным с блоком управления для обеспечения автоматического регулирования подачи потоков реагентов. Это повышает надежность работы установки, так как позволяет своевременно изменять производительность дозирующих насосов в зависимости от выставленной дозы дезинфектанта (диоксида хлора) и изменяющегося объема обрабатываемой воды, что исключает риск возникновения ненадежной дезинфекции воды или избыточной подачи комбинированного дезинфектанта в обрабатываемую воду и, в целом, повышает стабильность качества обработки воды.

Для повышения безопасности при эксплуатации установки она может быть снабжена блоком оповещения обслуживающего персонала об аварийных и внештатных режимах посредством подключения к блоку управления установки персонального компьютера через интерфейсы rs-485 или Ethernet.

Также для повышения надежности и эффективности работы установки она может быть снабжена системой синхронизации дозирующих насосов, позволяющей автоматически пересчитывать производительность установки и передавать информацию о ней на удаленный регистрирующий элемент с помощью цифрового сигнала. Синхронизация дозирующих насосов повысит безопасность работы установки, т.к. в случае, когда один из насосов работает с меньшей производительностью, чем другой насос, может возникнуть опасность взрыва. Обеспечение синхронизации дозирующих насосов также обусловит стабильность качества обработки воды. Система синхронизации дозирующих насосов реализуется в блоке управления, с которым связаны дозирующие насосы.

В заявляемой установке используется реактор по патенту №132790 с терморегулируемой водяной рубашкой и предохранительными клапанами. Это позволяет своевременно регулировать и создавать оптимальный температурный режим внутри реактора для эффективного протекания химической реакции с максимальным выходом продукта по диоксиду хлора до 93% и более.

На чертеже представлена принципиальная схема установки.

Установка включает реактор 1 с водяной рубашкой и терморегулятором (не показаны), блок управления 2 с сенсорной панелью 3, измеритель-регулятор температуры и давления 4, регулятор расхода воздуха со встроенным клапаном 5, преобразователь давления 6, дозирующие насосы 7, многофункциональные клапаны 8, контейнеры для реагентов 9, емкость для хранения воды 10, клапан подачи воды в емкость с водой 11, клапан для аварийной промывки реактора 12, предохранительный клапан 13, сливной клапан 14, водоструйный инжектор 15, охлаждающий элемент 16, датчик температуры 17, датчик диоксида хлора 18 и датчики потока реагентов 19, модуль дистанционного управления установкой 20, блок оповещения обслуживающего персонала 21.

Установка работает следующим образом. На водоструйный инжектор 15 подается питьевая вода под давлением не менее 0,2 МПа. При этом в вакуумной линии инжектора 15 создается разрежение, под действием которого в реактор 1 через регулятор воздуха 5 поступает атмосферный воздух. При помощи регулятора воздуха со встроенным клапаном 5 производится автоматическое измерение и дозирование количества воздуха, проходящего через реактор. К воздушной линии подключен также преобразователь давления 6 и измеритель-регулятор давления и температуры 4, посредством которого осуществляется визуальный контроль разрежения воздуха в реакторе 1. Расход объема воздуха через реактор 1 визуально контролируется посредством сенсорной панели 3 блока управления 2. Одновременно через клапан 11 заполняется водой до заданного уровня емкость для хранения воды 10, которая служит для заполнения водой реактора 1 через клапан 12 в начале и в конце каждого цикла работы, во время аварийной остановки и регулярной промывки реактора 1. После заполнения реактора 1 водой, реагенты (хлорат - хлоридный раствор натрия и серная кислота) из контейнеров 9, количества которых фиксируются датчиками потока 19, посредством насосов - дозаторов 7 через многофункциональные клапаны 8 подаются в реактор 1, где происходит химическая реакция с образованием газообразных диоксида хлора и хлора. Для разбавления диоксида хлора до взрывобезопасной концентрации (менее 10 об.%) и интенсивного перемешивания реагентов в реактор 1 постоянно подается воздух, объем которого дозируется согласно производительности установки посредством регулятора расхода воздуха 5 со встроенным клапаном и блока управления 2. Газожидкостная смесь продуктов реакции, смешанная с воздухом, удаляется из реактора 1 на поглощение водой через охлаждающий элемент 16 водоструйным инжектором 15 и в виде водного рабочего раствора диоксида хлора и хлора направляется на обработку воды. Наличие диоксида хлора в водном рабочем растворе контролируется датчиком 18. Для проведения и поддержания физико-химического процесса в реакторе 1 в заданном режиме служит блок управления 2 и модуль дистанционного управления установкой 20, на которые поступает информация о количестве обрабатываемой воды, выставленной дозе дезинфектанта (диоксида хлора) и посредством программных алгоритмов блока управления 2 регулируется работа дозирующих насосов 7 и регулятора расхода воздуха 5. В блок управления 2 поступает и контролируется информация с датчика температуры 17 и преобразователя давления 6 через измеритель-регулятор температуры и давления 4, датчиков потока реагентов 19 и датчика диоксида хлора 18. Также посредством блока управления 2 в заданном режиме осуществляется набор воды в емкость 10, открывается - закрывается клапан аварийной и регулярной промывки 12, пуск и стоп дозирующих насосов 7.

Реактор 1 для получения диоксида хлора и хлора представляет собой цилиндрический вертикальный сосуд с водяной терморегулируемой рубашкой, включающий проточную внутреннею реакционную камеру, расположенную осесимметрично на дне внешней реакционной камеры, патрубки ввода хлорат-хлоридного раствора натрия, серной кислоты, воздуха, подачи воды из емкости 10, сливной клапан 19, предохранительный клапан 13 для сброса избыточного давления и патрубок вывода газовоздушной смеси и отработанного реакционного раствора, соединенного с инжектором 15.

Пример

Установка по производству диоксида хлора и хлора производительностью до 1000 г/ч по диоксиду хлора. В качестве исходных реагентов используют серную кислоту с концентрацией 92-94% и водный раствор хлората и хлорида натрия, содержащий 320-350 г/л хлората натрия и 180-210 г/л хлорида натрия. На сенсорной панели 3 блока управления 2 выставляют дозу дезинфектанта по диоксиду хлора 0,3 мг/л и в блок управления 2 поступает сигнал с расходомера обрабатываемой воды о количестве 2000 м³/ч. Посредством программного алгоритма блока управления подается команда на дозирующие насосы 7 работать с производительностью по серной кислоте 1,80 л/ч и по хлорат-хлоридному раствору натрия 3,24 л/ч, также подается команда на регулятор расхода воздуха 5 работать с производительностью подачи атмосферного воздуха в реактор 1 2200 л/ч. При этом разрежение в реакторе 1 составляет 0,02 МПа. Расход воды через инжектор 15 составляет 1,65 м³/ч, давление воды на входе в инжектор 0,5 МПа. Автоматическая промывка реактора 1 производится через клапан 12 восемь раз в сутки. Своевременность и синхронность подачи исходных реагентов в реактор 1 контролируют с помощью датчиков потока 19, наличие диоксида хлора в рабочем растворе контролируют датчиком 18.

При указанных выше режимах производительность установки по диоксиду хлора составляет 600 г/ч при относительном выходе продукта 93%. Концентрация диоксида хлора в рабочем растворе, который отводят в поток обрабатываемой воды, составляет не менее 363 мг/л.

Изобретение относится к химической промышленности. Установка содержит блок управления (2), реактор (1) для получения диоксида хлора и хлора, контейнеры для реагентов (9), дозирующие насосы (7) для подачи реагентов в реактор (1), емкость с водой (10) для промывки реактора, регулятор-измеритель давления и температуры (4), датчик температуры (17), датчик диоксида хлора (18), водоструйный инжектор (15), предназначенный для удаления газожидкостных продуктов из реактора (1). Вакуумная линия инжектора (15) связана с регулятором воздуха (5), через который воздух подают в реактор (1), при этом регулятор воздуха (5) связан с блоком управления (2) для автоматического контроля расхода воздуха. На трубопроводе отведения продуктов реакции из реактора (1) в инжектор (15) установлен охлаждающий элемент (16). Установка также снабжена датчиками потока (19), установленными на трубопроводах подачи исходных реагентов до дозирующих насосов (7), при этом датчики потока (19) связаны с блоком управления (2) для автоматического контроля потока. Изобретение позволяет повысить эффективность установки для получения диоксида хлора и хлора за счет повышения выхода готового продукта, безопасность, надежность, удобство и упростить эксплуатацию. 2 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Установка для получения диоксида хлора и хлора, использующая в качестве реагентов серную кислоту и водный раствор хлорсодержащих солей натрия, содержащая блок управления, реактор для получения диоксида хлора и хлора, контейнеры для реагентов, дозирующие насосы для подачи реагентов в реактор, емкость с водой для промывки реактора, регулятор-измеритель давления и температуры, датчик температуры, датчик диоксида хлора, отличающаяся тем, что установка снабжена водоструйным инжектором, предназначенным для удаления газожидкостных продуктов из реактора, вакуумная линия инжектора связана с регулятором воздуха, через который воздух подается в реактор, при этом регулятор воздуха связан с блоком управления для автоматического контроля расхода воздуха, на трубопроводе отведения продуктов реакции из реактора в инжектор установлен охлаждающий элемент, установка также снабжена датчиками потока, установленными на трубопроводах подачи исходных реагентов до дозирующих насосов, при этом датчики потока связаны с блоком управления для автоматического контроля потока.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена расходомером объема воды, связанным с блоком управления для автоматического регулирования подачи потоков исходных реагентов.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена системой синхронизации дозирующих насосов.