（选学）表面活性剂的合成表面活性剂典型工艺及设备

表面活性剂的合成

——表面活性剂典型工艺及设备化妆品化工过程与设备主要内容1.精细化工生产的特点及其对反应设备的要求2.反应器类型3.反应器操作方式4.反应器计算基本方程式（选学）5.理想反应器（选学）6.工业反应器放大-磺化与硫酸化反应的应用实例（选学）通用化学品精细化学品化工产品用途广泛生产量大化学名称分子式规格以主要物质的含量为基础三酸、两碱医药、染料我国：把凡能增进或赋予一种（类）产品以特定功能，或本身拥有特定功能的小批量、高纯度化学品，称为精细化学品。用途专一生产量小附加值大商品名（牌号）规格以功能为基础精细化工分类1.医药和兽药2.农药3.黏合剂4.涂料5.染料和颜料6.表面活性剂和合成洗涤剂7.塑料、合成纤维和橡胶助剂8.香料9.感光材料10.试剂和高纯物11.食品和饲料添加剂12.石油化学品13.造纸用化学品14.功能高分子15.化妆品16.催化剂17.生化酶18.无机精细化学品2023/5/141.精细化工生产的特点及其对反应设备的要求精细化工生产的特点多品种、化学反应复杂、反应物料相态多样化反应介质腐蚀性强、高技术密集度精细化工对反应设备的要求反应器内要有良好的传质和传热条件建立合适的浓度、温度分布体系对于强放热或吸热反应要保证足够快的传热速率和可靠的热稳定性；根据操作温度、压力和介质的腐蚀性能，要求设备材料、型式和结构具有可靠的机械强度和抗腐蚀性能。2.反应器类型按结构型式的特点：管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、反应床（1）管式反应器特征：长度远较管径为大，内部中空，不设置任何构件．多用于均相反应2.反应器类型（2）釜式反应器

又称反应釜或搅拌反应器特征：其高度一般与其直径相等或稍高，釜内设有搅拌装置及挡板，并可根据不同的情况，在釜外或釜内安装传热构件以维持所需反应温度。用于均相及多相反应2.反应器类型（3）塔式反应器特征：高度一般为直径的数倍以至十余倍，内部设有为了增加两相接触的构件如填料、筛板等。用于两种流体相反应的过程、如气液反应和液液反应。2.反应器类型（4）反应床:用于有固体颗粒参与的反应。固体颗粒固定不动固体颗粒流动状态固体颗粒自上而下移动固体颗粒固定不动沸腾床涓流床3.反应器操作方式工业反应器有间歇、连续、半连续(或半间歇)三种操作方式(1)间歇操作原料一次装入反应器内，反应，经一定时间后，达到所要求

的反应程度便卸出全部反应物料。间歇反应过程是一个非定态过程，反应器内物系的参数随时间而变，这是间歇过程的基本特征。间歇操作在反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，即不存在物料的流动。按恒容处理。间歇操作主要采用釜式反应器。3反应器操作方式（2）连续操作连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地从反应器流出。连续操作多属于定态过程反应器内物系的参数不随时间而变，但随位置而变。（3）半连续操作原料与产物只要其中的一种为连续输入或输出而其余则为分批加入或卸出的操作。半连续反应器的反应物系组成必然既随时间而改变，也随反应器内的位置而改变4.反应器计算基本方程式（选学）

反应器计算的主要任务是根据给定的生产任务，计算一定条件下反应所需要的体积，以此确定反应器的主要尺寸。反应器计算中所应用的基本方程式是物料衡算式、热量衡算式和反应动力学方程式。1.4.1反应动力学方程式反应速度与影响因素间关系的式子，也称反应速度方程式。对于均相反应，且反应混合物已经混合均匀，反应时不存在扩散阻力，这时反应过程的总速度只取决于化学反应速度。（kmol·m-3·h-1）4.反应器计算基本方程式（选学）

对于连续操作FA:组分A的流量（kmol·h-1）如反应A→R为n级不可逆反应．其动力学方程式可写成气相反应理想气体等容过程4.反应器计算基本方程式（选学）

以微元体积dVR和微元时间dτ作为衡算基准对反应物进行衡算质量守恒定律1.4.2物料衡算以微元体积dVR和微元时间dτ作为衡算基准对反应物进行衡算能量守恒定律1.4.3热量衡算2023/5/145.理想反应器（选学）

理想反应器：是指流体的流动混合处于理想状况的反应器。理想置换理想混合理想混合：反应器内物料达到完全的混合，各点浓度、温度完全均一。搅拌良好的釜式反应器可认为是理想混合反应器。5.理想反应器（选学）

理想置换：在与流动方向垂直的截面上，各点的流速与流向完全相同，就像活塞平推一样，也称“活塞流”流体的浓度和温度在与流动方向垂直的截面上，处处相等，不随时间改变，沿流动方向，浓度与温度逐渐变化。细长型的管式流动反应器可看成理想置换反应器2023/5/146.工业反应器放大化学品实验室研究工业规模生产

（1）逐级经验放大法小型试验模型试验中间试验工业规模（2）数学模型法

中间试验实验室研究小型试验大型冷模试验计算机试验实验室研究磺化与硫酸化反应的应用实例应用：十二烷基苯磺酸钠是合成洗涤剂工业中产量最大、用途最广的阴离子表面活性剂，它是由直链烷基苯经磺化、中和而得。生产方法：世界上合成的十二烷基苯磺酸大多是采用SO3气相薄膜磺化连续生产法。一、用三氧化硫磺化生产十二烷基苯磺酸钠磺化与硫酸化反应的应用实例1、SO3气相薄膜磺化法的工艺过程合成路线：①液体SO3贮存及汽化；②空气干燥及供给；冷却-吸附法：先冷却，除去约85%的水份，再经硅胶吸附，除去残余水份。③SO3（g）+空气兑稀成混合气体；④磺化；⑤尾气处理，除酸雾，经吸收后放空；⑥磺化产品的精制：老化、水解、中和。磺化与硫酸化反应的应用实例工艺过程：磺化与硫酸化反应的应用实例磺化与硫酸化反应的应用实例2、SO3气相薄膜磺化反应器

该反应器由一套直立式并备有内、外冷却夹套的两个不锈钢同心圆筒组成。整个装置分原料分配区、反应区和产物分离区三部分。反应热由夹套冷却水移除。废气与磺酸产物在分离区进行分离，分离后的磺酸产品和尾气由不同的出口排出。

磺化与硫酸化反应的应用实例

3、SO3气相薄膜磺化法工艺条件的确定气相SO3磺化十二烷基苯具有如下特点：①反应属于气-液非均相反应，反应速度很快，几乎在瞬间完成；②反应是一个强放热过程，因此，控制反应速度，快速移走反应热是生产的关键。③反应系统粘度急剧增加，粘度增加使传质传热困难，容易产生局部过热，加剧过磺化等副反应。④副反应极易发生。过程中的反应时间、SO3用量等因素如控制不当，许多副产品将产生。工艺控制条件分析：

（1）SO3浓度及用量

由于SO3反应活性很高，为避免反应速度过快和减少副反应，须使用SO3-干空气混合气，其中SO3含量一般为3%～7%（体积）。原料配比采用：SO3:烃=1.03:1(摩尔比)，接近理论量。（2）气体停留时间

由于反应几乎在瞬间完成，且反应总速度受气体扩散控制，因此，进入连续薄膜反应器的气体应保持高速，以保证气-液接触呈湍流状态；同时，也为避免发生多磺化，气体在反应器内的停留时间一般应小于2秒。（3）反应温度

温度能直接影响反应速率、副产物的生成和产品的粘度。由于磺化反应是强放热反应，且反应主要集中在反应区的上半部，因此，应快速移热、充分冷却，控制反应温度。一般控制反应器出口温度在35-55℃；温度过低，磺化物粘度过高，不利于分离。

（3）工艺流程图1、磺化器2、气液分离器3、循环泵4、冷却器5、老化器6、水化器7、中和器8、除雾器9、吸收塔工艺流程图1、磺化器2、气液分离器3、循环泵4、冷却器5、老化器6、水化器7、中和器8、除雾器9、吸收塔关键设备

磺化反应器是SO3磺化装置中的核心设备，其综合技术质量（如结构、选材、制造和组装等）对磺化（硫酸化）产品质量、设备使用寿命有很大影响。磺化反应器：降膜式磺化反应器（目前主要采用）或罐式反应器。降膜式磺化反应器又分为：双膜式磺化反应器和多膜式磺化反应器

多管膜式磺化反应器

多管膜式磺化反应器是由不同数量的单元管组合而成，单元管数量因产量不同而不同。特点：有机物在呈列管排列的反应管中均匀分配，沿管内壁成膜状下落，与顺流而下的空气-SO3混合气体接触，迅速发生磺化或硫酸化反应，同时放出大量的热，该反应热经壳程循环冷却水除去，保持恒定的反应温度，反应和换热同时完成，反应器的压降小，结构比较简单。磺化反应总的反应速度主要取决于SO3气体分子至有机液体表面的扩散速度和气体浓度CA。所以，扩散距离、气流速度和液膜分布的均匀程度以及排除反应热的能力等都是影响此反应的重要因素。为此，设计多管膜式磺化反应器的特殊头部结构，以便调整进入反应管的气、液均匀分配，设计合理的冷却方式以有效排除反应热。磺化器每次运转停车后或发现结焦时，要先用稀碱液再用大量的温水冲洗之后用烷基苯冲淋，最后用压缩空气吹干，冲洗完毕在重新开车前，要进行调整和流量标定，以确保磺化反应器处于良好状态。双膜式磺化反应器双膜式磺化反应器是以两个不同直径的圆筒组成同心圆式的环状空间作为反应区间，完成磺化或硫酸化反应和移去部分反应热，其余的反应热则由下面的急冷循环系统除去。这类反应器的进料分配部分一般不可调，靠机械结构形成的狭缝或多孔分布使成膜均匀，加工要求很高，反应器的环缝较窄，阻力也较大。多管膜式和双膜式磺化反应器的比较多管膜式磺化反应器双膜式磺化反应器冷却面积冷却面积大，不必加后冷却器或急冷循环装置冷却面积较小结构结构简单，制造容易结构复杂，且调试较难切换产品难易切换产品容易，适合生产各种类型表面活性剂切换产品困难操作弹性操作弹性大，为0.7-1.3操作范围小，受内外膜的成膜状态、组装水平及安装调节精度的影响技术的发展趋势

目前此反应发展趋势主要集中在磺化装置的发