氯氣回收中的次氯酸鈉密度測量計算的分析

覃德光

（唐山氯堿有限責任公司，河北 唐山063305）

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

1 同一濃度時氯氣與堿液反應密度計算

取￠=100 mm H=1 000 mm 圓管道計算。 設配制的NaOH 溶液的質量分數為11.92% ， 查表得20 ℃時的密度為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，生成物如下：

反應后的總質量為7 813.136+773.2+984.67+237.91=9 808.916（g），總體積變為7 850+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，則生成物如下：

反應后的總質量為：7 813.136+193.3+246.17+59.48+793.022=9 105.11（g），總體積變為7 850+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，生成物如下：

反應后的總質量為7 813.136+386.60+492.33+118.95+528.68=9 339.696 （g）， 總體積變為7 850+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，生成物如下：

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

依次類推計算可得出見表1。

表1 配制的NaOH溶液的百分比濃度為11.92%時的計算結果

繪制曲線圖如下：

同樣，可以算出當配制的NaOH 濃度為15.09%時，反應百分比與密度表的關系，見表2。

表2 NaOH濃度為15.09%時的計算結果

繪制曲線圖如下：

2 NaOH 配制濃度不同時的反應液密度計算

配制NaOH 為不同濃度時， 百分之百反應后液體密度計算結果見表3。

表3 不同濃度NaOH時，完全反應后的液體密度

繪制曲線圖如下：

從以上計算可以看出，相同NaOH 起始濃度時，溶液密度隨NaOH 與Cl2反應百分數成線性關系，由P=ρg H 可知，當保持液位不變時，可以用差壓變送器通過測量差壓變化的辦法來確定NaOH 是否反應完成。然而，當NaOH 原始配制濃度不同時，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系見表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，反應完成后溶液密度差增加，同時，相同高度下用差壓變送器測量差壓△P=△ρg H 時的變化范圍也增加，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，差壓變送器的零點不同，量程選擇也不同，為測量準確，必須使每次配制的NaOH 溶液濃度相同，變送器零點才能穩定，變送器量程選擇才符合要求。當液柱高度變化后，不同濃度下的差壓變化范圍又將不同，因此，必須根據實際設備情況確定，當然，實際液柱高度越高，相同起始濃度下其壓差變化越大，對密度變化測量越有利。

表4 NaOH配制濃度與反應完成密度的關系

3 NaOH 反應完成后的情況分析

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

反應后的總質量為7 813.136+773.2+984.67+237.91+48.24+69.39-23.79=9 902.75（g），總體積變為7 850+237.91-23.79=8 064.12（cm3），溶液密度為9 902.75/8 064.12=1.228 0（g/cm3）。由計算可知，其密度繼續增加。同樣方法可得出不同起始濃度時，氯氣10%過量反應時的密度，見表5。

從上圖可以看出，該密度曲線斜率變低，雖然溶液密度繼續增加，但變化速率變緩。如果廢氯氣流量相對穩定， 儀表測量記錄曲線顯示在100%反應處出現拐點。

4 測量誤差分析

通過上述分析， 用微差壓變送器測量次氯酸鈉密度，達到控制反應進程的目的是可行的。通過上述

表5 氯氣過量10%時，NaOH配制濃度與密度的關系

繪制圖形如下：計算，發現測量精度的影響因素。

（1）次鈉與氯化鈉反應過程中的溶解體積變化，在計算中被忽略。

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

（3）由于NaOH 濃度不同，溶液密度不同，反應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 結語

用差壓變送器測量氯氣與氫氧化鈉溶液反應過程中的密度，達到控制反應進程的目的，理論上是可行的，希望通過本文的介紹，能夠解決次鈉生產中的控制問題，以提高生產的自動化水平。