5.5萬t/a AES磺化工段主生產(chǎn)裝置的工藝設(shè)計

李瑞端+張洪彬+戴傳波

摘 要：該文設(shè)計了一套年產(chǎn)5.5萬噸脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES）的磺化生產(chǎn)裝置，采用了磺化法制AES。工藝原理為：液體硫磺經(jīng)氮氣霧化后與經(jīng)過壓縮、冷卻、硅膠吸附的空氣燃燒生成二氧化硫，二氧化硫在高溫、催化劑的作用下轉(zhuǎn)化成三氧化硫，三氧化硫經(jīng)稀釋空氣調(diào)節(jié)濃度后進入磺化反應(yīng)器與醇醚（AEO）在反應(yīng)器中進行磺化反應(yīng)生成醇醚硫酸酯，醇醚硫酸酯再經(jīng)堿中和反應(yīng)生成濃度約為70%的醇醚硫酸鈉。

關(guān)鍵詞：AES 磺化 反應(yīng)器 AEO

中圖分類號：TQ64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）11（b）-0069-02

Abstract： The design for sulfonated section of 55，000 tons/a fatty alcohol polyoxyethylene sodium （AES） was described. Sulfur after atomization by nitrogen and air after compression， cooling， silica gel adsorption were mixed to produce sulfur dioxide. In conditions of high temperatures and catalyst sulfur dioxide changed into sulfur trioxide， Then sulfur trioxide diluted by air conditioning concentration into the sulfur reactor with AEO to produce alcohol ether sulfate， by the alkali neutralization reaction， the production concentration was about 70%.

Key Words： AES； Sulfonation； Reactor； AEO

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（簡稱AES）是醇醚表面活性劑中最重要的陰離子表面活性劑，可用來制備各種工業(yè)與民用洗滌劑，如：洗發(fā)香波、復(fù)合皂、液體皂、硬表面清洗劑等。另外，還廣泛用于農(nóng)業(yè)、紡織、醫(yī)藥、石油、采礦、燃料、皮革、機械等各領(lǐng)域。到20世紀(jì)80年代后期，國際表面活性劑工業(yè)中，醇醚的產(chǎn)量已出現(xiàn)了超過傳統(tǒng)產(chǎn)量最大的陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鈉的發(fā)展勢頭。

AES在洗發(fā)香波、洗浴液、洗手液中用量最大是毋庸置疑的，它的用量多少可以預(yù)測人們生活水平的提高。由于其生物降解性好，因此對環(huán)境友好，無污染，符合當(dāng)今環(huán)保的要求，具有廣闊的市場前景。

1 工藝原理

液體硫磺經(jīng)氮氣霧化后，與經(jīng)過壓縮、冷卻、硅膠吸附的露點可達(dá)到-60 ℃左右的空氣，燃燒生成二氧化硫，高溫下，在釩觸媒的催化作用下SO2轉(zhuǎn)化成SO3，經(jīng)稀釋空氣調(diào)節(jié)SO3濃度后進入磺化反應(yīng)器與醇醚（AEO3）在磺化器中反應(yīng)生成醇醚硫酸酯，與堿中和反應(yīng)，生成醇醚硫酸鹽。磺化/硫酸化產(chǎn)生的尾氣中含有少量的SO2、SO3氣體和有機酸霧，通過靜電除霧器和酸堿洗滌塔二級凈化處理，達(dá)到排放指標(biāo)。

2 生產(chǎn)工藝方法

主要反應(yīng)為磺化反應(yīng)，醇醚（AEO3）與磺化劑作用可生成醇醚硫酸酯，磺化劑分別為發(fā)煙硫酸和SO3等。

主要化學(xué)反應(yīng)方程式：

S+O2→SO2+Q

SO2+1/2O2←→SO3+Q

R-（OCH2CH2）+SO3→R（CH2CH2O）nOSO3H

R（CH2CH2O）nOSO3H+NaOH→R（CH2CH2O）nOSO3

Na+H2O

尾氣吸收反應(yīng)：

SO2+NaOH→Na2SO3+H2O

SO3+NaOH→Na2SO4+H2O

3 物量衡算和熱量衡算

磺化工段物料遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，進入系統(tǒng)的物料量=流出系統(tǒng)的物料量+系統(tǒng)內(nèi)累計的物料量。對于連續(xù)生產(chǎn)過程，∑累計=0，此時∑進=∑出。5.5 萬噸AES磺化工段主生產(chǎn)裝置所需物料量[1-2]如表1所示。

熱量平衡關(guān)系式為：

式中，為物料帶入設(shè)備的熱量；

為加熱或冷卻劑和系統(tǒng)交換的熱量；

為化學(xué)反應(yīng)熱；

為物料離開設(shè)備帶走的熱量；

為加熱設(shè)備各部件所消耗的熱量；

為設(shè)備向周圍散失的熱量。

4 磺化反應(yīng)器的設(shè)計

雙膜式磺化器是目前使用最多的一種膜式磺化器。膜式反應(yīng)器的原理如下：反應(yīng)物料在圓管表面形成薄膜，自上而下流動，三氧化硫-空氣混合物則沿薄膜表面順流而下，在并流中，兩者進行接觸反應(yīng)，反應(yīng)熱由管壁外的冷卻水帶走[3]。

計算年產(chǎn)5.5萬噸AES磺化器主要工藝尺寸：

內(nèi)徑：d1=1.5424 m

外徑：d0=1.6224 m

反應(yīng)高度：H=3.1162 m

5 原料換熱器設(shè)計

冷卻醇醚采用板式換熱器[4]。

通過計算選擇換熱器型號：。

6 泵的設(shè)計

通過計算得到所選的泵為Y型油泵（旋轉(zhuǎn)活塞泵），泵的選型為：50Y-60B。

7 結(jié)語

該設(shè)計參考了國內(nèi)外生產(chǎn)AES的工藝方法，采用三氧化硫磺化來生產(chǎn)AES。設(shè)計生產(chǎn)能力為5.5萬噸的磺化裝置，主要進行了醇醚磺化反應(yīng)工段的設(shè)計。設(shè)計過程中使用的磺化反應(yīng)器為雙膜反應(yīng)器，二氧化硫轉(zhuǎn)化時以五氧化二釩作為催化劑，生成的醇醚磺酸酯通過與堿中和得到產(chǎn)品AES（脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉）溶液，其含量約為70%，并對醇醚輸送泵和換熱器進行了選型。

參考文獻(xiàn)

[1] 賈紹義，柴誠敬.化工原理課程設(shè)計[M].天津：天津大學(xué)出版社，2006.

[2] 黃文換.化工設(shè)計概論[M].長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

[3] 朱德康.雙膜式三氧化硫磺化傳質(zhì)系數(shù)計算的探討[J].日用化學(xué)工藝，1991（1）：1-8.

[4] 陳敏恒，從德滋，方圖南，等.化工原理（上冊）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006（5）.