УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДНОГО РАСТВОРА ДИОКСИДА ХЛОРА И ХЛОРА

Предлагаемая полезная модель относится к установкам для производства раствора хлорсодержащих окислителей (хлор, гипохлорит, диоксид хлора), применяемых в качестве дезинфицирующих реагентов при обеззараживании и очистке питьевых, сточных, оборотных вод и других сред.
Известна установка Bello Zon  фирмы Prominent  (Германия), которая производит водный раствор диоксида хлора для обеззараживания воды. Установка содержит блок управления, реактор для получения диоксида хлора, дозирующие насосы для подачи реагентов в реактор, вентили и клапаны для регулирования потоков реагентов. Применяется с 2002 г. в г.Нижний Тагил Свердловской области Верхне-Выйский гидроузел [Гурвич В.Б., Хачатуров А.А., Селянкина К.П., Борзунова Е.А., Плотко Э.Г., Сайченко С.П., Акрамов Р.Л. "О целесообразности комбинированного использования хлора и диоксида хлора для обеззараживания питьевой воды в практике централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения города Нижнего Тагила", Сб. "Актуальные проблемы профилактики медицины в Уральском регионе", Екатеринбург, 2002, с.91-95].
В качестве реагентов для данных установок применяют раствор соляной кислоты и раствор хлорита натрия. Реагенты непрерывно подаются в реактор с помощью дозирующих насосов и заполняют весь его объем. Образующийся в реакторе диоксид хлора полностью растворяется в смеси реагентов и в виде водного раствора удаляется из верхней части реактора в камеру предварительного смешения байпасной трубы, по которой протекает водопроводная вода. В камере предварительного смешения байпасной трубы выдавливаемый из реактора раствор диоксида хлора с остатками непрореагировавших реагентов растворяется в проходящей воде, образуя рабочий раствор диоксида хлора. Далее этот рабочий раствор используют для обеззараживания обрабатываемой воды. В состав установки Bello Zon  входят также вентили, клапаны и другие устройства для регулирования потоков реагентов.
Недостатки данной установки заключаются в следущем.
Установка Bello Zon  использует дорогой и дефицитный хлорит натрия, который в России не производится. Установка Bello Zon  работает под давлением для того, чтобы весь выделяющийся в реакторе диоксид хлора оставался в рабочем растворе, не выделяясь в газовую фазу. Наличие избыточного давления предъявляет повышенные требования к герметичности и надежности всех узлов и мест сочленений трубопроводов установки. Применение летучей соляной кислоты также осложняет эксплуатацию установки и ухудшает условия работы обслуживающего персонала.
Известна установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора [патент РФ №45378], являющаяся прототипом полученной модели. Установка включает блок управления, реактор, дозирующие насосы, водоструйный эжектор, емкость для хранения серной кислоты, емкость для хранения раствора хлората и хлорида натрия, воздушный вентиль, емкость для хранения воды, ротаметр, электроконтактный мановакуумметр, клапаны и вентили.
Для получения раствора диоксида хлора и хлора используется реакция взаимодействия концентрированной серной кислоты с концентрированным раствором хлората и хлорида натрия, которые значительно дешевле хлорита натрия и соляной кислоты (сырье для установок Bello Zon ). Используемые в предлагаемой установке реагенты в промышленных масштабах производятся практически во всех странах, в том числе в России. Они не летучи, что улучшает условия труда обслуживающего персонала и облегчает эксплуатацию установки. Реактор предлагаемой установки работает под разрежением, поэтому исключается попадание диоксида хлора или реакционного раствора в окружающий воздух даже при нарушении герметичности каких-либо узлов. В предлагаемой установке нет каких-либо узлов или трубопроводов, в которых бы находились растворы с высокой (выше предела растворимости) концентрацией диоксида хлора и хлора, поэтому при внезапном отключении электроэнергии или уменьшении давления воды, ни в одном узле установки не происходит выделения диоксида хлора и хлора из растворов и не образуются его взрывоопасные смеси. Данные отличия повышают надежность и безопасность установки по сравнению с аналогом.
В состав установки входит также емкость, предназначенная для хранения и подачи в реактор воды с целью прекращения реакции выделения диоксида хлора и промывки реактора при возникновении аварийных ситуаций (отключение электроэнергии, уменьшение давления водопроводной воды и т.д.). Блок управления регулирует производительность установки по диоксиду хлора в зависимости от расхода обрабатываемой среды, выдает информацию об основных параметрах режима работы установки (разрежение в реакторе, наличие реагентов в емкостях, уровень воды в емкости) и управляет работой узлов установки в целом.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы установки за счет увеличения срока бесперебойной работы между профилактическими и ремонтными работами.
Техническая задача решается тем, что в установке для производства водного раствора диоксида хлора и хлора, использующей в качестве реагентов серную кислоту, хлорат и хлорид натрия, содержится блок управления, реактор для получения водного раствора диоксида хлора и хлора, контейнеры для реагентов, дозирующие насосы для подачи реагентов в реактор, емкость с водой для промывки реактора, вентили и клапаны для регулирования потоков материалов, водоструйный эжектор, индикатор расхода воздуха, измеритель-регулятор температуры и давления, система регулярной промывки реактора и датчик диоксида хлора. Реактор может быть снабжен также системой регулярной промывки эжектора и датчиком температуры.
На фигуре 1 представлено устройство установки.
Установка включает блок управления (1), измеритель-регулятор температуры и давления (2), преобразователь давления (3), клапан подачи воды в емкость с водой (4) для аварийной промывки реактора, реактор (5), многофункциональные клапаны (6, 13), дозирующие насосы (7, 12), контейнеры для реагентов (8, 11), водоструйный эжектор (9), датчик диоксида хлора (10), датчик температуры (14), клапан промывки реактора и эжектора (15), клапан промывки реактора (16), воздушный вентиль (17), емкость для хранения воды (18), индикатор расхода воздуха (19).
Установка работает следующим образом. Реагенты (раствор хлората и хлорида натрия и серная кислота) из контейнеров 8 и 11 насосами-дозаторами 7 и 12 через многофункциональные клапаны 6 и 13 подаются в реактор 5, где происходит химическая реакция с образованием водного раствора диоксида хлора и хлора и газообразных диоксида хлора и хлора. Для перемешивания реагентов в реактор 5 подается воздух, количество которого измеряется индикатором расхода воздуха 19 и регулируется вентилем 17. Образовавшаяся газожидкостная смесь из реактора 5 удаляется водоструйным эжектором 9, а получившийся рабочий раствор направляется на обработку воды в качестве комбинированного дезинфектанта. Содержание диоксида хлора в растворе контролируется датчиком 10. Емкость 18 заполняется через клапан 4 и служит для хранения воды, необходимой для заполнения реактора 5 через клапан 16 в начале каждого цикла работы и промывки его в конце работы. Периодическая промывка реактора 5 и эжектора 9 может осуществляется автоматически также с целью предотвращения забивки кристаллами сульфата натрия, которые могут образовываться в сечениях каналов при высыхании раствора. Для поддержания процесса в реакторе 5 в заданном режиме служит блок управления 1, который получает информацию о температуре и давлении в реакторе 5 от датчиков температуры 14 и давления 3 через измеритель-регулятор 2, а также в заданном режиме открывает и закрывает клапаны 15 (при регулярной промывке) и 16 (при пуске и нештатных ситуациях) промывки реактора 5 и эжектора 9 водой, контролирует работу насосов-дозаторов 7 и 12.
Реактор 5 представляет собой цилиндр объемом 1 л, имеющий штуцеры для подачи в реактор 5 серной кислоты, раствора хлората и хлорида натрия, воздуха и воды из емкости 7 и предохранительный клапан для сброса давления при аварийных ситуациях, а также выходной штуцер для отвода газо-воздушной смеси и отработанного реакционного раствора из реактора 5 в эжектор 9 и сливной клапан, через который из реактора 5 отводится отработанный реакционный раствор в канализацию при аварийных ситуациях.
При работе установки с малой производительностью по диоксиду хлора (менее 100 г/час) может возрастать вероятность обсыхания и забивки кристаллами сульфата натрия реактора и трубки слива из реактора 5 в эжектор 9 и самого эжектора 9. Для предотвращения этого установка снабжается дополнительной линией промывки и соответственно еще одним клапаном.
Пример. Установка по производству водного раствора диоксида хлора и хлора производительностью 100 г/ч по диоксиду хлора. В качестве реагентов используют серную кислоту с концентрацией 94-96% и водный раствор хлората и хлорида натрия, содержащий 310-330 г/л хлората натрия и 170-190 г/л хлорида натрия. Скорость подачи серной кислоты в реактор 5-0,15 л/ч. Скорость подачи раствора хлората и хлорида натрия в реактор 5-0,28 л/ч. Разрежение в реакторе составляет 0,03 МПа. Давление воды на входе в эжектор 9-0,3 МПа. Расход воды через эжектор 9 - не более 2000 л/ч. Двенадцать раз в сутки производится автоматическая промывка реактора 5 через трубку слива из реактора 5 в эжектор 9 и самого эжектора 9. Содержание дезинфицирующего реагента контролируется по диоксиду хлора датчиком 10.
При указанных выше режимах производительность установки по диоксиду хлора составляет 50 г/ч, а концентрация диоксида хлора в отходящем из эжектора 9 рабочем растворе составляет не менее 45 мг/л.
При этом срок бесперебойной работы установки-прототипа с аналогичными показателями, но без автоматической промывки реактора и трубки слива из реактора в эжектор и эжектор составлял 7 суток (он был принят в качестве срока между профилактическими работами). В установке по примеру в связи с бесперебойной работой срок между профилактическими работами увеличен до 1 раза в квартал. При этом в случае возникновения аварийных ситуаций в сетях (отключение электроэнергии, перебой в подаче воды) срабатывала дополнительная сигнализация от датчика диоксида хлора.