摘要：正壓式二氧化氯發生器是為了解決自來水管網、深井泵後、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採用的仍然是 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 0～0.6M Pa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 。
關鍵詞：正壓式 二氧化氯發生器 壓力影響 消毒
The Effect of Pressure to Aerogenesis Efficiency of Chlorine Dioxide Generator
tractWith determining and comparing the result of the output of chlorine dioxide, the purity of chlorine dioxide, the rate of chlorine dioxide, the capacity of active chlorine and the output of chlorine generated by positive pressure type chlorine dioxide generator under different pressure, this paper draws the conclusion that the effect of pressure to aerogenesis efficiency of chlorine dioxide generator is indistinctive when the pressure is in the range of 0～0.6M Pa.
Keywordpositive pressure type chlorine dioxide generator the effect of pressure disinfection
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，並在飲用水、 工業、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於深井泵後、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。採用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，本實驗採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，並取得一定結果，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於實際情況，實驗採用了注入式發生器（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+2H2O
1.1.1 實驗器材與原料
Model1022941計量泵 義大利產，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製成28%的水溶液（每升含有NaClO3333g），並加入貯槽 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與自來水混合後形成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，並在穩定時間為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鹼式滴定管
250mL碘量瓶
250 mL燒杯
610型數字PH計，PH=1～12
5～10 mL移液管
0.0100mol/L Na2S2O3標準溶液
10%KI溶液、固體KI（AR）
1%澱粉溶液
PH=7的磷酸鹽緩衝溶液
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，其測定原理基於以下五個反應式：
PH=7、2、0.1 Cl2+2I→I2+2Cl-
氧化數由0→-1
PH=7 2ClO2+2I-→I2+2ClO2-
氧化數由4→3
PH=2、0.1
2ClO2+10I-+8H+→5I2+2Cl-+4H2O 氧化數由4→-1
PH=2、0.1
ClO2-+4I-+4H+→2I2+Cl-+2H2O 氧化數由3→-1
PH=0.1 2ClO3-+6I-+6H+→3I2+2Cl-+3H2O 氧化數由5→-1
1.2.3 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/△t
Cl2產量 G2=C2·V/△t
ClO2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
為了便於對照與比較，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/h
ClO2純度 58.3%
ClO2得率 53.3%
總有效氯產量 369.09g/h
2.1 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。
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。可以看出隨著穩定時間的增加產量略有提高。究其原因，主要是計量泵在恆定的衝程和工作頻率下，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，必須增大泵的衝程或頻率。由於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複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80min 58.5%，120min 57.8%，150min 59.2%，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。
由表2.3可知，在設定的壓力範圍內，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%範圍內都是穩定的。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。這是採用單級鹽酸法反應工藝發生器的通病，由於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的得率並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。
關鍵詞：正壓式 二氧化氯發生器 壓力影響 消毒
The Effect of Pressure to Aerogenesis Efficiency of Chlorine Dioxide Generator
tractWith determining and comparing the result of the output of chlorine dioxide, the purity of chlorine dioxide, the rate of chlorine dioxide, the capacity of active chlorine and the output of chlorine generated by positive pressure type chlorine dioxide generator under different pressure, this paper draws the conclusion that the effect of pressure to aerogenesis efficiency of chlorine dioxide generator is indistinctive when the pressure is in the range of 0～0.6M Pa.
Keywordpositive pressure type chlorine dioxide generator the effect of pressure disinfection
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，並在飲用水、 工業、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於深井泵後、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。採用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，本實驗採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，並取得一定結果，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於實際情況，實驗採用了注入式發生器（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+2H2O
1.1.1 實驗器材與原料
Model1022941計量泵 義大利產，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製成28%的水溶液（每升含有NaClO3333g），並加入貯槽 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與自來水混合後形成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，並在穩定時間為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鹼式滴定管
250mL碘量瓶
250 mL燒杯
610型數字PH計，PH=1～12
5～10 mL移液管
0.0100mol/L Na2S2O3標準溶液
10%KI溶液、固體KI（AR）
1%澱粉溶液
PH=7的磷酸鹽緩衝溶液
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，其測定原理基於以下五個反應式：
PH=7、2、0.1 Cl2+2I→I2+2Cl-
氧化數由0→-1
PH=7 2ClO2+2I-→I2+2ClO2-
氧化數由4→3
PH=2、0.1
2ClO2+10I-+8H+→5I2+2Cl-+4H2O 氧化數由4→-1
PH=2、0.1
ClO2-+4I-+4H+→2I2+Cl-+2H2O 氧化數由3→-1
PH=0.1 2ClO3-+6I-+6H+→3I2+2Cl-+3H2O 氧化數由5→-1
1.2.3 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/△t
Cl2產量 G2=C2·V/△t
ClO2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
為了便於對照與比較，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/h
ClO2純度 58.3%
ClO2得率 53.3%
總有效氯產量 369.09g/h
2.1 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。
| 壓力MPa | 0 | 0.1 | 0.15. | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | |||
| ClO2產量/g.h-1 | 穩定時間80min | 105.3 | 109.8 | 115.2 | 116.1 | 113.8 | 106.6 | 107.8 | 106.4 | ||
| 穩定時間120min | 110.7 | 112.6 | 114.1 | 115.5 | 114.9 | 112.2 | 109.4 | 110.6 | |||
| 穩定時間150min | 111.9 | 115.4 | 115.8 | 116.2 | 115.3 | 114.9 | 110.3 | 111.3 | |||
| 說明：穩定時間是指反應器從調整壓力後到取樣時的運行時間。 | |||||||||||
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。可以看出隨著穩定時間的增加產量略有提高。究其原因，主要是計量泵在恆定的衝程和工作頻率下，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，必須增大泵的衝程或頻率。由於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複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80min 58.5%，120min 57.8%，150min 59.2%，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。
| 壓力MPa | 0 | 0.1 | 0.15. | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | ||
| ClO2純度/% | 穩定時間80min | | 66.2 | 60.0 | 56.4 | 52.3 | 53.3 | 61.2 | 61.1 | 57.5 |
穩定時間120min | 62.4 | 59.4 | 55.8 | 52.2 | 55.9 | 59.3 | 59.3 | 56.1 | ||
穩定時間150min | 62.4 | 61.3 | 57.7 | 54.1 | 55.5 | 58.4 | 64.3 | 58.5 | ||
| 壓力MPa | 0 | 0.1 | 0.15. | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | |||
| ClO2得率/% | 穩定時間80min | 105.3 | 109.8 | 115.2 | 116.1 | 113.8 | 106.6 | 107.8 | 106.4 | ||
穩定時間120min | 110.7 | 112.6 | 114.1 | 115.5 | 114.9 | 112.2 | 109.4 | 110.6 | |||
穩定時間150min | 111.9 | 115.4 | 115.8 | 116.2 | 115.3 | 114.9 | 110.3 | 111.3 | |||
由表2.3可知，在設定的壓力範圍內，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%範圍內都是穩定的。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。這是採用單級鹽酸法反應工藝發生器的通病，由於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的得率並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。
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