第五节 表面活性剂典型工艺及设备 一、烷基磺酸盐一、烷基磺酸盐SaSa生产工艺生产工艺-SAS-SAS 1 1磺氯化法磺氯化法 RH+SO2+C12 RSO2C1+HCl RSO2C1+2NaOH RSO3Na + H2O + NaCl烷基磺酰氯烷基磺酰氯烷基磺酰氯1医学参考A 原油处理原油处理 磺氯化反应磺氯化反应 脱气脱气 皂化皂化 脱盐脱油脱盐脱油 活性物调整活性物调整磺氯化法包括：磺氯化法包括：2医学参考A (1)(1)原油处理：原油处理： 正正构构烷烷烃烃98%98%，碳碳数数以以C C1313C C1717为为宜宜，芳芳烃烃含含量量0.06%0.06%，碘值，碘值5g/100g5g/100g，水分，水分0.03%0.03%。 对对于于氯氯气气和和SOSO2 2气气体体也也有有一一定定的的要要求求，气气体体中中的的氧氧含含量量0.2%0.2%，因因为为烷烷基基的的氧氧化化反反应应速速率率比比氯氯化化速速率率快快100100倍倍以以上上，所所以以反反应应过过程程中中需需要要避避免免空空气气漏入。漏入。3医学参考A(2)(2)磺氯化反应：磺氯化反应： 紫外灯引发反应，紫外灯引发反应，SOSO2 2和和C1C12 2按按1.11.1l l在气体在气体混合器内混合，通入反应器。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。用内冷却方式，也可以采用外冷却方式。4医学参考Av内冷却是在反应器内装冷却管，这种方法冷却效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。果好，反应温度较稳定，但反应液搅动情况差。v外冷却方式是采用循环泵和外冷却器，将一部分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。光照，对反应不利。5医学参考Av反应温度控制在反应温度控制在302为宜，低于为宜，低于15时反应速时反应速率变慢，温度高时率变慢，温度高时SO2和和C12在重油中的溶解度降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。酸吸收装置，反应混合物进入脱气器。6医学参考A 产物中溶解一部分产物中溶解一部分HCl，未反应的，未反应的C12和和SO2，利利用压缩空气，将这些气体吹脱，至反应混合物中用压缩空气，将这些气体吹脱，至反应混合物中的游离酸含量的游离酸含量0.1%之后，进入皂化釜。整个皂之后，进入皂化釜。整个皂化过程保持微碱性，中和温度保持在化过程保持微碱性，中和温度保持在98100，游离碱的含量为游离碱的含量为0.30.5%。磺酰氯产物不同，皂。磺酰氯产物不同，皂化所用的碱的浓度也不一样。化所用的碱的浓度也不一样。 ( (3)3)脱气和皂化：脱气和皂化：7医学参考A30%NaOH16.5%NaOH10%NaOH磺氯化产品的组成磺氯化产品的组成8医学参考A( (4)4)脱油脱盐：脱油脱盐：未反应的蜡油，未反应的蜡油，HCl、Cl2、SO2、无机盐、无机盐9医学参考A 磺氯化法制取烷基磺酸钠的工艺流程图磺氯化法制取烷基磺酸钠的工艺流程图 1-反应器；反应器；2-脱气塔；脱气塔；3-气体吸收塔；气体吸收塔；4-中间贮罐；中间贮罐；5-皂化器；皂化器； 6-分离器；分离器；7-分离器；分离器；8-蒸发器；蒸发器；9-磺酸盐分离器；磺酸盐分离器；10-油水分离器油水分离器 10医学参考A 经经处处理理的的原原料料蜡蜡进进入入反反应应器器1 1，在在紫紫外外线线照照射射下下，由由底底部部引引入入氯氯气气和和二二氧氧化化硫硫。反反应应后后的的物物料料部部分分经经冷冷却却后后返返回回反反应应器器，使使反反应应温温度度保保持持在在3030，其其它它部部分分磺磺氯氯化化物物进进入入脱脱气气塔塔2 2，脱脱气气后后的的磺磺氯氯化化物物送送入入中中间间贮贮罐罐4 4，再再在在皂皂化化器器5 5中中与与氢氢氧氧化化钠钠反反应应，然然后后在在分分离离器器6 6中中分分开开残残留留的的石石蜡蜡，下下层层进进入入分分离离器器7 7，在在此此脱脱盐盐后后，进进入入蒸蒸发发器器8 8。然然后后在在磺磺酸酸盐盐分分离离器器9 9中中分分出出磺磺酸酸盐盐。蒸蒸出出的的部部分分在在分分离离器器l0l0中中分分离离石石蜡蜡和和水水。由由1 1和和2 2放放出出的的氯氯化化氢氢气气体体进进入入气气体体吸吸收收塔塔3 3用水吸收。用水吸收。 11医学参考A 皂皂化化过过程程中中，反反应应液液应应始始终终保保持持微微碱碱性性，游游离离碱碱含含量量为为0.30.5%，反反应应温温度度保保持持在在98100，不不能能忽忽高高忽忽低低。如如果果反反应应液液呈呈酸酸性性或或反反应应温温度度过过高高，会会造造成成溢溢锅锅事事故故。液液碱碱的的加加入入要要均均匀匀，反反应应液液的的搅搅动动要要充充分分，这这样样可可防防止止中中和和后后泛泛酸酸。皂皂化化所所用用碱碱液液的的浓浓度度不不同同，磺磺氯氯化化产产物物也也不不一一样样。M-80，M-50和和M-30产产物物皂皂化化时时分分别别采采用用30%、16.5%和和10%氢氢氧氧化化钠钠的的碱碱液液。磺磺氯氯化化产产物物皂皂化化后后得得到到的的活性物溶液中含有未反应的烃也称重蜡油，需回收利用。活性物溶液中含有未反应的烃也称重蜡油，需回收利用。12医学参考A RH + SO2 + O2 RSO3H 2.磺氧化法磺氧化法13医学参考A 1. 1. 一般的化学反应设备一般的化学反应设备二、表面活性剂生产的主要设备二、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。混合反应设备等。 按照反应物的相状态：均相反应设备、各种异相反应按照反应物的相状态：均相反应设备、各种异相反应设备等。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。应设备等。14医学参考Av（2 2）化学反应设备的结构和形式）化学反应设备的结构和形式 v反应物在反应设备内要有适当的停留时间；具有传热的特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。性；能进行相与相之间的混合和搅拌。 常常用用的的化化学学反反应应设设备备有有搅搅拌拌式式、塔塔板板式式、填填充充式式、滚滚筒筒式式和喷射式等反应器。和喷射式等反应器。15医学参考A 适合于小型、间歇操作。反应器内装有搅拌器，供反适合于小型、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。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。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。或其他载热体进行加热交换。搅拌式搅拌式16医学参考A桨式桨式涡轮式涡轮式17医学参考A18医学参考A不仅可以用作气体和液体的物料反应器，最主要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，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。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，或使塔作用。为此，有的塔板上装有搅拌叶轮，或使塔板转动。板转动。塔板式塔板式塔板用以使两种流体密切接触，进行两相之间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交换，以达到分离液体混合物或气体混合物组分的目的。分的目的。19医学参考A20医学参考A 反反应应设设备备的的内内部部堆堆放放填填料料，以以增增加加液液体体和和气气体体的的接接触触面面积积，提提高高反反应应速速率率与与传传质质能能力力。塔塔内内液液体体一一般般从从上上往往下下流流动动，反反应应过过程程伴伴随随着着放放热热或或吸吸热热，采采取取适适当当的的热热交交换换方方法以控制温度。法以控制温度。 一一种种有有外外部部热热交交换换器器的的填填充充塔塔，反反应应流流体体由由塔塔上上进进入入第第一一段段填填料料，再再进进入入外外设设热热交交换换器器，与与管管内内的的热热媒媒进进行行热热交交换换，然然后后进进入入下下一一段段填填料料继继续续反反应应。除除此此之之外外，还还可可以以用塔内热交换，经多次热交换以保证反应所需的温度。用塔内热交换，经多次热交换以保证反应所需的温度。填充塔填充塔21医学参考A外部热交换式填充塔22医学参考A 流流化化床床式式反反应应设设备备是是用用参参加加反反应应的的流流体体使使颗颗粒粒状状的的固固体体反反应应物物产产生生流流动动，从从而而进进行行液液- -固固相相或或气气- -固固相相之之间间的的反反应应。固固体体随随气气流流进进入入反反应应器器内内，反反应应后后，反反应应物物与与生生成成物物一一起起由由下下而而上上，从从塔塔顶顶排排出出，再再分分离离。另另一一种种是是反反应应生生成成物物从从塔塔顶顶排排出出，固固体体粒粒子子由由排出管从下面排出。排出管从下面排出。流化床流化床23医学参考A 滚筒式：反应物料借回转的滚筒进行充分混合与反应；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，进行气搅动，进行气液之间反应；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。反应。滚筒式滚筒式24医学参考A 参加反应的物相是什么状态；参加反应的物相是什么状态； 反反应应的的温温度度要要求求，应应该该用用什什么么方方法法进进行行热热交交换换，如如何控制所需要的温度；何控制所需要的温度； 反应的压力多大为宜；反应的压力多大为宜； 反应时间，反应物停留的时间及空间速率；反应时间，反应物停留的时间及空间速率； 生产能力，连续或间歇操作；生产能力，连续或间歇操作； 搅拌的形式；搅拌的形式； 对产品的质量要求；对产品的质量要求； 经济条件，投资的大小。经济条件，投资的大小。 （3）设计与选择反应设备的出发点）设计与选择反应设备的出发点25医学参考A（1 1）固体物料的输送设备）固体物料的输送设备 2. 2. 物料的输送物料的输送带式输送机26医学参考A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。维修比较方便。 27医学参考A 利用螺旋的旋转以推动运利用螺旋的旋转以推动运送固体物料。适用于输送送固体物料。适用于输送硬度不太大，摩擦力较小硬度不太大，摩擦力较小的粉状或块状物料。其优的粉状或块状物料。其优点是容易密闭运行，防止点是容易密闭运行，防止粉尘污染，占地面积小，粉尘污染，占地面积小，便于操作与管理。缺点是便于操作与管理。缺点是运行阻力大，设备的磨损运行阻力大，设备的磨损快，耗能较大。快，耗能较大。 螺旋输送机螺旋输送机28医学参考A吊链式输送机吊链式输送机是由装有滚轮是由装有滚轮的吊挂式的工的吊挂式的工字梁轨道组成字梁轨道组成的，其占地面的，其占地面积很小，适用积很小，适用性广，尤其在性广，尤其在需要浸入溶液需要浸入溶液中操作的生产中操作的生产中特别方便。中特别方便。29医学参考A斗式提升输送机斗式提升输送机由立式输送带由立式输送带与数目不等的与数目不等的装料斗所组成。装料斗所组成。主要用于在垂主要用于在垂直方向上或大直方向上或大坡度的方向上坡度的方向上输送颗粒状和输送颗粒状和粉状的物料。粉状的物料。例如输送煤粉例如输送煤粉和小矿石。和小矿石。30医学参考A气流输送设备气流输送设备利用高速的空气流在经利用高速的空气流在经过管内时，把粉状物料过管内时，把粉状物料带走。优点是物料输送带走。优点是物料输送过程全密闭，可以避免过程全密闭，可以避免物料对环境的污染；缺物料对环境的污染；缺点是设备较复杂，耗能点是设备较复杂，耗能大，对粉料的密度和粒大，对粉料的密度和粒度有一定要求。易产生度有一定要求。易产生静电的粉料有爆炸的危静电的粉料有爆炸的危险则不宜选用这种设备。险则不宜选用这种设备。31医学参考A 根据生产中液体物料的黏度，所含固体颗粒的大小，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型与材质的液体输送设备泵。旋转泵泵。旋转泵(包括离心泵、包括离心泵、轴流泵、齿轮泵轴流泵、齿轮泵)和往复泵。泵是靠泵内转子旋转来吸和往复泵。泵是靠泵内转子旋转来吸入或派出液体的。入或派出液体的。 （2 2）液体物料的输送设备）液体物料的输送设备 32医学参考A离心泵离心泵 33医学参考A泵泵34医学参考A不改变其压力：由不改变其压力：由A A处输送到处输送到B B处，采用吹风机，排风机和抽处，采用吹风机，排风机和抽风机风机提高气体的压力：气体压缩机提高气体的压力：气体压缩机减小气体的压力：真空泵，抽气机等，用于蒸发和干燥减小气体的压力：真空泵，抽气机等，用于蒸发和干燥 （3 3）气体输送设备）气体输送设备 35医学参考A36医学参考A（1 1）破碎与研磨设备）破碎与研磨设备 粗粉碎、中粉碎、细粉碎和超级粉碎粗粉碎、中粉碎、细粉碎和超级粉碎 3. 3. 物料的破碎研磨与混合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。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、锤式及球磨机破碎机有颚式、锥式、滚筒式、锤式及球磨机37医学参考A颚式破碎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用于粗碎与中碎，粗碎石灰石，粗食盐块及其它矿石38医学参考A锥形破碎机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适合于坚硬脆性的物料的破碎与混合39医学参考A滚筒轧碎机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，煤的轧碎度的物料，煤的轧碎40医学参考A锤式破碎机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机壳内的重锤对物料进行猛烈迅速的冲击使之粉碎主轴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。心力锤击，把物料击碎。41医学参考A 球磨机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。体与球磨机内壁的研磨作用将物料粉碎、研磨和混合。42医学参考Av（2）物料的混合）物料的混合 通过滚筒的转动而把筒内的干粉状物料混合通过滚筒的转动而把筒内的干粉状物料混合43医学参考AV V型混合机型混合机两个圆形筒组成两个圆形筒组成V型混合筒。由于型混合筒。由于V型混合筒不断地回型混合筒不断地回转，产生重力和离转，产生重力和离心力的作用，被混心力的作用，被混合的物料沿着交叉合的物料沿着交叉的两个圆筒移动，的两个圆筒移动，在在V型筒的尖端处型筒的尖端处反复冲撞与混合，反复冲撞与混合，这种设备也适于干这种设备也适于干粉的混合。粉的混合。44医学参考A 是在一个固定的是在一个固定的U U型混合槽内，装上两个方向相反的叶片，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。时，把二者投加到螺旋叶片混合机中，边混合边推进。螺旋叶片型混合机螺旋叶片型混合机45医学参考A 固固体体物物料料和和黏黏稠稠性性的的液液体体物物料料，或或者者黏黏稠稠性性的的液液体体和和液体的混合，则要采用专门的捏和设备。液体的混合，则要采用专门的捏和设备。 捏捏和和机机械械的的结结构构比比较较复复杂杂，主主要要是是借借助助旋旋转转方方向向相相反反的的特特殊殊形形状状的的叶叶片片，在在箱箱体体内内的的不不断断运运动动，以以达达到到捏捏合合的的目的。目的。46医学参考A乳化和均质设备乳化和均质设备47医学参考A48医学参考A49医学参考A胶体磨胶体磨50医学参考A 胶体磨适用于液体、固体和胶体物料的研磨和混合。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，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。它适合于液体、固体和胶体物料的研磨与混合。51医学参考A 在表面活性剂生产中，时常需要把不同形态的物料与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。的水分分离掉等等。 (1) (1)沉降分离设备：澄清设备和沉淀浓缩设备两大类。沉降分离设备：澄清设备和沉淀浓缩设备两大类。 澄澄清清没没备备 澄澄清清设设备备是是使使固固体体浓浓度度比比较较小小的的料料液液中中的的悬悬浮浮粒粒子子沉沉降降下下去去，从从而而得得到到澄澄清清的的液液体体，其其主主要要设设备备是沉降槽，它有不同的形状。是沉降槽，它有不同的形状。 4. 4. 物料与产品的分离物料与产品的分离52医学参考A 沉淀浓缩设备沉淀浓缩设备 主要作用是使浓度比较大的桨液中的固体物沉淀下来，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。使浓缩的料桨由底部集中排出，较清的溶液由溢流糟排出。53医学参考A （2)2)过滤分离设备过滤分离设备 利用多孔的过滤介质，把悬浮液中的固体颗粒挡住，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让液体通过，从而使固液分离。利用真空泵进行抽吸过滤的的 (3) (3)离心分离设备离心分离设备 离心分离设备大致分为两类，一类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那是借助离心力把固- -液、固液、固- -气分离。气分离。 54医学参考A