氯气回收中的次氯酸钠密度测量计算的分析

覃德光

（唐山氯碱有限责任公司，河北 唐山063305）

唐山三友氯碱有限责任公司废氯气回收采用稀NaOH 吸收的方法，废氯气通过氢氧化钠2 次回收，回收尾气放空，生成的次氯酸钠作为商品出售。在实际控制中，氢氧化钠的浓度是预先配置好的，由于废氯气的流量是不可控制的， 需测定氢氧化钠溶液中溶质的反应情况。

1 同一浓度时氯气与碱液反应密度计算

取¢=100 mm H=1 000 mm 圆管道计算。 设配制的NaOH 溶液的质量分数为11.92% ， 查表得20 ℃时的密度为1.13 g/cm3。则圆柱液体体积为：V=3.14×52×100=7 850 cm3，由W=ρV 得：圆柱中NaOH 溶液的重量为：W=1.13×7 850=8 870.5（g），则溶液中NaOH 的量为8 870.5×11.92%=1 057.363 6（g）。则溶液中H2O 的量为：8 870.5-1 057.363 6=7 813.136 4（g）。

通入Cl2后，假使后NaOH 完全反应，生成物如下：

反应后的总质量为7 813.136+773.2+984.67+237.91=9 808.916（g），总体积变为7 850+237.91=8 087.91（cm3），溶液密度为ρ=W/V=9 808.916/8 087.91=1.212 8（g/cm3）。

通入Cl2后假使有25%NaOH 参与反应，则生成物如下：

反应后的总质量为：7 813.136+193.3+246.17+59.48+793.022=9 105.11（g），总体积变为7 850+59.48=7 909.48（cm3），溶液密度为W/V=9 105.11/7 909.48=1.151 2（g/cm3）。

通入Cl2后，假使有50%NaOH 参与反应，生成物如下：

反应后的总质量为7 813.136+386.60+492.33+118.95+528.68=9 339.696 （g）， 总体积变为7 850+118.95=7 968..95（m3），溶液密度为W/V=9 339.696/7 968.95=1.172（g/cm3）。

通入Cl2后，假使有75%NaOH 参与反应，生成物如下：

反应后的总质量为7 813.136+579.9+738.5+178.43+264.34=9 574.306（g），总体积变为7 850+178.43=8 028.43（cm3），溶液密度为9 574.306/8 028.43=1.192 5（g/cm3）。

依次类推计算可得出见表1。

表1 配制的NaOH溶液的百分比浓度为11.92%时的计算结果

绘制曲线图如下：

同样，可以算出当配制的NaOH 浓度为15.09%时，反应百分比与密度表的关系，见表2。

表2 NaOH浓度为15.09%时的计算结果

绘制曲线图如下：

2 NaOH 配制浓度不同时的反应液密度计算

配制NaOH 为不同浓度时， 百分之百反应后液体密度计算结果见表3。

表3 不同浓度NaOH时，完全反应后的液体密度

绘制曲线图如下：

从以上计算可以看出，相同NaOH 起始浓度时，溶液密度随NaOH 与Cl2反应百分数成线性关系，由P=ρg H 可知，当保持液位不变时，可以用差压变送器通过测量差压变化的办法来确定NaOH 是否反应完成。然而，当NaOH 原始配制浓度不同时，其起始差压和差压变化范围均不同， 其浓度变化范围与溶液起始密度关系见表4。 （液位保持1 m 距离不变）。

从表4 可以看出， 随着NaOH 溶液起始浓度的增加，反应完成后溶液密度差增加，同时，相同高度下用差压变送器测量差压△P=△ρg H 时的变化范围也增加，又由于不同起始NaOH 浓度密度不同，在相同高度下起始差压不同，这时，差压变送器的零点不同，量程选择也不同，为测量准确，必须使每次配制的NaOH 溶液浓度相同，变送器零点才能稳定，变送器量程选择才符合要求。当液柱高度变化后，不同浓度下的差压变化范围又将不同，因此，必须根据实际设备情况确定，当然，实际液柱高度越高，相同起始浓度下其压差变化越大，对密度变化测量越有利。

表4 NaOH配制浓度与反应完成密度的关系

3 NaOH 反应完成后的情况分析

同样取¢=100 mm H=1 000 mm 圆管计算，设配置的NaOH 溶液的百分比浓度为11.92% ，通过上述计算得，反应完成后溶液密度为9 808.916/8 087.91=1.212 8（g/cm3）。 其体积增加了，假使氯气与碱反应生成氯化钠， 次氯酸钠时溶解体积变化不计， 取与该起始浓度下与烧碱完全反应的氯气量的10%作过量计算，结果如下：

反应后的总质量为7 813.136+773.2+984.67+237.91+48.24+69.39-23.79=9 902.75（g），总体积变为7 850+237.91-23.79=8 064.12（cm3），溶液密度为9 902.75/8 064.12=1.228 0（g/cm3）。由计算可知，其密度继续增加。同样方法可得出不同起始浓度时，氯气10%过量反应时的密度，见表5。

从上图可以看出，该密度曲线斜率变低，虽然溶液密度继续增加，但变化速率变缓。如果废氯气流量相对稳定， 仪表测量记录曲线显示在100%反应处出现拐点。

4 测量误差分析

通过上述分析， 用微差压变送器测量次氯酸钠密度，达到控制反应进程的目的是可行的。通过上述

表5 氯气过量10%时，NaOH配制浓度与密度的关系

绘制图形如下：计算，发现测量精度的影响因素。

（1）次钠与氯化钠反应过程中的溶解体积变化，在计算中被忽略。

（2）由于溶液密度与温度有关，当温度变化时，由于密度变化将引起误差， 特别是起始配制时的温度与反应后的温度不可能完全一致， 可以通过不同温度时的同种溶液的密度比较得出误差。 实际控制过程中可以通过假使反应温度的办法， 用反应后温度下的NaOH 密度作为起始密度计算。

（3）由于NaOH 浓度不同，溶液密度不同，反应完成后吸收的氯气量均不同，引起的差压变化不同，所以，必须考虑起始NaOH 浓度变化。

5 结语

用差压变送器测量氯气与氢氧化钠溶液反应过程中的密度，达到控制反应进程的目的，理论上是可行的，希望通过本文的介绍，能够解决次钠生产中的控制问题，以提高生产的自动化水平。