一种超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置及应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置及应用。所述系统装置包括配料系统、超重力反应系统、移热系统以及后处理系统；所述配料系统包括磺化剂配料系统、移热用有机溶剂配料系统和待磺化原料配料系统；所述超重力反应系统包括超重力反应器以及进料装置；所述移热系统包括外部移热系统和冷激移热系统；所述后处理系统包括循环搅拌系统、循环泵、溢流老化系统、中和系统、分水系统和溶剂回收系统。采用该系统装置进行磺化反应，以稀释的气态或液态的三氧化硫作为磺化剂，使反应可控，反应热量可以及时移除；本发明专利技术将超重力技术应用于磺化快速反应过程中，使原料能够快速的均匀分布，降低副反应发生，提高产品质量。

System and device for preparing sulfonate surfactant by high gravity sulfonation method

The invention discloses a system and a device for preparing sulfonate surfactant by a high gravity sulfonation method. The system includes batching system, high gravity reactor system, heat transfer system and postprocessing system; the batching system including sulfonating agent proportioning system and heat transfer with organic solvent and raw material proportioning system of sulfonated proportioning system; the high gravity reaction system including high gravity reactor and the feeding device; the shift the heating system comprises external heat transfer system and cooling heat transfer system; the postprocessing system includes a circulating stirring system, circulating pump, overflow system, and aging system, water system and solvent recovery system. Device for sulfonation reaction in the system, with three sulfur trioxide diluted gaseous or liquid as sulfonating agent, the reaction heat of reaction can be controlled, timely removal; the super gravity technology to rapid sulfonation reaction process, the raw material can be uniformly distributed quickly, reduce the occurrence of side reactions, improve the quality of products.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及精细化工
更具体地，涉及一种超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置及应用其制备磺酸盐表面活性剂的方法。
技术介绍
磺化反应在现代化工领域中占有重要地位，是合成多种有机产品的重要步骤，在医药、农药、燃料、洗涤剂及石油等行业中应用较广。磺化是制备磺酸盐表面活性剂的重要手段之一，表面活性剂是指一些在很低的浓度下就可以显著地降低溶液的表面张力的物质，称之为“工业味精”，广泛的应用于化妆品、纺织、洗涤剂、涂料、制药、食品、矿产、及石油等行业。磺酸盐型表面活性剂是目前最常用、产量最大、品种最多的表面活性剂，而其中磺酸盐表面活性剂是应用范围最广的一类。磺化反应是典型的亲电取代反应，工业上所采用的磺化方法根据磺化剂的不同主要可以分为：三氧化硫磺化法、发烟硫酸磺化法、过量硫酸磺化法、氯磺酸磺化法、氧磺化、氯磺化法等。三氧化硫磺化剂由于其反应速率快、用量接近理论用量、反应不生成水、无废酸产生、对设备腐蚀小、安全性高等优点越来越多的受到工业上的推崇。有机物料的磺化反应为快速强放热反应，常常伴随着平行反应和连串反应，反应期间尤其在转化率为70％以后，有机相的粘度增大50倍以上。根据上述的这些总体特性可以得出理想的磺化反应器应该具有以下特点：物料快速均一混合、停留时间短、冷却面积/反应器体积的比率要高、返混少。因此，最好采用并流式反应器，使有机液相和磺化剂具有“塞流”的特性。目前工业上成熟应用的、具有以上特性的反应器为降膜式磺化反应器。有机原料自上而下在反应器内的管壁上成膜状流下，气态的三氧化硫沿着液膜表面并流吸收发生反应，反应热通过壁面另一侧的冷却水带走。此反应器结构复杂、由于原料分布要成均匀膜状，因此管壁面要求十分光滑，加工要求很高；另外物料的磺化率从上到下逐渐提高，膜表面粘度越来越大，在反应器的底部，膜厚度可以达到2mm，导致传热和传质效率极大下降，成为副反应和结焦的多发区。同时由于传热过程的全面减缓，降膜式磺化反应器的上端和下端需要分别采用不同流量和温度的冷却水，增加操作成本。针对以上情况，需要提供一种改进的具有低副反应高产品质量的超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置及用其制备磺酸盐表面活性剂的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置。本专利技术的另一个目的在于提供一种应用上述系统装置制备磺酸盐表面活性剂的方法。磺化反应是一个极快速反应过程，即是一个扩散控制的反应。原料和产物的分布不均极易产生局部过磺化、氧化反应，极大影响最终产品分布。对于一个快速反应来说，反应的控制步骤是物料的快速而均匀地混合以及相界面的快速更新。混合不均匀，就容易局部生成副产物砜，过磺化甚至氧化反应。另一方面，随着磺化转化率提高，反应系统的粘度急剧增大，从而使搅拌混合困难，传质、传热阻力增大。因此，对于磺化来说，快速而且均匀的混合，热量的移除是反应的关键。超重力反应器是一种新型的、在超重力的环境下进行传递和反应过程的反应器。在地球上，通过旋转产生模拟的超重力场环境而实现超重力环境(几十到几百倍的地球重力加速度)。反应物料在超重力作用下经过填料的分割发生快速混合、更新传质表面。由于在地球上阻力和速度的限制，物料在丝网填料上形成的液膜比较厚，而且更新速度也很慢。但是在超重力环境下，两相流体在多孔介质或者孔道中发生接触，受到的剪切力是常规重力场的百倍甚至千倍，巨大的剪切力把液体撕成微米甚至纳米级的液膜、液滴和液丝，产生巨大的和快速更新的相界面，极大地强化了传质和微观混合过程。另有研究表明，在超重力反应器内，液体主要沿着反应器做径向运动，具有“塞流”的特性，因此超重力反应器很适合用于磺化这一快速反应。本专利技术系统装置针对磺化反应的特点在于：增加了预混合装置、对冲式进料装置、外部循环移热系统、冷激移热系统、溢流老化系统以及溶剂回收系统，使得该系统装置可以用于磺化这一快速放热反应过程中。在超重力环境下，丝网填料使得任何时刻原料油和磺化剂能够均一分布，有效避免了过磺化及砜生成。采用该系统装置进行反应，以稀释的三氧化硫(气态和液态均可)为磺化剂，使反应剧烈程度可控，反应热量可以及时移除；将超重力技术应用于磺化快速反应过程中，使原料能够快速的均匀分布，降低副反应发生，提高产品质量。为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置，所述系统装置包括配料系统、超重力反应系统、移热系统以及后处理系统；所述配料系统包括磺化剂进料系统1、移热用有机溶剂配料系统2和待磺化原料配料系统3；所述超重力反应系统包括超重力反应器4以及进料装置；所述移热系统包括外部移热系统9和冷激移热系统；所述后处理系统包括循环搅拌系统5、循环泵15、溢流老化系统6、中和系统7、分水系统8和溶剂回收系统10；所述磺化剂配料系统1与超重力反应器4进口管路A连接；所述待磺化原料配料系统3与超重力反应器4进口管路B连接；所述移热用有机溶剂配料系统2与超重力反应器4进口管路C连接；所述循环搅拌系统5与超重力反应器4出口管路连接；所述循环搅拌系统5出口与循环泵15进口连接；所述循环泵15出口与外部移热系统9进口连接；所述外部移热系统9出口与待磺化原料配料系统3连接；所述循环泵15出口支路与溢流老化系统6进口连接；所述溢流老化系统6出口与中和系统7进口连接；所述中和系统7出口与分水系统8进口连接；所述分水系统8出口与溶剂回收系统10进口连接。优选地，所述进料装置包括1个单独进料口，以及1个对冲式进料装置或1个预混合装置，对冲式进料装置和预混合装置不能同时使用；所述单独进料口的出料方向可调；所述对冲式进料装置包括2个独立的进料口，2个独立的进料口的出料方向指向填料内缘同一位置处；所述预混合装置为T型或Y型，包括两个进料端，一个出料端以及预混管，两个进料端连接处的夹角为45-90度，预混管长度为10-80mm。优选地，所述对冲式进料装置或预混合装置中的两股料液分别为磺化剂和待磺化原料，所述对冲式进料装置和预混合装置择其一使用；所述单独进料口，以及对冲式进料装置或预混合装置位于超重力反应器的填料内腔。优选地，所述外部移热系统9包括换热器，所述换热器出口与待磺化原料配料系统3连接，所述待磺化原料配料系统3与超重力反应器4进口管路B连接，所述超重力反应器4出口与循环搅拌系统5进口连接；所述循环搅拌系统5出口与循环泵15进口连接；所述循环泵15出口与换热器进口连接，形成料液循环回路；所述冷激移热系统包括移热用有机溶剂加入系统，采用加入低温有机溶剂的方式移热，移热用有机溶剂由超重力反应器4的进口管路C进入超重力反应器4。优选地，所述超重力反应器4在密闭的壳体中设有转动部件，在壳体上开有液体进、出口及气体进、出口；所述转动部件由转子和填料组成；所述填料选自不锈钢金属丝网填料、聚四氟填料、陶瓷填料、结构化填料或规整填料；所述液体进口设有延伸到转子中心空腔处的液体分布器。优选地，所述循环搅拌系统5带有搅拌桨；所述溢流老化系统6不带有搅拌桨。本专利技术系统装置中，预混合装置为T型或Y型，有两个进料端，一个出料端，起到磺化剂和原料液预混的作用，其与单独进料口组合作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置，其特征在于：所述系统装置包括配料系统、超重力反应系统、移热系统以及后处理系统；所述配料系统包括磺化剂配料系统(1)、移热用有机溶剂配料系统(2)和待磺化原料配料系统(3)；所述超重力反应系统包括超重力反应器(4)以及进料装置；所述移热系统包括外部移热系统(9)和冷激移热系统；所述后处理系统包括循环搅拌系统(5)、循环泵(15)、溢流老化系统(6)、中和系统(7)、分水系统(8)和溶剂回收系统(10)；所述磺化剂配料系统(1)与超重力反应器(4)进口管路A连接；所述待磺化原料配料系统(3)与超重力反应器(4)进口管路B连接；所述移热用有机溶剂配料系统(2)与超重力反应器(4)进口管路C连接；所述循环搅拌系统(5)与超重力反应器(4)出口管路连接；所述循环搅拌系统(5)出口与循环泵(15)进口连接；所述循环泵(15)出口与外部移热系统(9)进口连接；所述外部移热系统(9)出口与待磺化原料配料系统(3)连接；所述循环泵(15)出口支路与溢流老化系统(6)进口连接；所述溢流老化系统(6)出口与中和系统(7)进口连接；所述中和系统(7)出口与分水系统(8)进口连接；所述分水系统(8)出口与溶剂回收系统(10)进口连接。...

【技术特征摘要】
1.一种超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置，其特征在于：所述系统装置包括配料系统、超重力反应系统、移热系统以及后处理系统；所述配料系统包括磺化剂配料系统(1)、移热用有机溶剂配料系统(2)和待磺化原料配料系统(3)；所述超重力反应系统包括超重力反应器(4)以及进料装置；所述移热系统包括外部移热系统(9)和冷激移热系统；所述后处理系统包括循环搅拌系统(5)、循环泵(15)、溢流老化系统(6)、中和系统(7)、分水系统(8)和溶剂回收系统(10)；所述磺化剂配料系统(1)与超重力反应器(4)进口管路A连接；所述待磺化原料配料系统(3)与超重力反应器(4)进口管路B连接；所述移热用有机溶剂配料系统(2)与超重力反应器(4)进口管路C连接；所述循环搅拌系统(5)与超重力反应器(4)出口管路连接；所述循环搅拌系统(5)出口与循环泵(15)进口连接；所述循环泵(15)出口与外部移热系统(9)进口连接；所述外部移热系统(9)出口与待磺化原料配料系统(3)连接；所述循环泵(15)出口支路与溢流老化系统(6)进口连接；所述溢流老化系统(6)出口与中和系统(7)进口连接；所述中和系统(7)出口与分水系统(8)进口连接；所述分水系统(8)出口与溶剂回收系统(10)进口连接。2.根据权利要求1所述的超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置，其特征在于：所述进料装置包括对冲式进料装置和预混合装置中的一种，以及1个单独进料口；所述单独进料口的出料方向可调；所述对冲式进料装置包括2个独立的进料口，2个独立的进料口的出料方向指向填料内缘同一位置处；所述预混合装置为T型或Y型，包括两个进料端、一个出料端以及预混管，两个进料端连接处的夹角为45-90度，预混管长度为10-80mm。3.根据权利要求2所述的超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置，其特征在于：所述对冲式进料装置或预混合装置中的两股料液分别为磺化剂和待磺化原料，所述对冲式进料装置和预混合装置择其一使用；所述单独进料口，以及对冲式进料装置或预混合装置位于超重力反应器的填料内腔。4.根据权利要求1所述的超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置，其特征在于：所述外部移热系统(9)包括换热器，所述换热器出口与待磺化原料配料系统(3)连接，所述待磺化原料配料系统(3)与超重力反应器(4)进口管路B连接，所述超重力反应器(4)出口与循环搅拌系统(5)进口连接；所述循环搅拌系统(5)出口与循环泵(15)进口连接；所述循环
\t泵(15)出口与换热器进口连接，形成料液循环回路；所述冷激移热系统包括移热用有机溶剂加入系统，采用加入低温有机溶剂的方式移热，移热用有机溶剂由超重力反应器(4)的进口管路C进入超重力反应器(4)。5.根据权利要求1所述的超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置，其特征在于：所述超重力反应器(4)在密闭的壳体中设有转动部件，在壳体上开有液体进、出口及气体进、出口；所述转动部件由转子和...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝昌，陈建峰，初广文，赵宏，邹海魁，罗勇，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11