氯气回收中的次氯酸钠密度测量与过程控制方法

摘要

本发明涉及氯碱行业中氯气的回收，特别是一种氯气回收中的次氯酸钠密度测量与过程控制方法。按如下步骤进行：在次钠储槽上安装差压变送器，将首次配置好浓度的稀NaOH溶液次钠储槽中，次钠储槽液位高度在碱液循环反应过程中始终高于差压变送器上法兰孔；测算差压变送器压力值△P；差压变送器压力值△P与所选择的差压变送器的量程PH的比值即为报警点；当差压变送器指示到达报警点时，表示NaOH溶液反应完成；差压变送器安装调试完毕,启动碱液循环泵开始循环吸收氯气，观察密度变化，当NaOH溶液完全反应完成，停循环泵，启动次钠泵排出成品；用差压变送器测量氯气与氢氧化钠溶液反应过程中的密度，从而能够控制反应进程。

说明书

技术领域

本发明涉及氯碱行业中氯气的回收，特别是一种氯气回收中的次氯酸钠密度测量与过程控制方法。

背景技术

电解法制碱都涉及废Cl₂气回收问题，现有技术中采用稀NaOH进行吸收的方法进行，流程图如图1所示，从流程图中可以看出废氯气通过NaOH两次回收，回收尾气放空，生成的次氯酸钠作为商品出售，在实际控制过程中，氢氧化钠的浓度是预先配置好的，由于废氯气的流量是不可控的，如何才能得知氢氧化钠溶液中溶质已反应完成，如何测量，一直是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法简单的氯气回收过程中次氯酸钠密度测量与过程控制方法。

本发明采用如下技术方案：

一种氯气回收中的次氯酸钠密度测量与过程控制方法，按如下步骤进行：

在碱液循环槽或次钠储槽上安装法兰式差压变送器，上、下法兰孔的孔距定为H；在碱液循环槽或次钠储槽设置液位调整变送器零点；

将首次配置好浓度的稀NaOH溶液打入碱液循环槽或次钠储槽中，碱液循环槽或次钠储槽液位高度在碱液循环反应过程中始终高于差压变送器上法兰孔；

计算起始NaOH溶液的密度ρ₁：差压变送器的显示值/g×上、下法兰孔的孔距H；依据平衡反应方程式计算出NaOH完全反应后混合溶液的密度ρ₂；

将差压变送器的显示值调至零点，测算差压变送器压力值：△P=(ρ₂-ρ₁)gH；△P/75%取整即得到差压变送器量程P_H；

差压变送器压力值△P与所选择的差压变送器的量程P_H的比值即为报警点；当差压变送器指示到达报警点时，表示NaOH溶液反应完成；

差压变送器安装调试完毕,启动碱液循环泵开始循环吸收氯气，观察密度变化，当NaOH溶液完全反应完成，停循环泵，启动次钠泵排出成品；

用差压变送器测量氯气与氢氧化钠溶液反应过程中的密度，从而能够控制反应进程。

本发明与现有技术相比，通过次钠溶液随NaOH与氯气反应时密度变化，用差压变送器通过测量溶液密度的办法来确定NaOH是否反应完成，是一种简单并且实用的氯气回收过程中的次钠密度测量和自动控制方法。

本发明的所采用的优选方案是：

当第二次配制起始NaOH溶液时，起始NaOH浓度与首次一致，就无需调整差压变送器量程和零点；当第二次配制的NaOH溶液打入碱液循环槽或次钠储槽且液位高度超过上法兰孔时，差压变送器显示小于零表示浓度与首次比偏低；当差压变送器显示大于零表示浓度与首次比偏高；浓度偏低或偏高时需要调整配置水量，以达到标准首次配置的浓度。

相同NaOH溶液起始浓度时，应当保持液位恒定一致，用差压变送器通过测量差压变化确定NaOH是否反应完成。

设备采用具有上、下法兰孔的碱液循环槽或次钠储槽，上、下法兰的安装孔距设定是H米，并安装差压变送器；由质量百分比是32%的NaOH溶液按比例加水稀释的方法进行配制稀NaOH溶液，根据次钠成品浓度要求配制后稀NaOH浓度是11%~20%，碱液循环槽或次钠储槽液位高度在碱液循环反应过程中始终高于差压变送器上法兰孔；

所选用的差压变送器起始量程为0～60KPa；计算起始NaOH溶液的密度ρ₁：差压变送器的显示值/g×H米；依据平衡反应方程式计算出反应后混合溶液的密度ρ₂。

在碱液循环槽或次钠储槽上安装法兰式差压变送器；上、下法兰孔的孔距根据碱液循环槽或次钠储槽的高度设定为H=2米；在碱液循环槽或次钠储槽没有液位时调整变送器零点；

由质量百分比是32%的NaOH溶液按比例加水稀释的方法进行首次配制稀NaOH溶液，根据次钠成品浓度配制NaOH的浓度是11.92%，将稀碱液打入碱液循环槽或次钠储槽，要求碱液循环槽或次钠储槽液位高度在碱液循环反应过程中始终高于差压变送器上法兰孔；

所选用的差压变送器起始量程为0～60KPa；

计算起始NaOH溶液的密度ρ₁：差压变送器的显示值/g×2米；差压变送器的显示值单位换算成p_a ,密度ρ_1、ρ₂单位为：kg/m³，此时设差压变送器显示值设为2260p_a ，则ρ₁=2260×10/2=1130 kg/m³；ρ₁=2260×10/2=1130 kg/m³；

将差压变送器的显示值迁移至零点，测算并选择差压变送器的量程,测算方法如下：

根据已知起始NaOH溶液的密度查表得到此温度时NaOH溶液质量百分比浓度，计算氯气与碱液完全反应后的溶液密度：取Φ=100毫米，H₁=1000毫米的圆柱体NaOH溶液作为计算依据；并根据上述计算得到的起始NaOH溶液的密度ρ₁是：1.13g/cm³；NaOH百分比浓度为11.92%，则圆柱液体体积为：V=3.14×5²×100=7850cm³，由W=ρ₁V得：圆柱中NaOH溶液的总重量为：W=1.13×7850=8870.5g，根据百分比浓度计算出溶液中NaOH的质量为：8870.5×11.92%=1057.3636g；溶液中H₂O的质量为：8870.5-1057.3636=7813.1364g；

通入Cl₂后NaOH完全反应，生成物如下表：

Cl₂        +   2 NaOH   ---------  NaCl      +    NaClO      +     H₂O

反应后总质量为：

W=7813.136+773.2+984.67+237.91=9808.916g，

总体积是：V=7850+237.91=8087.91cm³，

溶液密度是：ρ₂=W/V=9808.916/8087.91=1.2128g/cm³；

根据计算得到的溶液密度ρ₂与起始NaOH溶液的密度ρ₁之差测算差压变送器量程△P=(ρ₂-ρ₁)gH=（1212.8-1130）×10×2=1656Pa ；△P/75%取整即得到差压变送器量程P_H=1656/0.75=2208Pa,取整得2200Pa；调整变送器量程到P_H=2200Pa；

设置报警点：

计算出的差压变送器的量程值△P与所选择的差压变送器的量程P_H的比值即为报警点；1656/2200×100%=75.27%,当压差压变送器指示到达报警点时，表示NaOH溶液反应完成；

差压变送器安装调试完毕,启动碱液循环泵开始循环吸收氯气，观察密度变化，当NaOH溶液完全反应完成，停循环泵，启动次钠泵排出成品；

第二次配制起始NaOH溶液时，只要起始NaOH浓度与首次浓度一致，也就是NaOH溶液浓度稳定，就无需调整差压变送器量程和零点，如果在二次配制的NaOH溶液打入碱液循环槽或次钠储槽且液位高度超过上法兰孔中心时；差压变送器显示不为零，表示配制浓度不准确；当差压变送器显示小于零表示浓度与首次相比偏低，当差压变送器显示大于零表示与首次比浓度偏高；下一次再配制时需要调整配置水量，以达到首次配置的浓度；

用差压变送器测量氯气与氢氧化钠溶液反应过程中的密度，从而达到控制反应进程。

附图说明

图1是氯气回收流程图。

图2是NaOH起始质量百分比浓度是11.92%时NaOH溶液密度与NaOH反应百分数曲线图。

图3是NaOH起始质量百分比浓度是15.09%时NaOH溶液密度与NaOH反应百分数曲线图。

图4是不同NaOH起始质量百分比浓度时，NaOH溶液密度与NaOH反应百分数曲线图。

图5是氯气过量时，NaOH溶液密度与NaOH反应百分数曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详述本发明

实施例1

一种氯气回收中的次氯酸钠密度测量与过程控制方法，按如下步骤进行：

在碱液循环槽或次钠储槽上安装法兰式差压变送器；上、下法兰孔的孔距根据碱液循环槽或次钠储槽的高度定为H=2米；在碱液循环槽或次钠储槽没有液位时调整变送器零点。

由质量百分比是32%的NaOH溶液按比例加水稀释的方法进行首次配制稀NaOH溶液，假于配制浓度根据次钠成品浓度要求是12%左右，将稀碱液打入碱液循环槽或次钠储槽，要求碱液循环槽或次钠储槽液位高度在碱液循环反应过程中始终高于差压变送器上法兰孔；也就是说，差压变送器测量值只反应NaOH与氯气反应过程中的密度变化，而没有液位变化带来的误差。

所选用的差压变送器为进口罗斯蒙特差压变送器，起始量程为0～60KPa。

计算起始NaOH溶液的密度ρ₁：差压变送器的显示值/g×2米；差压变送器的显示值单位换算成p_a ,密度ρ_1、ρ₂单位为：kg/m³，此时差压变送器显示值设置为2260p_a ，则ρ₁=2260×10/2=1130 kg/m³。

将差压变送器的显示值迁移至零点，测算并选择差压变送器的量程,测算方法如下：

根据已知起始NaOH溶液的密度查表得到此温度时NaOH溶液质量百分比浓度，计算氯气与碱液完全反应后的溶液密度：测算方法如下：取Φ=100毫米，H₁=1000毫米的圆柱体NaOH溶液作为计算依据；并根据上述计算得到的起始NaOH溶液的密度ρ₁是：1.13g/cm³；NaOH百分比浓度为11.92%，则圆柱液体体积为：V=3.14×5²×100=7850cm³，由W=ρ₁V得：圆柱中NaOH溶液的总重量为：W=1.13×7850=8870.5g，根据百分比浓度计算出溶液中NaOH的质量为：8870.5×11.92%=1057.3636g；溶液中H₂O的质量为：8870.5-1057.3636=7813.1364g；

通入Cl₂后NaOH完全反应，生成物如下表：

Cl₂        +   2 NaOH   ---------  NaCl      +    NaClO      +     H₂O

反应后总质量为：

W=7813.136（原有水量）+773.2（生成NaCl）+984.67(NaClO)+237.91(H₂O)=9808.916g，

总体积是：V=7850（原有体积）+237.91（生成水增加的体积）=8087.91cm³，（忽略溶质成分变化带来的体积变化）

溶液密度是：ρ₂=W/V=9808.916/8087.91=1.2128g/cm³。

根据计算得到的溶液密度ρ₂与起始NaOH溶液的密度ρ₁之差测算差压变送器量程△P=(ρ₂-ρ₁)gH=（1212.8-1130）×10×2=1656Pa ；△P/75%取整即得到差压变送器量程P_H=1656/0.75=2208Pa,取整得2200Pa。调整变送器量程到P_H=2200Pa。

设置报警点：

计算出的差压变送器的量程值△P与所选择的差压变送器的量程P_H的比值即为报警点；1656/2200×100%=75.27%,当压差压变送器指示到达报警点时，表示NaOH溶液反应完成。

差压变送器安装调试完毕,启动碱液循环泵开始循环吸收氯气，观察密度变化，当NaOH溶液完全反应完成，停循环泵，启动次钠泵排出成品；

第二次配制起始NaOH溶液时，只要浓度控制得当（将32%碱加水稀释的方法的到一定浓度的稀碱液，严格控制水、碱流量比，就可得到稳定浓度的稀碱液），只要起始NaOH浓度与首次浓度一致，也就是NaOH溶液浓度稳定，就无需调整差压变送器量程和零点，如果在二次配制的NaOH溶液打入碱液循环槽或次钠储槽且液位高度超过上法兰孔中心时；差压变送器显示不为零，表示配制浓度不准确；当差压变送器显示小于零表示浓度偏低（与第一次比），当差压变送器显示大于零表示浓度偏高（与第一次比），下一次再配制时需要调整配置水量，以达到标准（第一次配置的）浓度。

用差压变送器测量氯气与氢氧化钠溶液反应过程中的密度，从而达到控制反应进程的目的的理论基础是一定温度下，一定起始浓度下的NaOH溶液参与反应的NaOH质量百分数与溶液密度成线性关系。

实施例2：

一种氯气回收中的次氯酸钠密度测量与过程控制方法，按如下步骤进行：

在碱液循环槽或次钠储槽上安装法兰式差压变送器；上、下法兰孔的孔距根据碱液循环槽或次钠储槽的高度定为H=2米；在碱液循环槽或次钠储槽没有液位时调整变送器零点。

由质量百分比是32%的NaOH溶液按比例加水稀释的方法进行配制稀NaOH溶液，配制浓度根据次钠成品浓度要求是15.00%左右，将稀碱液打入碱液循环槽或次钠储槽，要求碱液循环槽或次钠储槽液位高度在碱液循环反应过程中始终高于差压变送器上法兰孔；也就是说，差压变送器测量值只反应NaOH与氯气反应过程中的密度变化，而没有液位变化带来的误差。

所选用的差压变送器为进口罗斯蒙特差压变送器。起始量程为0～60KPa。

计算起始NaOH溶液的密度ρ₁：差压变送器的显示值/g×2米；差压变送器的显示值单位换算成p_a ,密度ρ_1、ρ₂单位为：kg/m³，设此时差压变送器显示值为2330p_a ，则ρ₁=2330×10/2=1165 kg/m³。

将差压变送器的显示值迁移至零点，测算并选择差压变送器新的量程,测算方法如下：

根据已知起始NaOH溶液的密度查表得到此温度时NaOH溶液质量百分比浓度，计算氯气与碱液完全反应后的溶液密度：测算方法如下：取Φ=100毫米，H₁=1000毫米的圆柱体NaOH溶液作为计算依据；并根据上述计算得到的起始NaOH溶液的密度ρ₁是：1.165g/cm³；NaOH百分比浓度为15.09%，则圆柱液体体积为：V=3.14×5²×100=7850cm³，由W=ρ₁V得：圆柱中NaOH溶液的总重量为：W=1.165×7850=9145.25g，根据百分比浓度计算出溶液中NaOH的质量为：9145.25×15.09%=1380.02g；溶液中H₂O的质量为：9145.25-1380.02=7765.23g；

通入Cl₂后NaOH完全反应，生成物如下表：

Cl₂        +   2 NaOH   ---------  NaCl      +    NaClO      +     H₂O

反应后总质量为：

W=7765.23（原有水量）+1009.14（生成NaCl）+1285.14(NaClO)+310.5(H₂O)=10370.01g，

总体积是：V=7850（原有体积）+310.5（生成水增加的体积）=8160.5cm³，（忽略溶质成分变化带来的体积变化）

溶液密度是：ρ₂=W/V=10370.01/8160.5=1.2708g/cm³；

根据计算得到的溶液密度ρ₂与起始NaOH溶液的密度ρ₁之差测算差压变送器量程△P=(ρ₂-ρ₁)gH=（1270.8-1165）×10×2=2116Pa ，△P/75%取整即得到差压变送器量程P_H=2116/0.75=2821Pa,取整得2800Pa，调整变送器量程到P_H=2800Pa。

设置报警点：

计算出的差压变送器的量程值△P与所选择的差压变送器的量程P_H的比值即为报警点：2116/2800×100%=75.57%,当压差压变送器指示到达报警点时，表示NaOH溶液反应完成。

差压变送器安装调试完毕,启动碱液循环泵开始循环吸收氯气，观察密度变化，当NaOH溶液完全反应完成，停循环泵，启动次钠泵排出成品。

第二次配制起始NaOH溶液时，只要浓度控制得当（将32%碱加水稀释的方法的到一定浓度的稀碱液，严格控制水、碱流量比，就可得到稳定浓度的稀碱液），只要起始NaOH浓度与首次配制的浓度一致，就无需调整差压变送器量程和零点，如果在二次配制的NaOH溶液打入碱液循环槽或次钠储槽且液位高度超过上法兰孔中心时；差压变送器显示不为零，表示配制浓度不准确；当差压变送器显示小于零表示浓度偏低（与第一次比），当差压变送器显示大于零表示浓度偏高（与第一次比），下一次再配制时需要调整配置水量，以达到标准（第一次配置的）浓度。

用差压变送器测量氯气与氢氧化钠溶液反应过程中的密度，从而达到控制反应进程的理论基础是一定温度下，一定起始浓度下的NaOH溶液参与反应的NaOH质量百分数与溶液密度成线性关系。

实施例3：

与实施例1和实施例2不同之处是：

所配制NaOH浓度分别是11.01%或12.83%或13.73%或14.64%时，上、下法兰孔的孔距根据碱液循环槽或次钠储槽的高度定为H=1米，所分别对应的完全反应后液体密度如下：

从以上计算可以看出：相同NaOH起始浓度时，溶液密度随NaOH与Cl₂反应百分数成正比例变化，且变化与反应百分数成线性关系，由P=ρg H可知，当保持液位不变时，可以用差压变送器通过测量差压变化的办法来确定NaOH是否反应完成。然而，当NaOH原始配制浓度不同时，其起始差压和差压变化范围均不同，其浓度变化范围与溶液起始密度总结如下表：（液位保持1米距离不变）

从上表可以看出，随着NaOH溶液起始浓度的增加，反应完成后溶液密度差增加，同时，相同高度下用差压变送器测量差压△P=△ρg H时的变化范围也增加，又由于不同起始NaOH浓度密度不同，在相同高度下起始差压不同，这时差压变送器的零点不同，量程选择也不同，要想测量准确，必须使每次配制的NaOH溶液浓度要相同，此时的变送器零点才能稳定，同时变送器量程选择才符合要求。

实施例3表中计算差压是保持测量液柱高度为1米时计算，当液柱高度变化后，不同浓度下的差压变化范围又将不同，因此必须根据实际设备情况确定，当然，实际液柱高度越高，这相同起始浓度下其压差变化越大，对密度变化测量越有利。

反应完成后的情况分析：同样取00毫米，H₁=1000毫米圆管计算：设配置的NaOH溶液的百分比浓度为11.92% ，通过上述计算得，反应完成后溶液密度为ρ=W/V=9808.916/8087.91=1.2128g/cm³。其体积增加了，假使氯气与碱反应生成氯化钠，次氯酸钠时溶解体积变化不计，取与起始浓度下与烧碱完全反应的氯气量的10%作过量计算，得如下表：

Cl₂ +H₂O   --------- HCl + HClO      

711836.552.5093.84

反应后总质量：W=7813.136+773.2+984.67+237.91+48.24+69.39-23.79=9902.75g，

总体积变为：V=7850+237.91-23.79=8064.12cm³，

溶液密度为：ρ=W/V=9902.75/8064.12=1.2280g/cm³。

由计算可知，其密度继续增加。同样方法可得去不同起始浓度时，氯气10%过量反应时的密度如下表：

绘制图形如图5：从图形可以看出，密度曲线斜率出现变化，斜率变低，虽然溶液密度继续增加，但变化速率变缓。如果废氯气流量相对稳定，则在仪表测量记录曲线上在100%反应处出现拐点。

测量误差分析：

通过上述分析，用微差压变送器测量次氯酸钠密度，达到控制反应进程的目的是可行的，通过上述计算我们不难发现，影响测量精度的因素如下：

    次钠与氯化钠反应过程中的溶质变化后体积变化在计算中被忽略了。

由于溶液密度与温度有关系，当温度变化时，由于密度变化将引起误差，特别是起始配置时的温度与反应后的温度不可能完全一致，误差多少可以通过不同温度时的同种溶液的密度比较得出。实际控制过程中可以通过假使反应温度的办法，用反应后温度下的NaOH密度作为起始密度计算。

起始NaOH浓度差异，由于NaOH浓度不同，溶液起始密度不同，反应完成后吸收的氯气量均不同，引起的差压变化不同，所以必须保持起始NaOH浓度的恒定。

总之，用差压变送器测量氯气与氢氧化钠溶液反应过程中的密度，能够达到控制反应进程的目的。