本发明涉及一种以盐酸和氢氧化铝为原料生产聚合氯化铝的方法，包括反应和静置聚合两个过程。在反应过程中向盐酸和氢氧化铝的混合液中吹入适量的氯气，吹入的氯气与盐酸溶液中的水反应可生成盐酸和次氯酸。次氯酸作为化学反应的触媒，可使盐酸和氢氧化铝在接近常温和常压的条件迅速发生反应生成羟基氯化铝，从而可大大简化了聚合氯化铝的生产工艺和生产设备并显著缩短生产周期。而且，利用本发明所生产的聚合氯化铝成品络合有次氯酸，较加压反应法生产的聚合氯化铝产品具有更强的灭菌、杀藻、脱色和消毒作用，是一种优质高效的水净化剂。
1、一种以盐酸和氢氧化铝为原料生产聚合氯化铝的方法，包括反应和静置聚合两个过程，即首先使盐酸与氢氧化铝反应生成羟基氯化铝和水，然后使反应生成的羟基氯化铝通过静置自然聚合为聚合氯化铝；本发明的特征是在所述反应过程中向盐酸和氢氧化铝的混合液中吹入适量的氯气。
2、根据权利要求1所述的生产聚合氯化铝的方法，其特征在于所述反应过程中盐酸的浓度应大于或等于31%，反应温度为30-40℃，反应釜内的压力为0.02-0.03Mpa。
3、一种利用权利要求1所述方法生产聚合氯化铝的装置，其特征在于由反应釜、盐酸计量缸、苛化碱液池和沉淀聚合池组成：反应釜内设有热水夹套和搅拌浆，其顶部设有盐酸投料口、氢氧化铝投料口和压力表，其下部设有氯气吹入阀和氯气散布喷管，其底部设有放料阀；盐酸计量缸通过阀门与反应釜的盐酸投料口相连；苛化碱液池通过残余气体放出阀与反应釜的盐酸投料口相连，池中盛有用于吸收残余酸性气体的碱液；沉淀聚合池为斜底池并位于反应釜放料阀的下方，其深侧下部通过成品泵与成品贮罐相连，其深侧下部通过回收泵与反应釜氢氧化铝投料口相连。
生产聚合氯化铝的方法和装置
技术领城
本发明涉及一种以盐酸和氢氧化铝为原料生产聚合氯化铝的方法和装置，特别是涉及一种在接近常温和常温的条件下生产聚合氯化铝的方法和装置。
背景技术
按，聚合氯化铝又称碱式氯化铝或羟基氯化铝，是一种介于氢氧化铝和氯化铝之间的水解产物，其化学通式为[Al2(OH)2Cl6-n]m，其中m≤10,n=1~5。由于聚合氯化铝是通过在羟基架桥聚合而成的高分子化合物，故极易溶于水并可发生水解而产生凝聚、吸附、沉淀等一系列
物理化学作用；因此，聚合氯化铝常被用作净化处理饮用水、生活污水、工业给水和工业废水的絮凝剂，以除去水中的铁、锡、氯离子以及放射性污染物和浮油等杂物。聚合氯化铝作为水净化剂时，其活性与羟基氯化铝分子中的氯原子个数有关，氯原子个数越多，其活性越好。
现有技术中，以盐酸和氢氧化铝为原料生产聚合氯化铝的方法主要包括加压反应和静置聚合两个过程，加压反应即是在加热加压的条件下使盐酸与氢氧化铝反应生成羟基氯化铝和水，其反应式为：Al3(OH)3+HCl--Al2(OH)nCl6-n + H2O
静置聚合即是将加压反应生成的羟基氯化铝通过静置而自然聚合成聚合氯化铝成品[Al2(OH)nCl6-n]m。这一方法的突出缺陷是，必须利用过
热蒸汽将反应釜内的温度升到150-157℃，并将压力提高到0.27--0.34Mpa，才能使盐酸与氢氧化铝发生反应而生成羟基氯化铝；
因此，其生产工艺和生产设备都比较复杂。而且，盐酸与氢氧化铝的反应速度相当缓慢，一般需要4-5小时才能完成，因此其生产周期也比较长。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种以盐酸和氢氧化铝为原料生产聚合氯化铝的方法和装置，以使盐酸和氢氧化铝在接近常温和常压的条件下即能迅速发生化学反应而生成羟基氯化铝和水，从而可大大简化聚合氯化铝的生产工艺和生产设备并显著缩短其生产周期。
为了实现上述目的，本发明在反应过程中向盐酸和氢氧化铝混合液中吹入适量的氯气(Cl2)。吹入盐酸和氢氧化铝的混合液中的氯气可与盐酸溶液中的水发生反应而生成盐酸(HCl)、次氯酸(HClO)和极少量的其他氯氧化物，因此可迅速提高混合液中的H+离子浓度。尤为重要的是，次氯酸分子所携带的氢氧根与氮氧化铝分子所携带的氢氧根将产生“架桥趋势”而削弱氢氧化铝分子内部的铝离子与氢氧根的化学键联系，使得盐酸与氢氧化铝在接近常温和常压的条件下即能迅速发生化学反应而生成羟基氯化铝和水。
需要指出的是，由于次氯酸的分子结构中带有一个氢氧根，因此，它与氢氧化铝之间的相容性要优于盐酸于氢氧化铝的相容性。也就是说，当混合液中盐酸的浓度足以与氢氧化铝进行反应时，次氯酸并不直接与氢氧化铝发生化学反应，而只是充当盐酸与氢氧化铝反应的触媒。在这种情况下，盐酸与氢氧化铝的反应实际上将分两步进行。首先，盐酸与氢氧化铝以次氯酸为触媒进行初步反应生成初级羟基氯化铝和水，其反应式为：
(A):Al(OH)3+HCl→Al2(OH)2Cl+H2O
然后，盐酸与初级羟基氯化铝以次氯酸为触媒进一步反应生成羟基氯化铝和水，其反应式为：
(B):2Al(OH)2Cl+HCl→Al2(OH)3Cl3+H2O 或
(C):4Al(OH)2Cl+4HCl→2Al2(OH)2Cl4+4 H2O 或
(D):4Al(OH)2Cl+6HCl→2Al2(OH)Cl5+6H2O
由反应式(B)、(C)、(D)可知，生成物羟基氯化铝分子中所带氧原子的个数很大程度上取决于参加反应的盐酸中氯化氢(HCl)的含量。一般来说，当反应进行到(B)时，聚合氯化铝的前期生产即告完成。
还雷要特别指出的是，作为反应触媒的次氯酸将一直保留到聚合氯化铝成品溶液中并借助其自身携带的OH-离子与聚合氯化铝分子的羟基络合，使聚合氯化铝成品成为络合有次氯酸的聚合氯化铝。由于次氯酸具有强烈的氧化作用，因此在水质净化过程中可起到快速灭菌、杀藻、脱色和消毒的作用。从这个意义讲，利用本发明生产的络合有次氯酸的聚合氯化铝将比加压反应法生产的聚合氯化铝具有更强的灭菌、杀藻、脱色和消毒作用，因而是一种更为有效的水净化剂。
本发明中利用上述方法生产聚合氯化铝的装置可由反应釜、盐酸计量缸，苛化碱液池和沉淀聚合池组成。反应釜内设有热水夹套和搅拌浆，其顶部设有盐酸投料口和氢氧化铝投料口以及压力表，其下部设有氯气吹入阀和氯气散布喷管，其底部设有放料阀；盐酸计量缸通过阀门与反应釜的盐酸投料口相连；苛化碱液池通过残余气体放出阀与反应釜的盐酸投料口相连，池中盛有用于吸收酸性气体的碱液；沉淀聚合池为料底池并位于反应釜放料阀的下方，其深侧下部通过成品泵与成品贮罐相连，其深侧下部通过回收泵与反应釜的氢氧化铝投料口相连。
在上述装置中，盐酸和氢氧化铝分别由盐酸投料口和氢氧化铝投料口投入反应釜中，氯气则通过氯气吹入阀和氯气散布喷管吹入反应釜内。吹入反应釜的氯气将与盐酸溶液中的水发生化学反应生成盐酸和次氯酸，盐酸与氢氧化铝以次氯酸为触媒进行反应生成羟基氯化铝和水。生成的羟基氯化铝和次氯酸通过放料阀放入沉淀聚合池中静置后，羟基氯化铝可自然聚合成聚合氯化铝并与次氯酸络合。络合有次氯酸的聚合氯化铝成品将聚集在沉淀聚合池的上部，而沉淀于池底的沉淀物多为尚未反应完全的初级羟基氯化铝。
总之，利用本发明可使盐酸和氢氧化铝在接近常温和常压的条件下迅速发生反应生成羟基氯化铝，因此可大大简化聚合氯化铝的生产工艺和生产设备并显著缩短生产周期。而且，利用本发明生产的聚合氯化铝成品络合有次盐酸，将比加压反应法生产的聚合氯化铝具有更强的灭菌、杀藻、脱色和消毒的功能。以下结合具体实施例对本发明生产聚合氯化铝的方法和
装置的技术特征作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明中生产聚合氯化铝的装置的组成示意图。
具体实施方式
如图1所示，以盐酸和氢氧化铝为原料利用本发明生产聚合氯化铝时，首先将盐酸和氢氧化铝按反应式(A)和(B)给出的投料比例分别由盐酸投料口3和氢氧化铝投料口2投入反应釜1中，其中盐酸的浓度应大于或等于31%。为准确控制盐酸的投入量，应利用盐酸泵17将盐酸由盐酸贮罐4泵入盐酸计量缸5并经计量后再经阀门18投入反应釜1中。封闭投料口2和投料口3后，通过循环入口8和循环出口9向反应釜1的热水夹套中通入循环热水，以使反应釜1内的物料维持在30-40℃。与此同时，通过氯气吹入阀6和氯气散布喷管向反应釜1内吹入氯气，并启动电机7驱动搅拌反应釜1内的物料。当反应釜1内的压力达到0.02-0.03Mpa时，停止吹入氯气并继续搅拌物料至少80分钟，以使物料充分进行化学反应。然后停止搅拌并打开盐酸投料口3和残余气体放出阀11，将反应釜1内的残余酸性气体导入苛化碱液池16由碱液吸收，以避免酸性气体直接排入大气而造成环境污染。然后再打开投料口2和放料阀10，将反应后的物料通过放料阀放入沉淀聚合池12静置8-12小时，反应生成的羟基氯化铝即自动聚合为聚合氯化铝并与次氯酸络合成为聚合氯化铝成品。聚合氯化铝成品是一种玻璃状的透明液并聚集于沉淀聚合池的上部(其密度大于或等于1.21，氧化铝含量大于或等于12%，盐基度大于或等于60%)，可利用沉淀聚合池深侧上部的成品泵13输送至成品贮罐14内。沉淀于沉淀聚合池底部的沉淀物多为尚未反应完全的羟基氯化铝半成品，可利用沉淀聚合池深侧下部的回收泵15重新送回反应釜1再次进行反
应。
综上所述可知，本发明以次氯酸为触媒可使盐酸和氢氧化铝在接近常温和常压的条件下迅速发生化学反应生成羟基氯化铝，从而可大大简化聚合氯化铝的生产工艺和生产设备并显著缩短生产周期。而且，所生产的络合有次氯酸的聚合氯化铝成品较加压反应法生产的聚合氯化铝具有更强的灭菌、杀菌、脱色和消毒作用，是一种优质高效的水净化剂。
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