覃德光

（唐山氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山063305）

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司廢氯氣回收采用稀NaOH 吸收的方法，廢氯氣通過(guò)氫氧化鈉2 次回收，回收尾氣放空，生成的次氯酸鈉作為商品出售。在實(shí)際控制中，氫氧化鈉的濃度是預(yù)先配置好的，由于廢氯氣的流量是不可控制的， 需測(cè)定氫氧化鈉溶液中溶質(zhì)的反應(yīng)情況。

1 同一濃度時(shí)氯氣與堿液反應(yīng)密度計(jì)算

取￠=100 mm H=1 000 mm 圓管道計(jì)算。 設(shè)配制的NaOH 溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.92% ， 查表得20 ℃時(shí)的密度為1.13 g/cm3。則圓柱液體體積為：V=3.14×52×100=7 850 cm3，由W=ρV 得：圓柱中NaOH 溶液的重量為：W=1.13×7 850=8 870.5（g），則溶液中NaOH 的量為8 870.5×11.92%=1 057.363 6（g）。則溶液中H2O 的量為：8 870.5-1 057.363 6=7 813.136 4（g）。

通入Cl2后，假使后NaOH 完全反應(yīng)，生成物如下：

反應(yīng)后的總質(zhì)量為7 813.136+773.2+984.67+237.91=9 808.916（g），總體積變?yōu)? 850+237.91=8 087.91（cm3），溶液密度為ρ=W/V=9 808.916/8 087.91=1.212 8（g/cm3）。

通入Cl2后假使有25%NaOH 參與反應(yīng)，則生成物如下：

反應(yīng)后的總質(zhì)量為：7 813.136+193.3+246.17+59.48+793.022=9 105.11（g），總體積變?yōu)? 850+59.48=7 909.48（cm3），溶液密度為W/V=9 105.11/7 909.48=1.151 2（g/cm3）。

通入Cl2后，假使有50%NaOH 參與反應(yīng)，生成物如下：

反應(yīng)后的總質(zhì)量為7 813.136+386.60+492.33+118.95+528.68=9 339.696 （g）， 總體積變?yōu)? 850+118.95=7 968..95（m3），溶液密度為W/V=9 339.696/7 968.95=1.172（g/cm3）。

通入Cl2后，假使有75%NaOH 參與反應(yīng)，生成物如下：

反應(yīng)后的總質(zhì)量為7 813.136+579.9+738.5+178.43+264.34=9 574.306（g），總體積變?yōu)? 850+178.43=8 028.43（cm3），溶液密度為9 574.306/8 028.43=1.192 5（g/cm3）。

依次類(lèi)推計(jì)算可得出見(jiàn)表1。

表1 配制的NaOH溶液的百分比濃度為11.92%時(shí)的計(jì)算結(jié)果

繪制曲線圖如下：

同樣，可以算出當(dāng)配制的NaOH 濃度為15.09%時(shí)，反應(yīng)百分比與密度表的關(guān)系，見(jiàn)表2。

表2 NaOH濃度為15.09%時(shí)的計(jì)算結(jié)果

繪制曲線圖如下：

2 NaOH 配制濃度不同時(shí)的反應(yīng)液密度計(jì)算

配制NaOH 為不同濃度時(shí)， 百分之百反應(yīng)后液體密度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同濃度NaOH時(shí)，完全反應(yīng)后的液體密度

繪制曲線圖如下：

從以上計(jì)算可以看出，相同NaOH 起始濃度時(shí)，溶液密度隨NaOH 與Cl2反應(yīng)百分?jǐn)?shù)成線性關(guān)系，由P=ρg H 可知，當(dāng)保持液位不變時(shí)，可以用差壓變送器通過(guò)測(cè)量差壓變化的辦法來(lái)確定NaOH 是否反應(yīng)完成。然而，當(dāng)NaOH 原始配制濃度不同時(shí)，其起始差壓和差壓變化范圍均不同， 其濃度變化范圍與溶液起始密度關(guān)系見(jiàn)表4。 （液位保持1 m 距離不變）。

從表4 可以看出， 隨著NaOH 溶液起始濃度的增加，反應(yīng)完成后溶液密度差增加，同時(shí)，相同高度下用差壓變送器測(cè)量差壓△P=△ρg H 時(shí)的變化范圍也增加，又由于不同起始NaOH 濃度密度不同，在相同高度下起始差壓不同，這時(shí)，差壓變送器的零點(diǎn)不同，量程選擇也不同，為測(cè)量準(zhǔn)確，必須使每次配制的NaOH 溶液濃度相同，變送器零點(diǎn)才能穩(wěn)定，變送器量程選擇才符合要求。當(dāng)液柱高度變化后，不同濃度下的差壓變化范圍又將不同，因此，必須根據(jù)實(shí)際設(shè)備情況確定，當(dāng)然，實(shí)際液柱高度越高，相同起始濃度下其壓差變化越大，對(duì)密度變化測(cè)量越有利。

表4 NaOH配制濃度與反應(yīng)完成密度的關(guān)系

3 NaOH 反應(yīng)完成后的情況分析

同樣取￠=100 mm H=1 000 mm 圓管計(jì)算，設(shè)配置的NaOH 溶液的百分比濃度為11.92% ，通過(guò)上述計(jì)算得，反應(yīng)完成后溶液密度為9 808.916/8 087.91=1.212 8（g/cm3）。 其體積增加了，假使氯氣與堿反應(yīng)生成氯化鈉， 次氯酸鈉時(shí)溶解體積變化不計(jì)， 取與該起始濃度下與燒堿完全反應(yīng)的氯氣量的10%作過(guò)量計(jì)算，結(jié)果如下：

反應(yīng)后的總質(zhì)量為7 813.136+773.2+984.67+237.91+48.24+69.39-23.79=9 902.75（g），總體積變?yōu)? 850+237.91-23.79=8 064.12（cm3），溶液密度為9 902.75/8 064.12=1.228 0（g/cm3）。由計(jì)算可知，其密度繼續(xù)增加。同樣方法可得出不同起始濃度時(shí)，氯氣10%過(guò)量反應(yīng)時(shí)的密度，見(jiàn)表5。

從上圖可以看出，該密度曲線斜率變低，雖然溶液密度繼續(xù)增加，但變化速率變緩。如果廢氯氣流量相對(duì)穩(wěn)定， 儀表測(cè)量記錄曲線顯示在100%反應(yīng)處出現(xiàn)拐點(diǎn)。

4 測(cè)量誤差分析

通過(guò)上述分析， 用微差壓變送器測(cè)量次氯酸鈉密度，達(dá)到控制反應(yīng)進(jìn)程的目的是可行的。通過(guò)上述

表5 氯氣過(guò)量10%時(shí)，NaOH配制濃度與密度的關(guān)系

繪制圖形如下：計(jì)算，發(fā)現(xiàn)測(cè)量精度的影響因素。

（1）次鈉與氯化鈉反應(yīng)過(guò)程中的溶解體積變化，在計(jì)算中被忽略。

（2）由于溶液密度與溫度有關(guān)，當(dāng)溫度變化時(shí)，由于密度變化將引起誤差， 特別是起始配制時(shí)的溫度與反應(yīng)后的溫度不可能完全一致， 可以通過(guò)不同溫度時(shí)的同種溶液的密度比較得出誤差。 實(shí)際控制過(guò)程中可以通過(guò)假使反應(yīng)溫度的辦法， 用反應(yīng)后溫度下的NaOH 密度作為起始密度計(jì)算。

（3）由于NaOH 濃度不同，溶液密度不同，反應(yīng)完成后吸收的氯氣量均不同，引起的差壓變化不同，所以，必須考慮起始NaOH 濃度變化。

5 結(jié)語(yǔ)

用差壓變送器測(cè)量氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng)過(guò)程中的密度，達(dá)到控制反應(yīng)進(jìn)程的目的，理論上是可行的，希望通過(guò)本文的介紹，能夠解決次鈉生產(chǎn)中的控制問(wèn)題，以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。