王關(guān)華

[摘 要]脂肪醇的磺化是制造脂肪醇硫酸鈉的關(guān)鍵工序之一。本文重點(diǎn)是對(duì)脂肪醇的磺化工藝進(jìn)行了詳細(xì)分析，目的是提高磺化工藝的實(shí)用性和安全可靠性，使其得以廣泛應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]脂肪醇 磺化工藝 分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TE331 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）15-0051-01

脂肪醇硫酸鈉是一種性能優(yōu)良的陰離子表面活性劑，具有乳化、起泡、滲透和去污性能好等特點(diǎn)，生物降解快，在洗滌用品和牙膏配方中廣泛應(yīng)用。它是通過(guò)脂肪醇與三氧化硫進(jìn)行磺化反應(yīng)、而后經(jīng)中和、去除雜質(zhì)、漂白、最后噴霧干燥制得，脂肪醇的磺化是制造脂肪醇硫酸鈉的關(guān)鍵工序之一。

一、磺化工藝路線的選擇

脂肪醇的磺化主要有發(fā)煙硫酸磺化和三氧化硫磺化兩種方法。采用發(fā)煙硫酸磺化產(chǎn)生大量的硫酸，分離后產(chǎn)生大量的廢酸，處理難度較大，且磺化產(chǎn)物中含有一定量的硫酸，影響后產(chǎn)品的質(zhì)量。而采用三氧化硫磺化，不僅不產(chǎn)生廢酸、三氧化硫的利用率高，且免去分酸，簡(jiǎn)化了工藝過(guò)程，故優(yōu)先選用后者，即脂肪醇與三氧化硫磺化工藝。

二、工藝條件的設(shè)計(jì)

1、磺化工藝的機(jī)理

脂肪醇與三氧化硫磺化工藝的主要反應(yīng)：

ROH + 2SO3 ROSO2SO3H（烷基焦硫酸脂） + Q1

ROSO2SO3H + ROH 2ROSO3H（烷基硫酸脂） + Q2

由于上述反應(yīng)迅速，脂肪醇與三氧化硫在1分鐘左右即可完成磺化反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程高度放熱，放熱量ΔH在150KJ/mol左右，且烷基焦硫酸脂不穩(wěn)定，受熱或久置易分解，因此必須對(duì)磺化工藝的反應(yīng)條件進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

2、工藝條件分析

根據(jù)脂肪醇與三氧化硫磺化工藝的機(jī)理，結(jié)合國(guó)內(nèi)外磺化反應(yīng)的成功案例，選用以空氣做為反應(yīng)物載體的磺化工藝，其主要分為空氣干燥、三氧化硫汽化、磺化反應(yīng)和尾氣處理四個(gè)主要工序。

（1）空氣干燥

空氣干燥是磺化工藝的主要工序之一，是為磺化反應(yīng)提供具有一定壓力、一定清潔度工藝稀釋氣體的操作單元；

空氣干燥的程度，決定了帶入系統(tǒng)中水分的多少，空氣中含水量高會(huì)造成反應(yīng)放熱加劇、同時(shí)也會(huì)影響三氧化硫的質(zhì)量不利于磺化反應(yīng)的進(jìn)行，通過(guò)小試發(fā)現(xiàn)磺化反應(yīng)使用露點(diǎn)在-50℃～-60℃的空氣最為適宜。

環(huán)境空氣經(jīng)高壓羅茨風(fēng)機(jī)壓縮后溫度一般升至100℃左右，首先經(jīng)冷卻水冷卻至35℃，再經(jīng)乙二醇冷凍液冷卻器冷卻至2℃～5℃，然后進(jìn)入氣液分離器脫除大部分水分后再進(jìn)入硅膠干燥器進(jìn)行干燥，使空氣露點(diǎn)達(dá)-60℃，最后送至磺化工序。

為保證干燥空氣的質(zhì)量，在空氣工藝管線設(shè)置空氣露點(diǎn)儀，對(duì)干燥空氣露點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并與干燥空氣進(jìn)口的自動(dòng)調(diào)節(jié)閥及三氧化硫加入調(diào)節(jié)閥形成聯(lián)鎖。

為保證干燥空氣的連續(xù)供給，吸附干燥系統(tǒng)需并聯(lián)設(shè)置兩套干燥器組、一套使用、另一套再生，配之14只電磁截止閥自動(dòng)控制干燥器組的工作和再生切換。再生采用8h工作切換的方式，5h加熱、3h冷卻，其間有泄壓、充壓的程序，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使用高壓羅茨風(fēng)機(jī)出口的部分熱空氣進(jìn)行硅膠再生；在未正常運(yùn)轉(zhuǎn)前的第一次再生用0.6MPa蒸汽加熱的空氣進(jìn)行再生。冷卻空氣則是利用獨(dú)立的再生冷卻器，其內(nèi)設(shè)置了乙二醇冷凍液冷卻翅片，將干燥器出口的部分干燥空氣進(jìn)行冷卻用以增強(qiáng)其再生效果。

（2）三氧化硫汽化

三氧化硫的儲(chǔ)存是本工序工作的難點(diǎn)，由于液體三氧化硫在天氣較冷的條件下易結(jié)晶，在微量水分的存在下易發(fā)生多種結(jié)晶轉(zhuǎn)變，一旦形成結(jié)晶將很難處理。為解決本難題，一是在三氧化硫卸車(chē)過(guò)程中同時(shí)補(bǔ)入少量的穩(wěn)定劑，二是提高三氧化硫儲(chǔ)存場(chǎng)所的溫度。

外購(gòu)的液態(tài)三氧化硫儲(chǔ)存在暖房（溫度控制在50℃左右）中專(zhuān)用的壓力儲(chǔ)罐內(nèi)，工作時(shí)向三氧化硫儲(chǔ)罐加入適量氮?dú)?，利用壓差將液體三氧化硫壓入蒸發(fā)器依靠空氣干燥工序來(lái)的稀釋空氣汽提供磺化工藝使用。

為保證暖房?jī)?nèi)溫度的穩(wěn)定，設(shè)置暖房溫度與暖管蒸汽加入閥的自動(dòng)控制聯(lián)鎖設(shè)施；為穩(wěn)定三氧化硫儲(chǔ)罐的壓力，設(shè)置儲(chǔ)罐壓力與氮?dú)饧尤腴y的自動(dòng)控制聯(lián)鎖設(shè)施。

（3）磺化

三氧化硫磺化屬氣-液相反應(yīng)，磺化反應(yīng)主要發(fā)生在液體表面或者有一些三氧化硫氣體溶解在液體中，反應(yīng)亦可在液相中進(jìn)行?？偟姆磻?yīng)速度由三氧化硫的擴(kuò)散速度和反應(yīng)速度來(lái)決定，擴(kuò)散速度是主要控制因素。三氧化硫磺化反應(yīng)是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，反應(yīng)瞬時(shí)完成，反應(yīng)活化能低，速度快，大部分反應(yīng)熱在初始階段放出，因此如何移走反應(yīng)熱和控制反應(yīng)速度是三氧化硫磺化反應(yīng)的關(guān)鍵，反應(yīng)系統(tǒng)中因沒(méi)有稀釋劑存在，反應(yīng)體系粘度急劇增加，帶來(lái)了傳熱和傳質(zhì)的困難，易使反應(yīng)局部過(guò)熱，副反應(yīng)增加。針對(duì)三氧化硫磺化反應(yīng)的上述特點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中要求嚴(yán)格控制投料比、三氧化硫氣體濃度以及反應(yīng)溫度的穩(wěn)定性，物料在體系中停留時(shí)間短，氣-液兩相接觸狀態(tài)良好，及時(shí)排走反應(yīng)熱，為此選用多管膜式磺化反應(yīng)器。

泵送脂肪醇從反應(yīng)器頂部進(jìn)入后分配到每根管子的內(nèi)表面均勻成膜，與從管子頂部中心進(jìn)入的的三氧化硫氣體順流而下，在兩相接觸表面上進(jìn)行磺化反應(yīng)，反應(yīng)熱由殼層冷卻水導(dǎo)出，從反應(yīng)器底部出來(lái)的氣液混合物進(jìn)入氣液分離器，分離后的尾氣去尾氣處理工序，產(chǎn)物硫酸脂由輸送泵送入老化罐，經(jīng)老化可使磺化反應(yīng)更趨完善，老化后的硫酸脂進(jìn)入下一道工序。

為保證液體三氧化硫的定量輸送，采用精密質(zhì)量流量計(jì)與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖控制的方式，并與汽提稀釋氣體、工藝空氣加入的流量調(diào)節(jié)閥形成聯(lián)鎖控制。

磺化反應(yīng)配有一套應(yīng)急系統(tǒng)，在磺化開(kāi)車(chē)前，先將應(yīng)急罐內(nèi)裝滿脂肪醇，如遇突然停電而停車(chē)，應(yīng)急系統(tǒng)開(kāi)始工作，應(yīng)急罐底閥迅速打開(kāi)，罐內(nèi)物料借重力以恒定流速流入磺化反應(yīng)器內(nèi)，SO3混合氣的進(jìn)氣閥同時(shí)關(guān)閉，通尾氣吸收的旁路閥打開(kāi)，使余氣進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)。

（4）尾氣處理

磺化排出的尾氣中含有少量的三氧化硫，其濃度大大超標(biāo)，必須對(duì)其進(jìn)行治理?；腔矚庀冉?jīng)靜電除霧器除去懸浮在尾氣中的酸霧后送至尾氣洗滌塔，用NaOH溶液噴淋洗滌，凈化后的尾氣從塔頂排入大氣。

三、工藝特點(diǎn)

1、空氣干燥系統(tǒng)采用水冷、乙二醇冷卻后再進(jìn)入硅膠干燥器，減輕了硅膠干燥器的負(fù)荷，提高了干燥效率；使用乙二醇水溶液作制冷液，傳熱效果好，對(duì)設(shè)備腐蝕小。

2、磺化反應(yīng)配有一套應(yīng)急系統(tǒng)，保證了磺化反應(yīng)器進(jìn)料分配部分不會(huì)因過(guò)量的三氧化硫發(fā)生過(guò)磺化而結(jié)焦，從而可順利進(jìn)行下一步的開(kāi)車(chē)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

通過(guò)對(duì)磺化工藝分析，本工藝具有流程合理簡(jiǎn)單、大大節(jié)省了項(xiàng)目的投資費(fèi)用、開(kāi)停車(chē)方便等優(yōu)點(diǎn)，不僅適用于脂肪醇的磺化，還可用于烷基苯磺酸等多種原料的磺化。

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