混凝土减水剂生产工艺设计技术

1、1项目概况及招标范围1.1项目概况本项目一期占地150亩，总投资约6.5亿，产能30万吨/年，其中，聚羧酸水剂 8万吨/年，聚羧酸干粉1.4万吨/年，萘系水剂10.6万吨/年，萘系粉剂1.4万吨/ 年, 脂肪族减水剂8万吨/年，氨基磺酸减水剂0.6万吨/年。1.2招标范围从项目初步设计开始至整厂验收结束期间的各类设计工作。包含项目初步设计（含准确的投资概算报告，误差不超过10%。）、政府要求完成的各类设计专篇、 整厂施工图设计以及协助招标人生产线试车、协助完成各类验收等。四、设计工艺4.1聚羧酸系列产品生产工艺流程本项目聚羧酸系列产品包括聚羧酸水剂及聚羧酸粉剂两种，合成路线见下图：图4.1-1

2、聚羧酸系列产品合成路线改性聚醚工艺流程改性聚醚TPEG由聚醚I型和聚醚II型两种中间体按1:1质量比混合而 成。1）聚醚I的工艺流程：在反应釜中通入氮气置换 5min，降低容器中氧含量，然后泵入计量的 甲基烯丙醇和一定量的催化剂（KOH）配制反应起始液，开启搅拌系统，升 温至95°C-105°C，通入少量的环氧乙烷和环氧丙烷引发反应。待诱导期结束后，连续通入环氧乙烷和环氧丙烷的混合物，使得釜内压力保持在 密闭反应，控制反应温度在 90-110C。通入时间控制在2-3小时，反应完全后升温到110C,开启真空脱水1小时（真空度大于-0.098 MPa ）, 真空脱水主要是利用液

3、体（水）在真空中蒸发变成蒸汽时需要吸收热量，利 用的水蒸发吸热的原理。真空脱水后再加入环氧乙烷和环氧丙烷反应，反应 温度控制在11OC，环氧乙烷和环氧丙烷的加料时间控制在3-5小时，待釜内压力降至0.03MPa并维持在一定数值时，可以视为反应结束保持温度， 再次进行真空脱水1小时（真空度大于-0.098 MPa）。冷却至100C以下， 加入少量草酸中和至微酸性，再加入少量双氧水于60-80 C漂白半小时，结束后冷却至50-60 C出料。成品液经出料泵泵入切片上料罐，上料罐通过间 接加热的方式使物料保持在60 C,以保证半成品形态，便于后续工段处理。 上料罐中的物料经切片上料泵送切片机，切片机为

4、滚筒式，采用夹层式，内 层通入循环水，外层为物料。物料冷却成固态后，被切片机刀口切成规格大 小，切片工段配备一台除尘器，用于收集聚醚粉尘。聚醚I型整个生产周期含原料、设备准备时间约为12h，每天生产2批次，全年合计600批次，每批次约生产16.7925t。聚醚I的化学反应方程式:物0+ C报+O訝CH?<-ch2-0-(CH2CH2O)x-(CH2CH2CH20)y-HCH3H2C = C£ OH - KOHCH3* H2C = C C2 OK H2OKOH+KOH ROK>H;OROK R04K7RO-CHjCHjO ROCHjCHnO'RO+£H2C

5、H2CH2O ROCHnCHiCHO-KOCH5CH:O-ROH roch;ch2oh+ro-ROECHrCHQ 十ROH ROCH .CH. CH .OH-RO'聚醚I型工艺流程图见图4.1-2。氮气甲基烯丙醇KOH环氧丙烷环氧乙烷环氧丙烷环氧乙烷环氧丙烷 环氧乙烷草酸双氧水聚醚I型图4.1-2聚醚I型工艺流程及产污环节图2）聚醚II的工艺流程：聚醚II型工艺流程与I型基本相似，仅反应原料不同，具体流程为:在反应釜中通入氮气置换 5min，降低容器中氧含量，然后泵入计量的 异戊烯醇和一定量的催化剂（KOH ）配制反应起始液，开启搅拌系统，升温 至95 °C-105 

6、6;C,通入少量的环氧乙烷和环氧丙烷引发反应。 待诱导期结束后， 连续通入环氧乙烷和环氧丙烷的混合物，使得釜内压力保持在密闭反应，控制反应温度在90-110C。通入时间控制在2-3小时，反应完全 后升温到115C，开启真空脱水1小时（真空度大于-0.098 MPa ）。然后再加 入环氧乙烷和环氧丙烷反应，反应温度控制在110C，环氧乙烷和环氧丙烷的加料时间控制在3-5小时，待釜内压力降至0.03MPa并维持在一定数值时，可以视为反应结束保持温度，再次进行真空脱水1小时（真空度大于-0.098 MPa）。冷却至100C以下，加入少量草酸中和至微酸性，再加入少 量双氧水于60-80 C漂白半小时，

7、结束后冷却至 50-60 C出料。成品液经出 料泵泵入切片上料罐，上料罐通过间接加热的方式使物料保持在60 °C，以保证半成品形态，便于后续工段处理。上料罐中的物料经切片上料泵送切片 机，切片机为滚筒式，采用夹层式，内层通入循环水，外层为物料。物料冷 却成固态后，被切片机刀口切成规格大小，切片工段配备一台除尘器，用于 收集聚醚粉尘。聚醚II型整个生产周期含原料、设备准备时间约为12h，每天生产2批次，全年合计600批次，每批次约生产16.8158t。聚醚II的化学反应方程式：ch3紗診 + 讪糾 UHQ 平册J CH尸0-CH2-CH2- 0 - (CH2CH20)x- (CH2CH

8、2CH2O) yHROH+KOH ROK+H.OROK RO +K+RO'-fCH；CH2O ROCHjCHA ROCHiCHiCHiO'ROCH2CH2O+ROH KOCHiCH2OH+RO-ROCmCHrCHQ十ROH ROCH ,CH. CHnOH+RO'聚醚II型工艺流程图见图4.1-3。氮气99%异戊烯醇KOH环氧丙烷环氧乙烷环氧丙烷环氧乙烷环氧丙烷 环氧乙烷草酸双氧水聚醚II型图4.1-3聚醚II型工艺流程及产污环节图3）改性聚醚的工艺流程：改性聚醚TPEG由聚醚I型和聚醚II型按约1:1质量比混合而成。聚醚I型聚醚II型改性聚醚工艺流程图见图4.1-4。

9、GU3-1 :粉尘1J混合 改性聚醚图4.1-4改性聚醚TPEG工艺流程及产污环节图聚羧酸母液工艺流程聚羧酸母液由I型聚羧酸母液和II型聚羧酸母液按1.7:0.77质量比混合而成。1）I型聚羧酸母液工艺流程:常温常压下，分别在混合釜内调制双氧水、不饱和酸及其衍生物（丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸甲酯）的混合水溶液及辅料水溶 液（巯基乙醇、雕白粉和维生素 C的混合溶液）由计量泵泵入高位槽暂存。在常温常压下，往合成釜中加入计量好的水和改性聚醚后，然后开动电机进行搅拌混合，开动蒸汽阀门往夹套内通入蒸汽，使物料温度升至60 ± 3C 左右反应，加入双氧水溶液，然后通入不饱和酸及其

10、衍生物混合水溶液和辅 料（巯基乙醇、雕白粉和维生素 C的混合溶液），加料时间约3小时，待投 加完毕后，通入蒸汽保温1小时，开动循环水冷却降温至40-50 C,加入30% 液碱中和，即得I型聚羧酸母液。聚羧酸母液车间合成釜共有四套（I型和II型通用），最多可同时进行4 个批次生产，单个批次生产含物料配置共约 10h，每批次约生产17t,则全 年I型共生产2000批次。I型聚羧酸母液化学示意图:I型聚羧酸母液工艺流程图见图4.1-5一、溶液配制1、双氧水配制30%双氧水水配制8%双氧水溶液、反应2、不饱和酸及其衍生物溶液配制丙烯酸丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸甲酯水3、辅料水溶液Gui:丙烯酸、丙

11、烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯不饱和酸及其衍生物水溶液： 配制 丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、水I型聚羧酸母液4-2：巯基乙醇图4.1-5 I型聚羧酸母液工艺流程及产污环节图辅料水溶液：巯基乙醇、雕白 粉、维生素C、水2）II型聚羧酸母液工艺流程：II型聚羧酸母液与I型聚羧酸母液工艺路线类似，原料有所不同，且其 反应条件是常温常压，不消耗蒸汽能源。工艺流程如下：分别在混合釜内调 制双氧水、丙烯酸的水溶液及辅料水溶液（巯基乙酸、雕白粉和维生素C的混合溶液）由计量泵泵入高位槽暂存。在常温（环境温度）常压下，往合成釜中加入经计量好的水和改性聚醚后， 然后开动电机进行搅拌混合成

12、透明水溶液， 再加入双氧水溶液，搅拌5分钟。 然后加入丙烯酸水溶液和辅料（巯基乙酸、雕白粉和维生素C的混合溶液）， 投加时间33.5小时，最后加入30%液碱中和，即得II型聚羧酸母液。聚羧酸母液车间合成釜共有四套（I型和II型通用），最多可同时进行4个批次生产，单个批次生产含物料配置共约10h,每批次约生产15.4t，贝U全 年II型共生产1000批次。II型聚羧酸母液工艺流程图见图4.1-6一、溶液配制1、双氧水配制30%双氧水配制8%双氧水溶液GU5-1：丙烯酸2、丙烯酸水溶液丙烯酸水3、辅料水溶液配制25%丙烯酸水溶液4GU5-2 :巯基乙酸巯基乙酸雕白粉维生素C水配制辅料水溶液：巯基乙

13、酸维生素C水雕白粉水改性聚醚II型聚羧酸母液30%液碱、反应30%双氧水丙烯酸溶液辅料水溶液图4.1-6 II型聚羧酸母液工艺流程及产污环节图3）聚羧酸母液工艺流程：聚羧酸母液由I型聚羧酸母液和II型聚羧酸母液按1.7:0.77质量比混合而成。聚羧酸母液工艺流程图见图4.1-71F混合PI型聚羧酸母液II型聚羧酸母液聚羧酸母液图4.1-7聚羧酸母液工艺流程及产污环节图聚羧酸水剂工艺流程聚羧酸水剂生产工艺过程是常温常压的物理混合过程，整个过程无化学反应过程，聚羧酸减水剂的主要原料为聚羧酸母液和复配添加剂（葡萄糖酸钠、松香热聚物引气剂、水等），经计量后，按一定顺序投入混合釜搅拌 2030min后出

14、料，即得到产品。聚羧酸减水剂工艺流程图见图 4.1- 8。水松香热聚物引气剂葡萄糖酸钠1r亠复配（内置搅拌）r聚羧酸母液聚羧酸减水剂图4.1-8聚羧酸减水剂工艺流程及产污环节图聚羧酸粉剂工艺流程1）聚羧酸干粉工艺流程将聚羧酸母液由送料泵泵入干燥塔顶高速旋转的雾化器，经雾化器分散成雾 滴，与热风炉加热所产生的220 C热空气瞬时接触蒸发浆料中的水份， 产生的干 粉随尾气进入装置自带的旋风分离器组，分离出干粉经下料仓通过卸料阀排出包 装，含尘尾气经袋式除尘、水喷淋处理后达标排放。干燥工段流程示意见图4.1-9。聚羧酸母液图4.1-10聚羧酸干粉工艺流程及产污环节图2）聚羧酸粉剂工艺流程聚羧酸粉剂生

15、产工艺过程是常温常压的物理混合过程，整个过程无化学反应 过程，聚羧酸粉剂的主要原料为聚羧酸干粉和复配添加剂（木质素减水剂、萘系母液生产中产生的硫酸盐混渣、葡萄糖酸钠等），经计量后，按一定顺序投入搅 拌釜搅拌30min后出料，即得到产品。聚羧酸粉剂工艺流程图见图4.1-11。木质素减水剂葡萄糖酸钠硫酸盐混渣> GU7-1 :粉尘聚羧酸干粉> 复配（内置搅拌）> 聚羧酸粉剂图4.1-11聚羧酸粉剂工艺流程及产污环节图4.2萘系产品生产工艺流程本项目萘系产品包括萘系减水剂及萘系粉剂两种，合成路线见下图:萘、洗油、硫酸、甲醛等图4.2-1萘系产品合成路线萘系母液工艺流程、基础原理萘系

16、高效减水剂的化学名称为的主要成分为萘磺酸盐甲醛缩合物，合成中的 各反应如下: 磺化反应般用浓硫酸作为磺化剂，磺化的目的是使芳香核上的氢原子被磺酸基(-S03)取代，从而生成萘磺酸。由于萘核上有 8个可取代的位置，其中，1、4、5、8位称为a位，2、3、6、7称为B位。在萘分子中由于有两个苯环相连，所以a位电子云密度更大些，相对于 B位更活泼。基于a位活性比B位大，萘在较低温度下磺化时反应产物主要是 a- 萘磺酸，但由于磺酸基的体积比较大，与异环a位上的氢原子在空间有相互干扰，因此a-萘磺酸比较不稳定，但在较低的磺化温度下，a-萘磺酸的生成速度依然很快，因而在低温时逆反应并不明显，a-萘磺酸生成

17、后不易转变为其他化合物，所以在较低温度下仍可以得到a取代产物。当在较高温度下磺化时，先生成的a-萘磺酸也可发生显著的逆反应而仍转变成萘，即它的脱磺酸基反应的速 度也增加，此外在较高温度下磺化时， 俟萘磺酸也容易生成，且由于不存在磺酸基与a-H的空间干扰，因此它比a-萘磺酸更稳定，生成后又不容易脱去磺酸基, 因此它是高温磺化时的主要产物。副反应：(参与副反应的量占总量的10%):R=H; CH3 水解反应时a-萘磺酸又易水解，而俟萘磺酸水解缓慢，因此俟萘磺酸就成为磺化反应的主要产物。由于产品需以俟萘磺酸为原料，故需加水对 a-萘磺酸进行水解磺化为可逆反应，高温时 a-萘磺酸迅速生成，俟萘磺酸同时

18、生成，但高温伕萘磺酸在H2SQ催化作用下，与甲醛缩合成亚甲基多萘磺酸中和反应 缩合反应CH2CH2HO3SHO3SHO3S,-(n+2) NaOHNaO3SNaO3SNaO3S缩合产物在一定条件下与 NaOH进行中和反应，同时，过量的、未反应的硫酸也被NaOH、Ca(OH) 2中和，控制pH达7-9为止H2SO4 + Ca(OH) 2CaSO4+ 2H 2OH2SO4 +2NaOH * Na2SO4 + 2出。、生产工艺简述A、熔萘工序在常温、常压下，将工业萘加入熔萘反应釜中，加热至8090 C使萘熔化,时间约13小时。B、磺化反应磺化反应过程：常压下往磺化反应釜内泵入熔融的萘和洗油后，开通夹

19、套蒸 汽加热，待温度上升至140150 C左右时，将计量槽中的浓硫酸缓慢加入磺化 釜内进行磺化反应约1h （为防止硫酸产生热量使温度急速上升该过程需边加入 边搅拌），该过程的温度为160C。反应过程中通过控制加酸速度，使料温平稳 上升。C、水解、缩合反应水解、缩合反应过程：待磺化反应结束后，用压缩空气将其送至缩合反应釜， 在常压下进行水解，夹套通入循环水冷却降温，温度维持110C左右，水解时间约0.5h，水解完毕后，继续通入循环水冷却降温，常压下将计量后的甲醛缓慢 加入（投加时间约2小时）缩合釜内进行缩合反应，温度控制在95 C,反应完成后夹套通入蒸汽保温，温度控制在 105 C。D、中和反应

20、在缩合反应后的产物放入中和池， 加水稀释，冷却至7080 C,加入30 % NaOH溶液或/和石灰水进行中和，将产品pH值调整到中性或偏碱性的范围内 （pH=79）即可。E、分离过程：中和反应完毕后，泵入板式过滤机分离，滤液即是萘系母液， 滤渣用作萘系粉剂复配的原料。萘系母液车间反应釜设备有两套，可同时进行2个批次生产，单个批次生产 约6h，则全年共有2400批次，每批次约生产27.5t。萘系母液生产工艺图见图4.2-2。图4.2-2萘系母液工艺流程及产污环节图注：若生产低浓萘系减水，直接加液碱中和即得母液，不需压滤；生产高浓减水剂时, 用石灰乳中和后，需压滤。421.2萘系减水剂工艺流程萘系

21、减水剂工艺过程是常温常压的物理混合过程，整个过程无化学反应过程，萘系减水剂的主要原料为萘系母液和复配添加剂 （葡萄糖酸钠、松香热聚物 引气剂、水等），经计量后，按一定顺序投入混合釜搅拌 2050mi n后出料，即得到产品萘系减水剂工艺流程图见图4.2-3。水松香热聚物引气剂葡萄糖酸钠*萘系母液 复配（内置搅拌） 萘系减水剂图4.2-3萘系减水剂工艺流程及产污环节图421.3萘系粉剂工艺流程1）萘系干粉工艺流程将萘系母液由送料泵泵入干燥塔顶高速旋转的雾化器，经雾化器分散成雾 滴，与热风炉加热所产生的220 C热空气瞬时接触蒸发浆料中的水份， 产生的干 粉随尾气进入装置自带的旋风分离器组，分离出干

22、粉经下料仓通过卸料阀排出包 装，含尘尾气经袋式除尘、水喷淋后达标排放。萘系干粉工艺流程图见图4.2-4萘系母液萘系干粉G9-1 :水、粉尘、甲醛图4.2-4萘系干粉工艺流程及产污环节图2）萘系粉剂工艺流程萘系粉剂生产工艺过程是常温常压的物理混合过程，整个过程无化学反应过 程，萘系粉剂的主要原料为萘系干粉和复配添加剂（木质素减水剂、葡萄糖酸钠 等），经计量后，按一定顺序投入搅拌釜搅拌 30min后出料，即得到产品。萘系粉剂工艺流程图见图4.2-5 。木质素减水剂葡萄糖酸钠萘系干粉> Guio-i :粉尘> 复配（内置搅拌）萘系粉剂图4.2-5萘系粉剂工艺流程及产污环节图4.3脂肪族产

23、品431生产工艺流程脂肪族母液工艺流程、基础原理 水解反应亚硫酸钠与水反应，生成氢氧化钠和亚硫酸氢钠。Na2SO3 + H20 NaHS03 + NaOH 磺化反应丙酮与亚硫酸氢钠反应生成 a羟基磺酸钠。CH3COCH3 +NaHSO3 (CH3)2C(OH)SO 3Na 羟醛缩合甲醛与丙酮发生羟醛缩合反应。 CH3COCH3 + 2HCHO HO CH2CH2COCH 2CH2 OH加热 n HO CH2CH2COCH 2CH2OHHO CH 2CH2COCH 2CH2O n H 缩合反应a羟基磺酸钠与甲醛丙酮缩合物反应得到脂肪族缩聚物。OH CH 2CH 2COCH 2CH2On H +

24、2(CH 3)C(OH)SO 3*(CH3)C(SO3-)- O CH 2CH2COCH 2CH2On C(SO3-)C(CH 3)2 + H2O、生产工艺简述在常压下，首先向反应釜内计量加入水，开动搅拌电机投入亚硫酸钠，待溶化后打开阀门计量加入丙酮，开启循环冷却水，控制温度不超过45 C,投加时间约为30min ,然后投加甲醛，该反应放热，调节循环水用量，控制釜内温度不 超过50 C,投加时间约为3h。甲醛投加完毕后，尽量恒温在 75 C保温搅拌反应2h，加入剩余水，降温至50 C以下，取样检验合格后，送至罐区。脂肪族母液车间有反应釜四套，与氨基磺酸盐系共用，可最多同时进行4个批次生产，脂肪族母液年生产时间6480h，每批次生产用时约10.5h，全年生产2500批次，每批次产量约为16t脂肪族母液生产工艺流程图见图4.3-198%丙酮11-137%甲醛11-2水脂肪族母液水98%亚硫酸钠丙酮甲醛图4.3-1脂肪族母液工艺流程及产污环节图脂肪族减水剂工艺流程脂肪族减水剂工艺过程是常温常压的物理混合过程，整个过程无化学反应过 程，脂肪族减水剂的主要原料为脂肪族母液和