Способы получения диоксида хлора

Диоксид хлора или подкисленный хлорит натрия?

К сожалению на рынке диоксида хлора появляются поставщики которые либо не понимают науку о продуктах, которые они продают, или не заботятся о последствиях продажи опасных продуктов. Диоксид хлора полученный с использованием передовых европейских технологий, является отличным продуктом. Но есть к сожалению поставщики, которые выдают желаемое за действительное, с целью продать некачественные дешевые технологии, которые просто не оправдают ожидания потребителя. Пользователя легко обмануть в этой несколько сложной области особенно предлагая товар по очень низким ценам. В этой статье мы постараемся разъяснить нашим потенциальным покупателям, что такое псевдо-диоксид хлора (стабилизированный диоксид хлора), чтобы гарантировать, что наши потребители будут защищены от жуликов и получат максимально эффективные, экономически оправданные и безопасные результаты.

Максимальная растворимость газообразного диоксида хлора в воде при 20°С — 8 г/л = 0,8% ClO2 (8000 мг/л). Это очень опасная концентрация, которая может быть взрывоопасной. И когда производитель пишет 5% ClO2 (50 000 мг/л) это явно указывает на несоответствие предлагаемого продукта.

Есть два способа создания ClO2 из сухих порошков или жидкостей, а именно:

1-МЕТОД ПОДКИСЛЕНИЯ: компонент А, содержащий хлорит натрия и компонента В, содержащий подкислитель (лимонную или соляную кислоту в некоторых случаях). Как правило, этот тип реакции генерирует гораздо больше хлористой кислоты, чем диоксида хлора. В этом методе максимальная теоретическая химическая доходность составит 30% диоксида хлора и 70% (из которых 43% хлорной кислоты —- хлорат), при условии, что будут использоваться химические вещества хорошего качества. В случае худшего качества исходного сырья выход может быть от 10 до 15% ClO2 и от 90 до 85% побочных продуктов (токсичных хлоратов и канцерогенных соединений), которые являются токсичными и опасными соединениями в питьевой воде для человека, животных и окружающей среды. Этот метод получения диоксида хлора может вызвать необратимые проблемы потому, что он генерирует много вредных побочных продуктов дезинфекции, таких как свободный хлор, бертолетовые и другие токсичные соединения, которые могут быть очень канцерогенными. Этот метод использовали на заре открытия и применения диоксида хлора. После получения современных чистых технологий от этого метода отказались из-за его несовершенства и опасности.

2-МЕТОД ОКИСЛЕНИЯ: компонент А, содержащий хлорит натрия и компонент Б, содержащий в основном окислитель (персульфат натрия или в некоторых случаях моноперсульфат соединение) с максимальным теоретическим химическим выходом 99% ClO2, предотвращая образование хлората, таким образом этот метод идеально подходит для обработки питьевой воды для человека, животных и окружающей среды. Реакция получения диоксида хлора проходит в течении нескольких минут.

Рассмотрим метод подкисления хлорита натрия (получения стабилизированного диоксида хлора) подробнее.

Если получить от производителя MSDS (паспорт безопасности), то можно пролить некоторый свет на эту тайну. Уровень рН предлагаемого исходного продукта находится в районе 9 и выше. При таком уровне рН (щелочная среда) диоксида хлора быстро гидролизуется. На реакцию необходимо достаточно длительное время — до 48 часов. Это означает, что предлагаемый товар не является генератором чистого диоксид хлора. Это подкисленный хлорит натрия NaClO2, международное название — acidified sodium chlorite (ASC). К сожалению, появляются продавцы в бизнесе диоксида хлора, которые — возможно, по незнанию — не различают хлорит-анион ClO2- (со знаком минус) и диоксида хлора ClO2.

Так же следует обратить внимание на использование «активатора». Диоксид хлора не активируется, это газ получаемый в ходе реакции. Под активатором эти продавцы обычно подразумевают лимонную кислоту, а это еще одно свидетельство получения водного раствора диоксида хлора не очень хорошей чистоты, указывающий на метод подкисления. Теперь мы можем предположить, что поставщик этого продукта действует невинно или по незнанию, а может из жадности. Так как составляющие исходные продукты такой реакции значительно дешевле.

Часто продавцы ASC используют торговое название «стабилизированный диоксид хлора».

Что такое стабилизированный диоксида хлора?

«Стабилизированный диоксида хлора» на самом деле и есть подкисленный хлорит натрия. Молекула диоксида хлора обладает высокой реакционной способностью. Это свободный радикал в виде газа и он не может быть стабилизирован в растворе или геле. Фраза «стабилизированный диоксид хлора» слишком часто используется как синоним диоксида хлора. «Стабилизировать» это попытки приписать уникальные дезинфицирующие свойства диоксида хлора другому продукту, в частности подкисленному хлориту натрия. С точки зрения химии это будет выглядеть так, если бы хлорид натрия (обычная поваренная соль) стали бы называть «стабилизированный хлор».

Окислительный потенциал хлорита натрия значительно ниже, чем двуокиси хлора, и химически гораздо бесполезнее в качестве продукта дезинфекции в целом. Эффективность диоксида хлора в настоящее время хорошо известна. Диоксид хлора неионный и благодаря своей молекуле, довольно хорошо проникающий газ, он растворим в воде, в нефти, эмульсиях и органических растворителях. С другой стороны, хлорит натрия представляет собой соль, растворимую только в воде, и в отличие от двуокиси хлора, будет диссоциировать (распадаться) в растворе на составные ионы, в то время как диоксид хлора остается интактной (неповрежденной) молекулой.

ClO2 является нестабильным свободным радикалом в газообразной форме. В свою очередь ASC очень мало содержит диоксид хлора, в основном он содержит хлористую кислоту, которыая в кислой среде сама по себе является дезинфицирующим средством. Так же механизм обеззараживания существенно отличается тем, что в нем отсутствует способность одноэлектронного переноса, который является изюминкой, используемой диоксидом хлора, чтобы разрушить ДНК клетки и, таким образом убить микроорганизм.

Следует отметить, что хлористая кислота неустойчива и разлагается частично в диоксида хлора и хлорат.

Подкисленный хлорит NaClO2 практически то же самое решение, что и гипохлорит натрия (NaOCl) в концентрации от 20 до 25%, с теми же побочными продуктами дезинфекции. При применении ASC требуется более высокий уровень дозировки, более чем в 5 раз выше по сравнению с диоксидом хлора. На практике даже такое соотношение не является эффективным, по причине совершенно разных механизмов обеззараживания диоксидом хлора и подкисленным хлоритом натрия.

Становится очевидно, что метод окисления гораздо качественнее и предпочтительнее метода подкисления. Даже если вы получите продукт методом подкисления — бесплатно, ущерб от опасных побочных продуктов может быть в десятки раз дороже в отличии от метода окисления.

Стоит ли рисковать покупая дешевый продукт, обрабатывать им воду, продукты, применять в других областях?

Зная и понимая разницу в продуктах, принимать окончательное решение вам.

Источник

Способы получения диоксида хлора

Диоксид хлора в чистом виде взрывоопасен и поэтому всегда производится «на месте» в виде водного раствора с безопасной концентрацией.

В настоящее время наиболее часто применяются при обработке воды три основных метода получения диоксида хлора:

1. Взаимодействие хлорита натрия с соляной кислотой

5NaClO₂ + 4HCl → 4ClO₂ + 5NaCl + 2H₂O

2. Взаимодействие хлорита натрия с молекулярным хлором, (гипохлоритом натрия, хлорноватистой кислотой). Реакция проводится путем введения газообразного хлора в раствор хлорита натрия в условиях вакуума:

2NaClO₂ + Cl₂ → 2ClO₂ + 2NaCl

3. Взаимодействие хлората натрия с серной кислотой и перекисью водорода

2NaClO₃ + H₂SO₄ + H₂O₂ → 2ClO₂ + 2O₂ + Na₂SO₄

В настоящее время существуют установки, использующие все эти способы получения диоксида хлора для целей обеззараживания питьевой воды. Процесс получения и дозирования диоксида хлора в обрабатываемую воду полностью автоматизирован и не требует присутствия обслуживающего персонала.

В настоящее время диоксид хлора является наилучшей заменой хлору благодаря тому, что хлордиоксидная технология значительно более безопасна по сравнению с использованием жидкого хлора.

Диоксид хлора является сильным окислителем, который может восстанавливаться множеством способов, в зависимости от условий реакции. В случае обработки питьевой воды основной реакцией является присоединение одного электрона:

Хлорит-ион также является окислителем, и может участвовать в реакциях окисления-восстановления, хотя и значительно медленнее, чем диоксид хлора:

ClO₂ – + 4H + + 4e – → Cl – + 2H₂O

Именно наличие в воде хлорит-ионов обеспечивает длительное бактерицидное и бактериостатическое действие диоксида хлора.

Источник

Способы получения диоксида хлора

Название: Отбелка целлюлозы – Учебное пособие (Миловидова Л.А.)

Жанр: Сфера услуг

2.6.способы получение диоксида хлора

Поскольку диоксид хлора является нестабильным газом и в смеси с воздухом образу ет взрывоопасну ю смесь, то этот химикат может храниться только в виде водного раствора и производиться по месту с немедленным растворением в холодной воде. В виде водного раствора С102 является стабильным и может храниться в контейнерах при низкой температуре (= 5°С) без газовой фазы в течение длительного времени

Диоксид хлора можно получить двумя путями: восстановлением

хлорат- иона (С1СХ) в кислой среде или окислением иона хлорита (СЮ2 )■

Реакция восстановления протекает в кислой среде в соответствии с уравнением 23:

ClO>+2H* + l->ClOsH.O С23)

Получение диоксида хлора путем окисления хлорита не является экономически целесообразным. Эта реакция происходит как побочная при обработке целлюлозы диоксидом хлора. Выбор восстанавливающего реагента при получении диоксида хлора является очень важным с точки зрения оптимальных условий реакции, образования побочных продуктов и баланса химикатов на заводе.

Наиболее часто используемыми восстанавливающими реагентами являются диоксид серы, метанол, соляная кислота, хлорид натрия, перок-сид, которые взаимодействуют с хлоритом по следующим уравнениям реакций:

гею]+sa 2с/а+so2; (25>

4СЮ1+СНЮН +4H*^4Cl02+nc°°H+3Hj (26) ClOl+2Cl+2H^ClOsCL+H20 (27) 2СЮ]+Н202+2Н*^2С10і+0і+2Н20 (28)

Как видно из приведенных уравнений, использование диоксида серы позволяет получить в качестве побочного продукта ионы сульфата , который можно использовать в качестве источника серы в цикле регенерации химикатов. При использовании в качестве восстановителя метанола побочным продуктом является муравьиная кислота, которая легко разрушается в регенерационных котлах. Использование хлорид — ионов приводит к образованию хлора, который является активным реагентом при отбелке, но в схемах ECF будет вызывать проблемы. При использовании пероксида водорода не образуется вредных побочных продуктов, основным недостатком этого способа является его высокая стоимость.

При всех способах получения диоксида хлора идет побочная реакция разложения хлората до хлорида. Эта реакция может су щественно влиять на выход ОСЬ. Для подавления этой реакции в реакционную смесь подают хлорид натрия.

сю; + 6 я+ + бё -> сг + зн2о (29)

Технологическая схема любого способа получения диоксида хлора начинается с приготовления раствора хлората, который производится на химических заводах и поставляется на целлюлозный завод в кристалличе

ском виде. Хлорат растворяется в горячей чистой воде с образованием раствора с концентрацией 40 50 \%, который перекачивается в реактор. В реактор добавляются другие реагенты. Получающийся газ CIO2 отбирается и поглощается охлажденной чистой водой. Парциальное давление газа поддерживается на относительно низком уровне для того, чтобы избежать разложения CIO2 и «хлопков» в системе. Снижение концентрации газообразного CIO2 проводится паром или воздухом под вакуумом. Концентрация С102 в полученном водном растворе составляет не более 10 г/л.

Получение диоксида хлора по способу Мэтисона

Этот способ получил широкое распространение в 50 — х годах 20 века. В качестве восстанавливающего реагента используют SO2. Чтобы избежать развития побочной реакции разложения хлората до хлорида применяется концентрированная серная кислота. Концентрация серной кислоты составляет 400-450 г/л или 2,0 — 2,5 т H2SO4/T CIO2. Избыток серной кислоты, отбираемый из реактора, может быть использован в системе регенерации щелоков для компенсации потерь серы в производственном цикле.

На рис.5 приведена технологическая схема получения CIO2 по способу Мэтисона. Концентрированная серная кислота и раствор хлората натрия подаются в первичный реактор. Смесь S02 с воздухом закачивается в нижнюю часть реактора. Содержимое реактора охлаждается до температуры 40 °С с помощью водяной рубашки. Диоксид хлора отдувается из раствора воздухом и направляется в абсорбер, где поглощается охлажденной водой. Получающийся раствор диоксида хлора собирается в нижней части абсорбера. Жидкость из первичного реактора перетекает во вторичный реактор, где непрореагировавший хлорат взаимодействует с SO2. Отработанная жидкость из вторичного реактора продувается чистым воздухом для отделения оставшегося растворенного СЮ2 и откачивается в емкость для кислого реакторного остатка.

В современном варианте способа Мэтисона газ, отходящий из первичного реактора, не вступает в контакт с поступающей кислотой и хлоратом с целью уменьшения выноса кислоты в систему поглощения CIO2. К реагентам также добавляют NaCl для улучшения эффективности превращения СЮ 7 в СЮ2.

Эффективность способа Мэтисона составляет 90 \%. Как показано в таблице 6, при использовании этого способа образуется большое количество реакторных остатков. В побочных продуктах не должен содержаться хлор. Отработанная кислота может использоваться на некоторых ступенях отбелки для регулирования pH. В последних версиях способа, где применяется хлорид натрия, в качестве побочного продукта получается хлор-газ.

/ АБСОРБЕР V М СЮ2

Рис. 5 Схема получения диоксида хлора по способу Мэтисона. Способ R3 SIT

Этот способ объединяет получение диоксида хлора, кристаллизацию сульфата натрия и упаривание в одном реакторе. Технологическая схема этого однососудного реактора приведена на рис.6. В качестве восстановителя используется хлорид натрия. Основной реактор усилен испарителем с циркуляцией. Растворы ЫаСЮл и NaCl подаются в линию рециркуляции. Серная кислота добавляется позже, обычно после теплообменника. Диоксид хлора образуется сразу же после контакта с серной кислотой. Шлам, возвращаемый в реактор, содержит значительное количество CIO2 газа.

Газ отделяется в реакторе вместе с паром и направляется в непрямой холодильник, в котором конденсируется водяной пар. Оставшаяся смесь газов CIO2 и СІ2 проходит через абсорбционную систему, где CIO2 поглощается с образованием раствора СЮ2. Одновременно происходит растворение некоторого количества хлора, но большая часть будет направляться во второй абсорбер, где хлор поглощается водой или щелочью с образованием гипохлорита натрия NaClO.

Реакторный остаток представляет собой смесь серной кислоты и сульфата натрия. Он направляется через циклон на фильтр, где отделяются кристаллы Na2S04, которые затем растворяются в черном щелоке для

компенсации потерь щелочи и серы в цикле производства сульфатной целлюлозы.

Рис.6. Технологическая схема реактора получения СІО2 способом R3/SVP

Кислота возвращается в генератор, что приводит к сокращению использования количества соединений, содержащих серу, (табл.6). Оставшийся хлор после первого абсорбера также может реагировать с SO2 с образованием смеси серной и соляной кислот, которые могут быть использованы вновь для возмещения потерь кислоты и хлорида.

С12 + S02 + 2Н20 -> 2НС1 + H2S04 (30)

Способ с использованием HCl (R3H, R5)

На современных заводах улу чшилась работа систем регенерации химикатов и увеличилось использование СЮ2, вследствие чего количество реакторных остатков существенно превышает количество химикатов, необходимых для компенсации потерь щелочи и серы в цикле производства сульфатной целлюлозы. Этот факт стимулировал развитие процессов, в которых меньше используется серной кислоты.

2NaC103 + 2HCI + H2S04 -> 2CI02 + Na2S04 + Cl2 + Н20 (31)

Необходимая смесь серной и соляной кислот может быть получена в соответствии с уравнением (30).

Способ с соляной кислотой может осуществляться независимо, или может быть интегрирован с производством хлората (рис.5). В этом процессе не используется серная кислота:

2NaC103 + 4НС1 -> С102 + 2С12 + 2Н20 + 2NaCl (32) Хлорат получается как побочный продукт с помощью электролиза в соответствии с уравнением следующей реакции:

NaCl + ЗН20 -> NaC103 + ЗН2 (33) и побочный продукт С12 используется для получения соляной кислоты:

При использовании данного способа получения диоксида хлора не образуется побочных продуктов (рис.7).

По сравнению с другими способами производства интегрированное предприятие требует более высоких капитальных вложений и производство электроэнергии по месту использования.

Таблица 6 Типовые расходы требуемых химикатов и побочных продуктов для некоторых способов производства СЮ2 (т/т СЮ2)___^_

Источник