本发明公开了一种生产二氯异氰尿酸钠的设备及生产方法,所述生产设备主要包括氯源(1)、汽化器(2)、缓冲罐(3)、水流真空泵(4)、反应器(5)和循环泵(6),氯源(1)通过汽化器(2)连接缓冲罐(3)的气体入口,缓冲罐(3)的气体出口连接水流真空泵(4)的气体入口,反应器(5)的液体出口通过循环泵(7)连接水流真空泵(4)的液体入口,水流真空泵(4)的出口通过连接管深入到反应器(5)的中下部。本发明将二氯异氰尿酸钠的转化率提高到90%-95%,将反应时间减少了大约30%以上,其年处理能力增大了30%,并将反应器(5)内的压力控制在常压或微负压。
1.一种生产二氯异氰尿酸钠的方法,其特征在于,所述二氯异氰尿酸钠生产设备主要包括氯源(1)、汽化器(2)、缓冲罐(3)、水流真空泵(4)、反应器(5)和循环泵(6),氯源(1)通过汽化器(2)连接缓冲罐(3)的气体入口,缓冲罐(3)的气体出口连接水流真空泵(4)的气体入口,反应器(5)的液体出口通过循环泵(6)连接水流真空泵(4)的液体入口,水流真空泵(4)的出口通过连接管深入到反应器(5)的中下部;在反应器(5)和缓冲罐(3)之间设置有泵(7),泵(7)的入口与反应器(5)上部的气体空间流体连通,泵(7)的出口与缓冲罐(3)流体连通;该设备还设置有预氯化反应器(5′),预氯化反应器(5′)的水流真空泵(4′)气体入口与反应器(5)上部的气体空间流体连通,预氯化反应器(5′)的水流真空泵(4′)液体入口通过循环泵(6′)连接预氯化反应器(5′)的液体出口;该方法包括,氯源(1)通过汽化器(2)向缓冲罐(3)提供常压或低压氯气,其特征在于,缓冲罐(3)的气体出口连接水流真空泵(4)的气体入口,循环泵(6)将反应器(5)中的氰尿酸与NaOH混合液泵入水流真空泵(4)的液体入口,水流真空泵(4)产生真空将氯气自缓冲罐吸入并与所述混合液混合发生化学反应,生成二氯异氰尿酸钠,水流真空泵(4)的扩散管出口通过连接管将输入的气液混合物输送到反应器(5)的中下部,反应剩余氯气穿过反应器(5)的液体层进入反应器(5)上部的气体空间。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在反应器(5)中进行氯化反应的同时,设置在反应器(5)和缓冲罐(3)之间的泵(7)将反应器(5)上部气体空间的气体,抽送到缓冲罐(3)。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,预氯化反应器(5′)的水流真空泵(4′)将反应器(5)上部空间的气体抽吸到水流真空泵(4′)中,氯气与氰尿酸和NaOH发生化学反应,生成二氯异氰尿酸钠,实现预氯化。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在反应器(5)的氯化反应完成后,预氯化反应器(5′)作为氯化反应器,而反应器(5)则作为预氯化反应器使用,实现两个反应器的交替反应。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,水流真空泵(4)的出口通过连接管深入到反应器(5)的底部。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,水流真空泵(4)的扩散管出口通过连接管将输入的气液混合物输送到反应器(5)的底部。技术领域
本发明涉及一种二氯异氰尿酸钠的生产方法,具体的说,涉及一种利用水流真空泵进行氯化反应的二氯异氰尿酸钠的生产方法。
背景技术
二氯异氰尿酸钠(sodiumxa0dichloroisocyanurate)简称DCCNa,商品名优氯净,是一种重要的化工产品,其结构式如下式所示: ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="646"/> 二氯异氰尿酸钠是一种高效、广谱、新型内吸性杀菌剂,有极强的杀生作用,在20ppm时,杀菌率达到99%。可杀灭各种细菌、藻类、真菌和病菌。二氯异氰尿酸钠化学性质稳定,干燥条件下保存半年内有效氯下降不超过1%,便于贮存运输;同时其具有使用安全、简便、用量少、药效持续时间长的优点。二氯异氰尿酸钠用途广泛,其可用作羊毛防缩处理剂,天然纤维和合成纤维的漂白剂,蚕房、蚕具以及蚕体消毒剂,水产养殖的灭菌和消毒剂,家用干漂剂、漂白洗衣粉、擦净粉、餐具洗涤液等洗涤用品中的添加剂,饮用水消毒剂,食品工业、公共场所的清洗剂和消毒剂。因此,二氯异氰尿酸钠的市场需求量比较大,由此要求其能规模化生产。现有技术中,二氯异氰尿酸钠的典型生产工艺有:氯化法(二氯异氰尿酸中和法)、次氯酸钠法和中和法。氰尿酸二钠盐溶液氯化法:氰尿酸与烧碱按照2∶1的摩尔比配成水溶液,通入氯气氯化生成二氯异氰尿酸,经分离器分离出二氯异氰尿酸,再用碱中和成二氯异氰酸钠盐,最后冷却分离得到二氯异氰尿酸钠盐,其收率一般在80%以上。次氯酸钠法:氰尿酸与次氯酸钠按照1∶2的摩尔比配成水溶液,控制水溶液的pH值为6.5-11,最好为8.6,反应温度在40°C以下,生成二氯异氰酸钠,其反应式为:C₃H₃N₂O₃+2NaOCl→Cl₂Na(NCO)₃+NaOH+H₂ONaOH+H⁺→Na⁺+H₂O在上述反应过程中,需要添加适量的无机酸,以调节反应过程的pH值,反应结束后,将反应物进行冷却,过滤,干燥即得产品,产品收率可达90.6%。另一种典型的二氯异氰尿酸的生产方法为:将氰尿酸、碳酸钙和水按比例配合后置入配料釜中搅拌成浆液,将浆液打入预氯化反应器中进行预氯化反应;浆液经过预氯化反应后再进入微分环流器中进行氯化反应,氯化反应中产生的余氯送回预氯化反应器重复利用;对氯化反应后的物料采用离心机进行液固分离;分离后的液体进行沉降脱氯,在液体中加入盐酸,分解后为氰尿酸和氯气,氯气被送回预氯化反应器中;离心后得到的滤饼用水洗涤,洗涤后洗涤水被送入配料釜;对洗涤后的滤饼用纯碱进行固相中和,中和后的滤饼采用气流进行干燥,得到二氯异氰尿酸钠产品。在二氯异氰尿酸的生产工艺中,由于氯化法操作简便、工艺成熟,原料价格低廉,因此在实际生产中应用比较广泛。但由于在氯化法中,氯化反应是将气化后的氯气通过气体分布器,将氯气与待氯化物料混合,从而进行氯气与氰尿酸二钠盐溶液进行气液氯化反应,此方法有几个方面的缺点:(1)、氯气是以正压的方式压入气体分布器,加上液体物料的静压力使得氯气管道及汽化系统内存在着一定的压力,该压力大于大气压,这样对管道的要求非常高。另外整个汽化系统和管道内始终存有一定量的氯气,因此在更换液氯钢瓶(氯源)时,必须先将管道内的余氯用真空泵抽吸干净后,方能更换氯源,这就导致操作繁琐,并导致费用增加。(2)、二氯异氰尿酸氯化反应到反应终点时,物料是以结晶态存在于液体内,结晶粒子很容易堵塞气体分布器,导致气体分布器分布不均匀,因此需要定期清理气体分布器,导致停工停产。(3)、气体分布器由于结构和阻力的原因,对氯气的分布不是非常均匀的,因此导致物料中部分区域氯气浓度高,部分区域氯气浓度低的现象。同时,氯气在物料中是以气泡形态存在,气泡在液体中上升速度快,导致停留时间短,也就是氯化反应时间段,反应吸收率较低。本发明针对现有技术的不足,提供一种氯化反应时氯气的分布方法,由此提供一种氯化方法,更进一步提供一种二氯异氰尿酸钠的生产方法和生产设备。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种二氯异氰尿酸钠生产设备,其主要包括氯源1、汽化器2、缓冲罐3、水流真空泵4、反应器5和循环泵6。氯源1通过汽化器2连接缓冲罐3的气体入口,缓冲罐3的气体出口连接水流真空泵4的气体入口,反应器5的液体出口通过循环泵7连接水流真空泵4的液体入口,水流真空泵4的出口通过连接管深入到反应器5的中下部,优选底部。作为对所述生产设备的进一步改进,在反应器(5)和缓冲罐(3)之间设置有泵(7),泵(7)的入口与反应器(5)上部的气体空间流体连通,泵(7)的出口与缓冲罐(3)流体连通。作为对所述生产设备的进一步改进,该设备还设置有预氯化反应器(5′),预氯化反应器(5′)的水流真空泵(4′)气体入口与反应器(5)上部的气体空间流体连通,预氯化反应器(5′)的水流真空泵(4′)液体入口通过循环泵(7)连接预氯化反应器(5′)的液体出口。本发明所用氯源1用于提供纯度可接受的氯气,其纯度以能够符合氯化法制备二氯异氰尿酸钠要求为准。氯源1的储存形式不受限制,其可以是氯气钢瓶,也可以来自氯气制备工艺。氯源1的相态不受限制,其可以是液态氯气,也可以是气态,优选高压气态氯气。来自氯气瓶等氯源1的氯气在进入水流真空泵4之前,要进入缓冲罐,液态或高压气态氯气膨胀变为低压甚至常压氯气,在该过程中氯气压力降低并且体积增大。由于该过程是吸热过程,同时,向该过程输入热量可有效减少氯气由高压到常压的状态,因此本发明所用汽化器2的作用是向来自氯源1的氯气提供热量。所属技术领域的技术人员完全明了何种汽化器能够实现该目的,本发明例举但不限制于:汽化器2可以是各种换热器,也可以是各种加热器,优选氯气输送管通过一个储水池,储水池中的水为常温或温水,向氯气输送热量。本发明的水流真空泵4是已有技术,其又名水流泵、喷射泵。其具有2个入口(气体入口和液体入口)和1个出口,当气体入口连接密闭容器时,液体(一般是水)以一定速度进入液体入口,其通过水流真空泵的缩颈(缩喉)时,体积流速V不变,但流速u增大,通过缩颈后进入扩散管,由于扩散管截面积增大,流速u又变小,因此在缩颈前后(液体先通过的部分为前,液体后通过的部分为后)产生较大的压力差(具体原理可参见文丘里管),导致缩颈前产生真空,该压力差(真空)产生吸力,将密闭容器中的气体抽取出来,从而在密闭容器中产生真空。气液两相通过缩颈时,会剧烈碰撞,同时缩颈处得管壁会产生巨大的拉扯阻力,导致部分液体被撕裂成小液滴甚至雾沫,并在扩散管中气液两相继续剧烈混合,然后通过出口排出。本发明在使用水流真空泵4时,不用其抽真空用,而是将其气体入口连接储存有低压或常压氯气的缓冲罐3,氯气被抽吸进入水流真空泵4,通过缩颈时与被撕裂成小液滴甚至雾沫的液体以及其余液体碰撞、混合,从而增大氯气与液体接触的表面积,以增大反应速度和反应效率。现有技术利用设置在反应器中的气体分布器,向储存在反应器中的氰尿酸和NaOH混合液提供氯气。在该工艺中,氰尿酸和NaOH混合液为液相,是连续相;氯气以气泡形式离开气体分布器,其为分散相。因此气液两相的接触表面积是气泡的表面积,而众所周知,在该反应中,液相表面积增大更为重要。本发明的气液两相在通过水流真空泵4的缩颈时,液相(氰尿酸和NaOH混合液)被破碎,呈大团的液体甚至小液滴更甚雾沫的形式,其为分散相,而氯气则为连续相。由此可知,与现有技术的气体分布器形式相比,气液两相接触面积的变化,是巨大的,是超出本领域技术人员想象的。本发明的目的之二在于提供一种二氯异氰尿酸钠的生产方法,该方法相对于现有技术的改进在于氯化反应时氯气的分布方法。所述生产二氯异氰尿酸钠的方法包括,氯源1通过汽化器2向缓冲罐3提供常压或低压氯气,其特征在于,缓冲罐3的气体出口连接水流真空泵4的气体入口,循环泵7将反应器5中的氰尿酸与NaOH混合液泵入水流真空泵4的液体入口,水流真空泵4产生真空将氯气自缓冲罐吸入并与所述混合液混合发生化学反应,生成二氯异氰尿酸钠,水流真空泵4的扩散管出口通过连接管将输入的气液混合物输送到反应器5的中下部,优选底部,反应剩余氯气穿过反应器5的液体层进入反应器5上部的气体空间。在反应器5中进行氯化反应的同时,设置在反应器5和缓冲罐3之间的泵7将反应器5上部气体空间的气体,抽送到缓冲罐3。预氯化反应器5′的水流真空泵4′将反应器5上部空间的气体抽吸到水流真空泵4′中,氯气与氰尿酸和NaOH发生化学反应,生成二氯异氰尿酸钠,实现预氯化。在反应器5的氯化反应完成以后,预氯化反应器5′作为氯化反应器,而反应器5则作为预氯化反应器使用,实现两个反应器的交替反应。本发明的有益技术效果之一为,采用本发明的工艺流程以后,二氯异氰尿酸钠的转化率提高到90%-95%,相对于转化率只有80%的采用气体分布器氯化工艺,其转化率得以大大提高。本发明的有益技术效果之二为,由于水流真空泵独特的混合方式,使得气液反应时接触表面积增大,反应速度相对于现有技术大大提高。由于本发明的工艺为间歇操作,同等反应物料下,反应时间减少了大约30%以上,相当于在基本设备不变的前提下,其年处理能力增大了30%。本发明的有益技术效果之三为,通过水流真空泵的设置,取消掉了现有技术采用气体分布器所必须的氯气加压设备,使得反应器内的压力大大减小,反应器内压力维持在常压甚至是微负压,从而避免了现有技术因为反应器正压(高压)而对材质或工艺流程有过多限制的缺陷。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图图2是本发明的改进工艺流程图图3是本发明的交替工艺流程图
具体实施方式
如图1所示,本发明的二氯异氰尿酸钠生产设备主要包括氯源1、汽化器2、缓冲罐3、水流真空泵4、反应器5和循环泵6。氯源1通过汽化器2连接缓冲罐3的气体入口,缓冲罐3的气体出口连接水流真空泵4的气体入口,反应器5的液体出口通过循环泵7连接水流真空泵4的液体入口,水流真空泵4的出口通过连接管深入到反应器5的中下部,优选底部。用于提供氯气的氯源1,一般是氯气瓶,通过阀门使得氯气(液相或高压气相)进入汽化器2,汽化器2提供热量使得液氯或高压氯气吸热膨胀、压力降低后进入缓冲罐3。所述汽化器2可以是各种类型的换热器,也可以是各种加热设备。本发明优选采用与水介质换热,比如氯气管道通过水池的形式。在所述缓冲罐3内,氯气经汽化器2吸收热量后体积膨胀,氯气完全以气相存在,氯气中夹带的一些固体或液体杂质与氯气分离,沉降到缓冲罐3的底部,积累到一定程度以后,由缓冲罐3底部排出。相比于氯气瓶,其压力大大降低,氯气在缓冲罐3内的压力降低到1个大气压(常压)左右,或者低于1个大气压(低压)。所述的1个大气压左右意指压力最大不高于1个大气压的30%,优选不高于10%,更优选不高于5%。缓冲罐3的气体出口与水流真空泵4的气体入口流体连通。视现场工艺条件或工艺要求,可在二者之间设置阀门,本领域技术人员均知,该阀门并不是必不可少的。反应器5内装有氰尿酸与NaOH(烧碱)原料。所述氰尿酸与NaOH的比例以满足二氯异氰尿酸钠的生成为准。相比于化学反应式的摩尔比,反应原料中NaOH可以过量,当然,氰尿酸也可以过量。反应器5底部设置有液体出口,该液体出口与循环泵7流体连通,循环泵7将反应器5中的氰尿酸与NaOH混合液泵入到水流真空泵4的液体入口。由于通过循环泵7的加压,水流真空泵4液体入口处的氰尿酸与NaOH混合液具有一定速度及压力,其通过液体入口以一定速度进入水流真空泵4,并经过水流真空泵4的缩颈后扩散,在缩颈后产生低压。由于所述缩颈后产生的低压小于缓冲罐3内的压力,从而在压力差的作用下,将缓冲罐3内的氯气吸入水流真空泵4,并与氰尿酸与NaOH混合液碰撞并混合。由于在通过水流真空泵4缩颈并在扩散管中扩散时,氰尿酸与NaOH混合液被分散成分散相,甚至是小液滴或雾沫的状态,在这种存在形态下与氯气接触时,接触的表面积大大增大。本领域技术人员均知,表面积增大则传质效率增大,因此以小液滴甚至雾沫形态存在的氰尿酸与NaOH混合液,在与氯气接触时,相对于传统的以氯气为分散相的气体分布器形式,接触表面积大大增大,因此其传质效率及反应时间均大大缩短。氰尿酸与NaOH混合液与氯气接触时,开始发生化学反应,生成二氯异氰尿酸钠。为增加氯气与氰尿酸和NaOH混合液的反应时间,水流真空泵4的出口通过管路将氯气与氰尿酸和NaOH混合液(反应原料)以及反应生产的二氯异氰尿酸钠输送到反应器5的中下部,图1所示工艺是输送到反应器5的底部,未反应完全的氯气则离开管路出口,以气泡的形式(分散相)向上穿过反应器5中的液体:氰尿酸和NaOH混合液及反应产物(连续相),在上述穿过液体的过程中,氯气与氰尿酸和NaOH混合液继续反应,少许未反应的氯气穿过液体进入反应器5的上部气相空间。由此可知,通过上述设置,相对于在反应器底部设置气体分布器的现有技术,本发明的反应时间得以大大延长。在持续一段反应时间以后,反应器5中的氰尿酸和NaOH混合液转化生成二氯异氰尿酸钠。该转化率可由本领域技术人员根据其所必须具备的技能,根据生产成本等来确定。优选根据反应转化率确定一个大约的时间段,然后通过时间段来确定反应的开始和结束。反应器5中反应完毕的液体,按照现有技术分离,从而得到二氯异氰尿酸钠。如同现有技术的反应条件,本发明的氰尿酸和NaOH与氯气氯化反应生成二氯异氰尿酸钠的反应温度可以为室温,反应压力为常压或微负压,所述微负压可以是-0.1MPa到接近常压,优选-0.05MPa到接近常压。本发明采用水流真空泵实现气液混合,取消掉了现有技术采用气体分布器所必须的氯气加压设备,使得反应器内的压力大大减小。经实测得知,在装置运行过程中,反应器内压力维持在常压甚至是微负压,从而避免了现有技术因为反应器正压(高压)而对材质或工艺流程有过多限制的缺陷。同时,采用本发明的工艺流程以后,二氯异氰尿酸钠的转化率提高到90%-95%,相对于转化率只有80%的采用气体分布器氯化工艺,其转化率得以大大提高。尽管水流真空泵做混合气液混合物用或许会是现有技术,但采用同样的反应物料和反应条件,以及基本相同的工艺设备,二氯异氰尿酸钠转化率提高如此之多,远远超出了所属技术领域的技术人员的预料,取得了预料不到的技术效果。再次,如前所述,由于水流真空泵独特的混合方式,使得气液反应时接触表面积增大,反应速度相对于现有技术大大提高。由于本发明的工艺为间歇操作,同等反应物料下,反应时间减少了大约30%以上,相当于在基本设备不变的前提下,其年处理能力增大了30%,这也远远超出了所属技术领域的技术人员的预料,取得了预料不到的技术效果。本发明的二氯异氰尿酸钠工艺,在各反应原料中,出于成本的考虑,进入水流真空泵4的氯气过量,因此即使在氯气以气泡形式穿过液体层后,氯气也未反应完全,会有少量剩余的氯气进入反应器5上部的气体空间。随着氯气的逐渐聚集,气体空间中的氯气逐渐增多,会逐渐导致反应器5中的压力逐渐增大。尽管该压力的增大不会影响反应的进行,但积聚的氯气若排放会污染空气,且会导致资源浪费。本发明采用两种不同工艺对其优化,如图2和图3所示。如图2所示,在反应器5和缓冲罐3之间设置有泵7,泵7的入口与反应器5上部的气体空间流体连通,泵7的出口与缓冲罐3流体连通。在反应器5中进行氯化反应的同时,泵7将反应器5上部气体空间的气体,主要是氯气,抽送回到缓冲罐3,以实现氯气的回收循环,并有效保持了反应器5内的微负压环境。如图3所示,本发明的工艺还可设置有反应器5′。反应器5′的水流真空泵4′气体入口与反应器5上部的气体空间流体连通,在反应器5进行氯化反应时,反应器5′作为预氯化反应器使用。反应器5′的水流真空泵4′气体入口与反应器5上部的气体空间流体连通,反应器5′内同样储存有氰尿酸和NaOH混合物,反应器5′的循环泵7′将所述混合物泵入水流真空泵4′,产生真空(压差),将反应器5上部空间的气体,主要是氯气,抽吸到水流真空泵4′中,氯气同样与氰尿酸和NaOH发生化学反应,生成二氯异氰尿酸钠。通过上述反应器5′(预氯化反应器)的设置,不仅实现了反应器5上部空间氯气的循环利用和微负压保持,还实现了预氯化反应。在反应器5中的化学反应完毕以后,反应器5′(预氯化反应器)连通缓冲罐3作为氯化反应器使用,而反应器5则重新装入原料作为预氯化反应器,实现了两个反应器的替换操作。申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程,但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程,即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。基于所属技术领域技术人员的理解,任何技术手段的等效替换或具体方式的选择,均落在本发明公开范围和保护范围之内。