微通道反應(yīng)器連續(xù)生產(chǎn)次氯酸鈉工藝

李漢榮 ,徐長(zhǎng)河

(江西世龍實(shí)業(yè)股份有限公司，江西 景德鎮(zhèn) 333332)

次氯酸鈉是一種多用途的化工產(chǎn)品，大量用作消毒劑和防腐劑。次氯酸鈉在氯堿生產(chǎn)中具有平衡氯氣的作用。在生產(chǎn)次氯酸鈉中常因操作不當(dāng)而造成反應(yīng)槽爆炸，導(dǎo)致次氯酸鈉泄漏事故。江西世龍實(shí)業(yè)股份有限公司在生產(chǎn)水合肼中需次氯酸鈉90 t/h以上，用常規(guī)方法生產(chǎn)存在裝置占地面積大、耗能高等問(wèn)題，因此，引進(jìn)了節(jié)能環(huán)保的次氯酸鈉微通道反應(yīng)器用于次氯酸鈉的生產(chǎn)，在技術(shù)裝備上有較大突破。通過(guò)幾個(gè)月的生產(chǎn)摸索，連續(xù)化生產(chǎn)進(jìn)展順利。

1 次氯酸鈉生產(chǎn)方法

根據(jù)生產(chǎn)原料的不同,次氯酸鈉的生產(chǎn)方法有以下4種。

(1)漂白粉與碳酸鈉的復(fù)分解反應(yīng)制次氯酸鈉。

反應(yīng)式如下：

因漂白粉中含有Ca(OH)2,為除去鈣離子，須加入更多的純堿，次氯酸鈉溶液中含有漂白粉及大量碳酸鈣沉淀，故不適宜工業(yè)化生產(chǎn)。

(2)鹽溶液電解法制次氯酸鈉。

鹽溶液電解產(chǎn)生的氯氣與燒堿，在內(nèi)部混合，重新反應(yīng)形成次氯酸鈉和氯化鈉溶液。

這一電解方法采用的是高電流，且有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅5%。

(3)純堿溶液的氯化反應(yīng)制次氯酸鈉。

在純堿溶液中充入氯氣，生成次氯酸鈉，反應(yīng)式如下：

Na2CO3+HClO+HCl

該方法生產(chǎn)的次氯酸鈉中有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)10%，但產(chǎn)生的氣體量大，反應(yīng)不易控制。

(4)燒堿氯化法生產(chǎn)次氯酸鈉。

燒堿氯化法生產(chǎn)次氯酸鈉是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝，反應(yīng)式如下：

該方法生產(chǎn)的次氯酸鈉中有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)在13%以上。

2 燒堿氯化法次氯酸鈉主要生產(chǎn)裝置

多數(shù)氯堿企業(yè)采用該方法生產(chǎn)次氯酸鈉，工藝較成熟，生產(chǎn)裝置有以下幾大類(lèi)。

2.1 反應(yīng)槽類(lèi)

反應(yīng)槽類(lèi)次氯酸鈉生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。稀堿溶液泵入反應(yīng)槽，在槽內(nèi)溫度<30 ℃的條件下，與來(lái)自氯干燥工段的氯氣反應(yīng)生成次氯酸鈉溶液;反應(yīng)熱由5 ℃水移出。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)盡管有尾氣吸收裝置，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不理想。單臺(tái)間歇生產(chǎn)，產(chǎn)量低。

1—稀堿槽；2—稀堿泵；3—次氯酸鈉反應(yīng)槽；

2.2 吸收塔式反應(yīng)裝置

吸收塔式次氯酸鈉反應(yīng)裝置如圖2所示。氯氣與堿液在鈦冷吸收塔中充分反應(yīng)，反應(yīng)熱通過(guò)冷卻水移出；未反應(yīng)完的含氯尾氣通過(guò)文丘里管在微負(fù)壓下經(jīng)堿液吸收后達(dá)標(biāo)排放。可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，有效氯可達(dá)13%左右，但單套裝置產(chǎn)能有限。

2.3 連續(xù)化文丘里管反應(yīng)裝置

有部分廠家采用文丘里管作為次氯酸鈉的反應(yīng)器，用低溫稀堿液打循環(huán)，在負(fù)壓下吸收氯氣進(jìn)行反應(yīng)制得次氯酸鈉；未反應(yīng)完的尾氯進(jìn)入稀堿吸收裝置，確保尾氣符合環(huán)保要求。文丘里管反應(yīng)器采用負(fù)壓吸收，因氯氣壓力波動(dòng)，氯氣計(jì)量復(fù)雜，單套裝置產(chǎn)能有限。

2.4 微通道反應(yīng)裝置

微通道反應(yīng)器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的化工用新設(shè)備，微通道直徑為微米級(jí)，其寬度、深度較小，反應(yīng)物間的擴(kuò)散距離大大縮短，傳質(zhì)加快，堿液與液氯在流動(dòng)過(guò)程中短時(shí)間即可混合充分。其表面積大，達(dá)10 000～50 000 m2(常規(guī)反應(yīng)器比表面積80～120 m2)，具有很大的熱交換效率，故反應(yīng)、傳熱迅速。微通道反應(yīng)器以其簡(jiǎn)單、高效、快速、靈活的優(yōu)勢(shì)，正在化工領(lǐng)域快速發(fā)展。

1—吸收塔；2—循環(huán)槽；3—循環(huán)泵；4—尾氣塔；

3 微通道反應(yīng)器工藝

微通道反應(yīng)器用于次氯酸鈉生產(chǎn)是一種新嘗試，因其反應(yīng)迅速、產(chǎn)能大、占地面積小、環(huán)境友好而得到推廣應(yīng)用。

3.1 工藝流程

該工藝采用液氯和稀堿溶液在微通道內(nèi)劇烈反應(yīng)生成次氯酸鈉。稀堿液貯槽的20%～22%稀堿液和中間槽經(jīng)初冷的次氯酸鈉溶液用泵送入混合器中，再經(jīng)多級(jí)冷凝后進(jìn)入微通道反應(yīng)器。液氯工段的液氯進(jìn)入液氯分配臺(tái)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的控制直接進(jìn)入微通道反應(yīng)器中與稀堿液反應(yīng)，中間產(chǎn)品直接流入次氯酸鈉中間槽，合格品用調(diào)節(jié)閥控制流量送入成品槽。堿液與液氯采用流量計(jì)自動(dòng)配比，根據(jù)次氯酸鈉產(chǎn)出量控制稀堿液流量，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。工藝流程如圖3所示。

1—稀堿液貯槽；2—稀堿泵；3—管道混合器；4—一級(jí)冷凝器；

3.2 物料平衡計(jì)算

以次氯酸鈉單臺(tái)產(chǎn)量15 t/h、有效氯約114 g/L、循環(huán)比2.5為依據(jù)，物料平衡見(jiàn)圖4。

圖4 物料平衡示意圖

工藝計(jì)算可得：15 t/h次氯酸鈉裝置反應(yīng)生成熱為Q1=2.242×106kJ ,在循環(huán)比R=2.5時(shí)物料可帶走的熱量為Q2=3.749×106kJ。Q2/Q1>1.6,反應(yīng)生成熱在微通道反應(yīng)器內(nèi)可快速移出，避免溫度超過(guò)30 ℃，此時(shí)進(jìn)料處有效氯質(zhì)量濃度為70～95 g/L，反應(yīng)效果較好。當(dāng)加大循環(huán)比時(shí)，物料可帶走的熱量增加，有利于生產(chǎn)，但同時(shí)進(jìn)料處有效氯含量會(huì)增加(當(dāng)回流比為3時(shí)，有效氯質(zhì)量濃度在106 g/L以上)，此時(shí)，次氯酸鈉反應(yīng)液與液氯接觸反應(yīng)過(guò)程中易發(fā)生過(guò)氯化反應(yīng)。

3.3 生產(chǎn)中的注意事項(xiàng)

(1)在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)禁通氯過(guò)量。因通氯過(guò)量會(huì)形成連鎖反應(yīng)，次氯酸鈉會(huì)發(fā)生瞬時(shí)分解。反應(yīng)式如下：

為防止過(guò)氯化反應(yīng)，次氯酸鈉循環(huán)比應(yīng)控制在2.4～3.1，進(jìn)反應(yīng)器前應(yīng)控制次氯酸鈉液中有效氯質(zhì)量濃度<100 g/L，在未穩(wěn)定前，要勤取樣分析，適時(shí)觀察次氯酸鈉溶液的密度變化。

(2)在生產(chǎn)中，要注意控制pH值在11以上，酸性情況下有自氧化作用，同時(shí)pH值降低導(dǎo)致有效氯降低：

(3)因氯化反應(yīng)器內(nèi)部為微通道，要求原料液氯、堿液中無(wú)固體雜質(zhì)，尤其禁止重金屬氧化物。

(4)生產(chǎn)過(guò)程中的難點(diǎn)是反應(yīng)溫度的控制，通氯過(guò)程中，微通道內(nèi)溫度不得高于30 ℃。因溫度超過(guò)35 ℃易副產(chǎn)氯化鈉和氯酸鈉，積聚后會(huì)極大地影響微通道的有效反應(yīng)面積，表現(xiàn)為通氯壓力明顯增高，產(chǎn)量明顯下降，導(dǎo)致生產(chǎn)難以進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)微通道生產(chǎn)裝置經(jīng)過(guò)6個(gè)月的運(yùn)行，連續(xù)化生產(chǎn)效果較好，次氯酸鈉產(chǎn)量、質(zhì)量能較好地滿足生產(chǎn)所需，運(yùn)行更環(huán)保。因自動(dòng)化程度高，節(jié)省了大量人工。

(2)微通道反應(yīng)器產(chǎn)能上有質(zhì)的飛躍，占地面積小，因液氯直接反應(yīng)，設(shè)備密閉，冷量可節(jié)省五分之一以上，運(yùn)行費(fèi)用低，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境優(yōu)良，發(fā)展前景良好。