一种利用干氯气尾气生产次氯酸钠反应器的制作方法

1.本发明属于次氯酸钠生产领域，具体地说是一种利用干氯气尾气生产次氯酸钠反应器。


背景技术：

2.氯气在人类生产、生活中用途非常广泛，在许多领域都是重要原料。氯气主要用于盐酸、农药、炸药、有机染料、有机溶剂、化学试剂的制备及有色和稀有金属冶炼的电解、氯化焙烧、沸腾氯化等过程，还用于漂白纸张、布匹及饮水消毒，同时还用于合成塑料、橡胶、石油化工产品及处理某些工业废水。
3.氯气是一种有毒气体，它主要通过呼吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和盐酸，对上呼吸道黏膜造成损伤。次氯酸使组织受到强烈的氧化。盐酸刺激黏膜发生炎性肿胀，使呼吸道黏膜浮肿，大量分泌黏液，造成呼吸困难，所以氯气中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽。症状严重时，会发生肺水肿，使循环作用困难而致死亡。由食道进入人体的氯气会使人恶心、呕吐、胸口疼痛和腹泻，1m3空气中最多可允许含氯气1mg，超过这个量就会引起人体中毒。
4.氯碱、各种氯化物生产及农药、医药和有色金属(mg、ti、ni、co)的冶炼、有机合成等企业形成的氯气尾气，为避免因氯气含水而腐蚀设备，氯气尾气多为经浓硫酸脱水的干氯气作为尾气产出。这些干氯气直接排放会对环境造成极大破坏，它的毒性又能危害人类健康；同时，氯气作为一种重要的化工原料，氯气尾气的吸收、治理、再利用一直为人们所关注。
5.目前，国内外氯气尾气吸收与回用的方法主要有生产液氯法、合成盐酸法、水吸收法、溶剂吸收法和碱液吸收法，每种方法各有优缺点。但目前应用最广泛、可靠性好、操作便捷、经济效益高的当选碱液吸收法，其原理为氢氧化钠溶液吸收干氯气尾气，生成用途广泛的次氯酸钠产品。次氯酸钠作为一种强氧化剂，可用作漂白剂、氧化剂。次氯酸钠又是一种高效的杀菌、消毒化学品，用次氯酸钠配制的消毒液(84消毒液)在当今严峻的疫情下更是成了环境消杀的重要防疫物资。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种利用干氯气尾气生产次氯酸钠反应器。该反应器用于碱液吸收法连续稳定生产次氯酸钠。
7.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
8.本发明包括壳程及管程，所述壳程包括壳程筒体，所述壳程筒体的上端连接上管板、下端连接下管板，所述壳程筒体的内部分别设有定距管、折流板、拉杆及换热管，所述折流板为多个，沿所述壳程筒体的高度方向交错设置，各所述折流板通过定距管及拉杆固定，所述换热管由各折流板穿过，且上下两端分别与所述上管板、下管板连接，所述壳程筒体上分别开设有冷冻水进口及冷冻水出口；所述管程包括与下管板连接的下管箱及与上管板连
接的上管箱，所述换热管的下端与下管箱内腔相连通，所述下管箱上分别开设有次氯酸钠出口及气体出口；所述换热管的上端由上管板穿出并插设于上管箱内，进而与所述上管箱内腔相连通，所述换热管的上端内安装有液体布膜器，所述上管箱内部设有隔离套，所述隔离套的底部与上管板之间留有缝隙，所述上管箱上分别开设有氢氧化钠溶液进口及干氯气进口，所述氢氧化钠溶液进口与隔离套和上管箱之间的腔室连通，所述干氯气进口与隔离套的内部连通，所述上管箱内表面与干氯气接触的部位及隔离套上均喷涂有pfa涂层。
9.其中：所述隔离套为钛材质，所述隔离套的上端为封闭端，并与所述上管箱连接，所述隔离套的下端为开口端，所述开口端的端部与上管板之间留有供氢氧化钠溶液流过的缝隙；所述隔离套的内外表面均喷涂有pfa涂层。
10.所述隔离套的侧壁与上管箱之间形成腔室，进入所述腔室的氢氧化钠溶液沿隔离套与上管板上表面之间的缝隙布满整个上管板的上表面。
11.所述氢氧化钠溶液进口与干氯气进口分别位于上管箱高度方向截面的两侧，所述干氯气进口的接管内侧设有作为干氯气进气管的干氯气衬管，所述干氯气衬管伸入隔离套内部。
12.所述液体布膜器包括管体，所述管体与换热管的上端插接，所述管体沿长度方向开设有中心孔，所述中心孔在液体布膜器与换热管插接后与换热管的内部相连通；所述管体上沿高度方向开设有多级布液口，每级所述布液口均为沿圆周方向均匀开设的多个，每个所述布液口均切向开设，即每个所述布液口沿径向由外至内向下倾斜开设。
13.所述下管箱包括封头、下管箱筒体及下管箱法兰，所述下管箱筒体的下端与封头连接、上端通过下管箱法兰与所述下管板连接，所述下管箱法兰与下管板之间设有管箱垫片；所述次氯酸钠出口开设于封头上，所述气体出口开设于下管箱筒体上。
14.所述上管箱包括上管箱筒体、上管箱平盖法兰、上平盖及上管箱法兰，所述上管箱筒体的上端通过上管箱平盖法兰与上平盖连接、下端通过上管箱法兰与上管板连接，所述上管箱平盖法兰与上平盖之间设有上平盖垫片，所述上管箱法兰与上管板之间设有管箱垫片；所述氢氧化钠溶液进口及干氯气进口分别开设于上管箱筒体上。
15.所述上平盖的上表面设有吊耳，所述隔离套与上平盖的下表面连接。
16.各所述折流板之间相互平行，相邻所述折流板之间设有定距管，所述定距管的两端分别与相邻折流板抵接，相邻所述折流板之间通过不同长度的定距管实现间距的调整，所述拉杆位于定距管内，并由各所述折流板穿过，所述拉杆的下端固接于下管板上，所述拉杆的上端通过螺母拧紧固定。
17.所述壳程筒体的外表面设有耳式支座，所述冷冻水出口开设于壳程筒体的上部，所述冷冻水进口开设于壳程筒体高度方向截面下部的一侧，所述壳程筒体高度方向截面下部的另一侧开设有壳程放净口。
18.本发明的优点与积极效果为：
19.1.本发明结构简单，布液范围大，吸收率高，操作安全，总投资费用少，可连续生产。
20.2.本发明将上管箱与干氯气接触的钛材外表面喷涂pfa涂层，避免钛材与干氯气直接接触导致的干氯气对钛材严重腐蚀甚至爆炸。
21.3.本发明在干氯气进口与氢氧化钠溶液进口之间设置一个包裹pfa涂层的钛材隔
离套，控制氢氧化钠溶液分布从而有效控制反应温度。
22.4.本发明在干氯气进口的接管中内衬ptfe材质的干氯气衬管作为干氯气的进气管，让干氯气衬管穿过隔离套直接进入与氢氧化钠溶液的反应区，同时这种内衬导流管还能有效避免干氯气长期冲刷pfa涂层包裹的钛材，造成pfa涂层脱落，而导致干氯气与钛材直接接触引发危险。
23.5.本发明采用布液范围大、成膜稳定的多级切向孔式液体布膜器，保证液体布膜器与换热管过盈配合，避免漏液影响成膜效果。
附图说明
24.图1为本发明的内部结构示意图；
25.图2为本发明上管箱的内部结构示意图；
26.图3为本发明隔离套的结构示意图；
27.图4为本发明隔离套与平盖连接的局部放大图；
28.图5为本发明进气口衬管的结构示意图；
29.图6为本发明液体布膜器的结构示意图；
30.图7为本发明液体布膜器与换热管连接的结构示意图；
31.其中：1为次氯酸钠出口，2为封头，3为下管箱筒体，4为下管箱法兰，5为下管板，6为壳程放净口，7为壳程筒体，8为定距管，9为折流板，10为耳式支座，11为拉杆，12为换热管，13为上管板，14为氢氧化钠溶液进口a，15为液体布膜器，16为氢氧化钠溶液进口b，17为上管箱筒体，18为上管箱平盖法兰，19为上平盖，20为吊耳，21为上平盖垫片，22为隔离套，23为干氯气进口，24为干氯气衬管垫片，25为干氯气衬管，26为上管箱法兰，27为pfa(四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)涂层，28为冷冻水出口，29为螺母，30为冷冻水进口，31为管箱垫片，32为气体出口，33为管体，35为布液口。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明作进一步详述。
33.如图1～7所示，本发明包括壳程及管程，壳程包括壳程筒体7，壳程筒体7的上端连接上管板13、下端连接下管板5，壳程筒体7的内部分别设有定距管8、折流板9、拉杆11及换热管12，折流板9为多个，沿壳程筒体7的高度方向交错设置，各折流板9通过定距管8及拉杆11固定，换热管12由各折流板9穿过，且上下两端分别与上管板13、下管板5连接，壳程筒体7上分别开设有冷冻水进口30及冷冻水出口28；管程包括与下管板5连接的下管箱及与上管板13连接的上管箱，换热管12的下端与下管箱内腔相连通，下管箱上分别开设有次氯酸钠出口1及气体出口32；换热管12的上端由上管板13穿出并插设于上管箱内，进而与上管箱内腔相连通，换热管12的上端内安装有液体布膜器15，上管箱内部设有隔离套22，隔离套22的底部与上管板13之间留有缝隙，上管箱上分别开设有氢氧化钠溶液进口及干氯气进口23，氢氧化钠溶液进口与隔离套22和上管箱之间的腔室连通，干氯气进口23与隔离套22的内部连通，上管箱内表面与干氯气接触的部位及隔离套22上均喷涂有pfa涂层27。
34.本实施例的壳程筒体7的外表面设有耳式支座10，冷冻水出口28开设于壳程筒体7的上部，冷冻水进口30开设于壳程筒体7高度方向截面下部的一侧，壳程筒体7高度方向截
面下部的另一侧开设有壳程放净口6。
35.本实施例各折流板9之间相互平行，且交替设置，即相邻两折流板9中，一个折流板9的外侧与壳程筒体7高度方向截面的一侧抵接，另一个折流板9的外侧与壳程筒体7高度方向截面的另一侧抵接，两上相邻折流板9的另一端分别与壳程筒体7的相对侧留有供冷却水流经的间距。相邻折流板9之间设有定距管8，定距管8的两端分别与相邻折流板9抵接，相邻折流板9之间通过不同长度的定距管8实现间距的调整。竖直方向共线的各定距管8内设有一根拉杆11，拉杆11由各折流板9穿过，拉杆11的下端固接于下管板5的上表面，拉杆11的上端通过螺母29拧紧固定。
36.本实施例的下管箱包括封头2、下管箱筒体3及下管箱法兰4，下管箱筒体3的下端与封头2连接、上端通过下管箱法兰4与下管板5连接，下管箱法兰4与下管板5之间设有管箱垫片31；次氯酸钠出口1开设于封头2的底部，气体出口32开设于下管箱筒体3上。
37.本实施例的上管箱包括上管箱筒体17、上管箱平盖法兰18、上平盖19及上管箱法兰26，上管箱筒体17的上端通过上管箱平盖法兰18与上平盖19连接、下端通过上管箱法兰26与上管板13连接，上管箱平盖法兰18与上平盖19之间设有上平盖垫片21，上管箱法兰26与上管板13之间设有管箱垫片31；氢氧化钠溶液进口及干氯气进口23分别开设于上管箱筒体17上，且位于高度方向截面的两侧。干氯气进口23的接管内侧设有作为干氯气进气管的干氯气衬管25，干氯气衬管25伸入隔离套22内部；本实施例的干氯气衬管25的材质为ptfe(聚四氟乙烯)，干氯气衬管25与干氯气进口23之间设干氯气衬管垫片24。考虑到氢氧化钠溶液进入腔室的多少，本实施例设置了上下两个氢氧化钠溶液进口，分别为氢氧化钠溶液进口a14及氢氧化钠溶液进口b16。上平盖19的上表面设有吊耳20，隔离套22与上平盖19的下表面连接。
38.本实施例的隔离套22为钛材质，隔离套22的上端为封闭端，并与上平盖19连接，隔离套22的下端为开口端，开口端的端部与上管板13之间留有供氢氧化钠溶液流过的缝隙；隔离套22的侧壁与上管箱筒体17的内壁之间形成腔室，且隔离套22与干氯气进口23相对的侧壁上开孔，用于干氯气衬管25伸入到隔离套22的内部，进入腔室的氢氧化钠溶液沿隔离套22与上管板13上表面之间的缝隙布满整个上管板13的上表面。本实施例的隔离套22的内外表面均喷涂有pfa涂层27。
39.液体布膜器15与换热管12的上端为过盈配合。本实施例的液体布膜器15包括圆柱形的管体33，管体33的下端为缩径结构，且与换热管12的上端插接，管体33沿长度方向开设有中心孔35，中心孔35在液体布膜器15与换热管12插接后与换热管12的内部相连通；管体33上沿高度方向开设有多级布液口34，每级布液口34均为沿圆周方向均匀开设的多个，每个布液口34均切向开设，即每个布液口34沿径向由外至内向下倾斜开设。
40.本发明的主要技术指标如下表：
[0041][0042]
本发明的工作原理为：
[0043]
钛材是耐氢氧化钠溶液和氯离子腐蚀的不二选择，但钛材不耐干氯气的腐蚀，干氯气会对钛材造成严重的腐蚀甚至爆炸。本发明采用喷涂pfa涂层的方法，将钛材与干氯气隔离，且干氯气进口23用ptfe材质的干氯气衬管25，很好地解决了这个问题。
[0044]
流体的走向：氢氧化钠溶液由氢氧化钠溶液进口a14和氢氧化钠溶液进口b16进入到上管箱的隔离套22侧壁与上管箱筒体17之间所形成的腔室，并沿着隔离套22与上管板13上表面的缝隙布满整个上管板13的上表面。当液膜厚度超过液体布膜器15上的布液孔34时，氢氧化钠溶液开始在换热管12内成膜状下降流动。干氯气通过干氯气进口23进入到隔离套22内，与氢氧化钠溶液在上管板13表面发生反应生成次氯酸钠。干氯气也会下降流过换热管12上端，下降的同时会与未反应的氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠，多余的氯气经换热管12后通过气体出口32排出。管程介质在下降过程中与壳程中的冷冻水进行热交换，冷冻水由冷冻水进口30进入，曲折流过各折流板9和换热管12形成的腔室，迅速吸收管程反应释放的热量，从冷冻水出口28流出。
[0045]
原理：氢氧化钠溶液顺着垂直换热管12管壁膜状下流，在干氯气与氢氧化钠溶液接触后便会反应生成次氯酸钠。氢氧化钠液膜吸收氯气是一个放热过程，隔离套22会控制氢氧化钠溶液分布，保证干氯气只能与隔离套22内的氢氧化钠溶液以及换热管12内的氢氧化钠溶液反应，让反应有序的、平缓的进行，同时隔离套22外的氢氧化钠溶液还能为隔离套22内进行降温。壳程流动的冷冻水也会把换热管12内反应的热量迅速带走。
[0046]
钛材是耐氢氧化钠溶液和氯离子腐蚀的不二选择，但钛材不耐干氯气的腐蚀，干氯气会对钛材造成严重的腐蚀甚至爆炸。对上管箱与干氯气接触的部件喷涂pfa涂层27，避免钛材与干氯气直接接触。
[0047]
氢氧化钠与氯气的反应生成次氯酸钠是一个剧烈的放热过程。干氯气与氢氧化钠溶液在上管箱接触后在靠近上管板13部分反应激烈，温升比较高。要想生成次氯酸钠，最佳反应温度应控制在25℃以下，超过40℃就会产生氯酸钠，超过45℃就没有次氯酸钠而全部生成氯酸钠了。为了避免干氯气与氢氧化钠溶液接触过分接触导致反应过于剧烈和温度骤
然升高，在干氯气进口23与氢氧化钠溶液进口之间设置一个包裹pfa涂层27的、钛材的隔离套22，控制氢氧化钠溶液分布，保证干氯气只能与隔离套22内的氢氧化钠溶液以及换热管12内的氢氧化钠溶液反应，让反应有序的、平缓的进行，同时隔离套22外的氢氧化钠溶液还能为隔离套22内进行降温。
[0048]
在干氯气进口23的接管中内衬ptfe材质的干氯气衬管25作为干氯气的进气管，让干氯气衬管25穿过隔离套22直接进入与氢氧化钠溶液的反应区，同时这种内衬导流管还能有效避免干氯气长期冲刷pfa涂层27包裹的钛材，造成pfa涂层27脱落，而导致干氯气与钛材直接接触引发危险。
[0049]
本发明采用布液范围大，成膜稳定的多级切向孔式液体布膜器15，液体布膜器15与换热管12过盈配合，避免漏液影响成膜效果。