Jatkuvatoimisen natriumhypokloriittireaktorin mallinnus
Jani Siitonen (2009)
Tiivistelmä
Natriumhypokloriittia voidaan valmistaa kloorista ja lipeästä jatkuvatoimisessa absorberissa. Tässä työssä tutkittiin kokeellisesti, miten kaasun ja nesteen virtausnopeudet vaikuttavat täytekappalekolonnin tulvimiseen ja painehäviöön, kuinka nopeasti kloori absorboituu lipeään ja kuinka suuri hypokloriittiliuoksen kierrätys tarvitaan, ettei hypokloriitti ala hajota. Lisäksi luotiin matemaattinen malli, jolla voidaan mitoittaa jatkuvatoiminen vastavirtaperiaatteella toimiva natriumhypokloriittireaktori. Kloori–lipeäsysteemin havaittiin tulvivan suuremmilla virtausnopeuksilla kuin ilma–vesisysteemin. Tosin osa kloorista absorboituu jo ennen täytekappalekerrosta, minkä vuoksi kaasun todellinen virtausnopeus täytekappalekerroksen alaosassa on pienempi kuin mitattu arvo. Kolonnin painehäviö nousee erittäin jyrkästi tulvimispisteen läheisyydessä. Koska kloori absorboituu lähes täydellisesti ja vain kolonnin alaosa tulvii, voidaan kolonnia painehäviön kannalta operoida lähellä tulvimispistettä. Sekä mallinnuksen että koetulosten perusteella yli 99,99 % kloorista absorboituu koeolosuhteissa kahden metrin täytekappalekerroksessa. Nopea absorptio johtuu erittäin nopeasta, irreversiibelistä kloorin reaktiosta ja prosessille tyypillisestä natriumhydroksidikonversion rajoittamisesta alle 94 %:iin. Jotta varmistetaan, ettei hypokloriitti ala hajota, valmista hypokloriittiliuosta täytyy kierrättää kolonniin vähintään noin 4-kertainen määrä tuoreen lipeän syöttömäärän nähden. Sodium hypochlorite can be produced by adding chlorine gas to caustic soda in a continuous absorber. In this work, it was determined experimentally how gas and liquid flow rates affect flooding point and pressure drop in a packed bed column, how fast chlorine is absorbed into caustic soda and how much sodium hypochlorite solution must be recycled to avoid the decomposition of hypochlorite. In addition, a mathematical model was developed to design a continuous countercurrent sodium hypochlorite reactor. Chlorine/sodium hydroxide system was observed to flood at higher flow rates than air/water system. However, some chlorine was already absorbed before the packed bed. Therefore, the real velocity of gas was lower than the measured value. The pressure drop in the column increases very rapidly near the flooding point. Because chlorine is absorbed almost completely and only the bottom of the packed bed is flooding, the column can be operated near the flooding point without excessive pressure drop. According to both the modeling and experimental results over 99.99% of chlorine gas is absorbed in 2 m backed bed in experimental conditions. Fast absorption is caused by an instantaneous irreversible reaction of chlorine and the limitation of sodium hydroxide conversion below 94%. In order to avoid the decomposition of hypochlorite, the produced hypochlorite solution must be recycled in approximately four times greater amount compared to the fresh caustic soda feed.