表面活性剂生产工艺设备

第五节表面活性剂典型工艺及设备一、烷基磺酸盐Sa生产工艺--SAS1．磺氯化法RH+SO2+C12→RSO2C1+HClRSO2C1+2NaOH→RSO3Na+H2O+NaCl烷基磺酰氯烷基磺酰氯原油处理磺氯化反应脱气皂化脱盐脱油活性物调整磺氯化法包括：(1)原油处理：正构烷烃98%，碳数以C13～C17为宜，芳烃含量≤0.06%，碘值5g/100g，水分0.03%。对于氯气和SO2气体也有一定的要求，气体中的氧含量0.2%，因为烷基的氧化反应速率比氯化速率快100倍以上，所以反应过程中需要避免空气漏入。(2)磺氯化反应：紫外灯引发反应，SO2和C12按1.1∶l在气体混合器内混合，通入反应器。该反应是一个放热反应，除反应热外，紫外灯管也会放出一定的热量。为除去反应热可采用内冷却方式，也可以采用外冷却方式。内冷却是在反应器内装冷却管，这种方法冷却效果好，反应温度较稳定，但反应液搅动情况差。外冷却方式是采用循环泵和外冷却器，将一部分物料冷却后循环。这种方式物料循环好，反应液充分混合，设备维修也方便，缺点是反应在冷却前后温差较大，冷却过程中物料不受紫外光照，对反应不利。反应温度控制在30±2℃为宜，低于15℃时反应速率变慢，温度高时SO2和C12在重油中的溶解度降低，于反应不利。反应生成的氯化氢气体进入盐酸吸收装置，反应混合物进入脱气器。产物中溶解一部分HCl，未反应的C12和SO2，利用压缩空气，将这些气体吹脱，至反应混合物中的游离酸含量0.1%之后，进入皂化釜。整个皂化过程保持微碱性，中和温度保持在98～100℃，游离碱的含量为0.3～0.5%。磺酰氯产物不同，皂化所用的碱的浓度也不一样。(3)脱气和皂化：30%NaOH16.5%NaOH10%NaOH磺氯化产品的组成(4)脱油脱盐：未反应的蜡油，HCl、Cl2、SO2、无机盐磺氯化法制取烷基磺酸钠的工艺流程图1-反应器；2-脱气塔；3-气体吸收塔；4-中间贮罐；5-皂化器；6-分离器；7-分离器；8-蒸发器；9-磺酸盐分离器；10-油水分离器经处理的原料蜡进入反应器1，在紫外线照射下，由底部引入氯气和二氧化硫。反应后的物料部分经冷却后返回反应器，使反应温度保持在30℃，其它部分磺氯化物进入脱气塔2，脱气后的磺氯化物送入中间贮罐4，再在皂化器5中与氢氧化钠反应，然后在分离器6中分开残留的石蜡，下层进入分离器7，在此脱盐后，进入蒸发器8。然后在磺酸盐分离器9中分出磺酸盐。蒸出的部分在分离器l0中分离石蜡和水。由1和2放出的氯化氢气体进入气体吸收塔3用水吸收。皂化过程中，反应液应始终保持微碱性，游离碱含量为0.3～0.5%，反应温度保持在98～100℃，不能忽高忽低。如果反应液呈酸性或反应温度过高，会造成溢锅事故。液碱的加入要均匀，反应液的搅动要充分，这样可防止中和后泛酸。皂化所用碱液的浓度不同，磺氯化产物也不一样。M-80，M-50和M-30产物皂化时分别采用30%、16.5%和10%氢氧化钠的碱液。磺氯化产物皂化后得到的活性物溶液中含有未反应的烃也称重蜡油，需回收利用。RH+SO2+O2→RSO3H2.磺氧化法1.一般的化学反应设备二、表面活性剂生产的主要设备(1)化学反应设备的分类按照操作方法：间歇法、连续法和半连续法。按照反应物的混合状态：完全混合反应设备，挤压排出混合反应设备等。按照反应物的相状态：均相反应设备、各种异相反应设备等。按照传热方式：绝热型、自热交换型和外部热交换型反应设备等。（2）化学反应设备的结构和形式反应物在反应设备内要有适当的停留时间；具有传热的特性；能进行相与相之间的混合和搅拌。常用的化学反应设备有搅拌式、塔板式、填充式、滚筒式和喷射式等反应器。适合于小型、间歇操作。反应器内装有搅拌器，供反应物在搅拌下能充分接触并进行反应的设备。常用的搅拌器有桨式和涡轮式。多数搅拌式反应罐的外部有加热或冷却用夹套，或者在反应罐的内部装置蛇管，在夹套或蛇管内通入水蒸气或其他载热体进行加热交换。搅拌式桨式涡轮式不仅可以用作气体和液体的物料反应器，最主要是用于气体的吸收、吸附、蒸馏和萃取等过程，还可用于气体的冷却、除尘与净化。多层舱塔板，使气体与液体、气体与固体、液体与液体或液体与固体能充分接触，以促进其相互作用。为此，有的塔板上装有搅拌叶轮，或使塔板转动。塔板式塔板用以使两种流体密切接触，进行两相之间交换，以达到分离液体混合物或气体混合物组分的目的。反应设备的内部堆放填料，以增加液体和气体的接触面积，提高反应速率与传质能力。塔内液体一般从上往下流动，反应过程伴随着放热或吸热，采取适当的热交换方法以控制温度。一种有外部热交换器的填充塔，反应流体由塔上进入第一段填料，再进入外设热交换器，与管内的热媒进行热交换，然后进入下一段填料继续反应。除此之外，还可以用塔内热交换，经多次热交换以保证反应所需的温度。填充塔外部热交换式填充塔流化床式反应设备是用参加反应的流体使颗粒状的固体反应物产生流动，从而进行液-固相或气-固相之间的反应。固体随气流进入反应器内，反应后，反应物与生成物一起由下而上，从塔顶排出，再分离。另一种是反应生成物从塔顶排出，固体粒子由排出管从下面排出。流化床滚筒式：反应物料借回转的滚筒进行充分混合与反应；液柱式：参加反应的液体物料，借塔底进入的气体流而得到搅动，进行气—液之间反应；喷射式：反应物在反应器内通过喷嘴喷射而进行充分接触与反应。滚筒式①参加反应的物相是什么状态；②反应的温度要求，应该用什么方法进行热交换，如何控制所需要的温度；③反应的压力多大为宜；④反应时间，反应物停留的时间及空间速率；⑤生产能力，连续或间歇操作；⑥搅拌的形式；⑦对产品的质量要求；⑧经济条件，投资的大小。（3）设计与选择反应设备的出发点（1）固体物料的输送设备2.物料的输送带式输送机适用于输送细散的物料和包装好的产品。有金属链条式与橡胶皮带式的输送机。其优点是输送能力强，操作连续，动作平稳，摩擦损失小，动力消耗较低，对物料的损伤小，安装维修比较方便。利用螺旋的旋转以推动运送固体物料。适用于输送硬度不太大，摩擦力较小的粉状或块状物料。其优点是容易密闭运行，防止粉尘污染，占地面积小，便于操作与管理。缺点是运行阻力大，设备的磨损快，耗能较大。螺旋输送机吊链式输送机是由装有滚轮的吊挂式的工字梁轨道组成的，其占地面积很小，适用性广，尤其在需要浸入溶液中操作的生产中特别方便。斗式提升输送机由立式输送带与数目不等的装料斗所组成。主要用于在垂直方向上或大坡度的方向上输送颗粒状和粉状的物料。例如输送煤粉和小矿石。气流输送设备利用高速的空气流在经过管内时，把粉状物料带走。优点是物料输送过程全密闭，可以避免物料对环境的污染；缺点是设备较复杂，耗能大，对粉料的密度和粒度有一定要求。易产生静电的粉料有爆炸的危险则不宜选用这种设备。根据生产中液体物料的黏度，所含固体颗粒的大小，腐蚀性的强弱，温度与压力的高低等，应选择相应类型与材质的液体输送设备——泵。旋转泵(包括离心泵、轴流泵、齿轮泵)和往复泵。泵是靠泵内转子旋转来吸入或派出液体的。（2）液体物料的输送设备离心泵泵不改变其压力：由A处输送到B处，采用吹风机，排风机和抽风机提高气体的压力：气体压缩机减小气体的压力：真空泵，抽气机等，用于蒸发和干燥（3）气体输送设备（1）破碎与研磨设备粗粉碎、中粉碎、细粉碎和超级粉碎3.物料的破碎研磨与混合产品大小均匀，可立即从轧压部位排出，可调整粉碎度，操作方便，易磨损部位可以更换，有保险及防爆装置，粉尘污染少，耗能小。破碎机有颚式、锥式、滚筒式、锤式及球磨机颚式破碎机由活动牙板对固定牙板作周期性的往复运动而把物料破碎用于粗碎与中碎，粗碎石灰石，粗食盐块及其它矿石锥形破碎机由两个硬质合金钢轧板的圆锥体组成，将物料压碎适合于坚硬脆性的物料的破碎与混合滚筒轧碎机两个滚筒作相反方向的转动，适用于某些中等硬度的物料，煤的轧碎锤式破碎机机壳内的重锤对物料进行猛烈迅速的冲击使之粉碎主轴上装有钢质圆盘，圆盘上又装有固定的或可摆动的硬钢锤头。主轴转动时，锤头在各种不同位置上以很大的离心力锤击，把物料击碎。球磨机利用下落的钢球、鹅卵石等研磨体的冲击作用以及研磨体与球磨机内壁的研磨作用将物料粉碎、研磨和混合。（2）物料的混合通过滚筒的转动而把筒内的干粉状物料混合V型混合机两个圆形筒组成V型混合筒。由于V型混合筒不断地回转，产生重力和离心力的作用，被混合的物料沿着交叉的两个圆筒移动，在V型筒的尖端处反复冲撞与混合，这种设备也适于干粉的混合。是在一个固定的U型混合槽内，装上两个方向相反的叶片，固定在同一旋转轴上，随轴旋转，使物料作双向流动，以达到混合的目的。这种设备既适合于干粉也适合于湿润粉体的混合。例如用碳酸钠与磺酸中和生产洗涤剂的活性物时，把二者投加到螺旋叶片混合机中，边混合边推进。螺旋叶片型混合机固体物料和黏稠性的液体物料，或者黏稠性的液体和液体的混合，则要采用专门的捏和设备。捏和机械的结构比较复杂，主要是借助旋转方向相反的特殊形状的叶片，在箱体内的不断运动，以达到捏合的目的。乳化和均质设备胶体磨胶体磨适用于液体、固体和胶体物料的研磨和混合。胶体磨是由固定的磨盘和高速旋转的磨盘所组成。物料由上加入，经过固定磨盘与旋转磨盘之间的微小间隙时，由于高速旋转的磨盘，使物料进行充分的剪切、研磨与混合，它适合于液体、固体和胶体物料的研磨与混合。在表面活性剂生产中，时常需要把不同形态的物料与产品分离开。例如把固体悬浮物从液体中除去，把固体中的水分分离掉等等。(1)沉降分离设备：澄清设备和沉淀浓缩设备两大类。①澄清没备澄清设备是使固体浓度比较小的料液中的悬浮粒子沉降下去，从而得到澄清的液体，其主要设备是沉降槽，它有不同的形状。4.物料与产品的分离②沉淀浓缩设备主要作用是使浓度比较大的桨液中的固体物沉淀下来，成为浓缩状态的物料。有一种连续式的沉淀浓缩设备，原桨液由上面不断注入，集泥耙子在转动，加上重力的作用使浓缩的料桨由底部集中排出，较清的溶液由溢流糟排出。（2)过滤分离设备利用多孔的过滤介质，把悬浮液中的固体颗粒挡住，让液体通过，从而使固液分离。利用真空泵进行抽吸过滤的(3)离心分离设备离心分离设备大致分为两类，一类是离心过滤分离设备，另一类是离心沉降分离设备。二者那是借助离心力把固-液、固-气分离。