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磺酸盐类表面活性剂(一)

发布时间:2017-06-14 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:4056

磺酸盐类表面活性剂是阴离子表面活性剂中产量最大、应用最广的一类,也是开发较早、品种较多的一类。下面介绍主要品种的合成方法、性能和应用。

1.直链烷基苯磺酸及其盐(LAS)

LAS是一种黄色油状液体,经纯化后可形成六角形或斜方型薄片状结晶。其分子由亲油性烷基基团、离子性的亲水磺酸盐基团及作为连接手段的亲油性苯环基团3部分构成,分子式为RC6H4—SO3H(R为平均十二碳烷基)。经过长期以来人们对LAS结构与性能之间关系的研究,从其综合表面活性与生物降解两方面考虑,较为理想的LAS结构应该是C10~C14;的直链烷基,苯环在烷基的第三或第四个碳原子上连接,亲水基为苯环对位单磺酸基。

烷基苯是表面活性剂的亲油基团,通过磺化,在苯环上引入磺酸基团作为亲水基,是形成表面活性剂的重要一步。目前常见的有两种工艺路线:

(1)发烟硫酸磺化法该方法工艺成熟、产品质量稳定、易于控制、投资小,多为中小型生产厂家采用;不足之处是磺化剂利用率仅为32%,产生大量废酸,污染环境。磺化反应式为:

(2) S03磺化法该工艺产品含盐量低,产品内在质量好,生产成本较低,无废酸生成;但磺化反应需用特殊设计的高精确度加工反应器,适合于大规模工业生产。磺化反应式为:

S03磺化法工艺生产烷基苯磺酸的流程见图2-5。

(1)空气压缩和干燥空气经过滤器M101被工艺风机J101送入系统,经水冷却器C101和乙二醇冷却器C102到5℃左右,除去大部分水。冷却后的空气被送入硅胶干燥塔L102进行干燥吸附,使其出口空气露点达到-60℃。

(2)硫黄燃烧和SO3发生固体硫黄在熔硫装置L101中经蒸汽加热熔化(温度140~150℃),被液硫计量泵J102送入燃硫炉中与干燥空气相遇,燃烧后生成650℃左右的SO2气体,通过SO2冷却器C103进入SO2/SO3转化塔E101中,在V2O5催化剂条件下转化为SO3,其中两个中间空气冷却器保证最佳催化温度430~450℃,其出口SO2转化率可达98%。然后气体SO3通过SO3冷却器C104,C105冷却至磺化工艺的要求温度50~55℃。

(3)磺化反应经干燥空气稀释的SO3气体通过SO3过滤器M102除去酸雾后进入降膜式磺化反应器D101,与经过计量的烷基苯沿反应器内壁流下形成的液膜并流发生磺化反应。生成热由夹套冷却水及时移去,生成的磺酸与未反应的尾气在气液分离器L104中分离之后,经过约30min的老化和水解反应,通过输送泵送至产品贮罐,得到质量稳定的产品。

(4)尾气处理根据环保要求,来自磺化单元的尾气在放空前需经处理。以微粒形式存在的有机物和微量的SO3经静电除雾器L106除去。尾气中所含SO2在碱洗塔E102中被连续循环的NaOH溶液吸收移去。

烷基苯磺酸与NaOH中和是生产LAS的最后一步,该反应属放热量较大的非均相反应。根据原料和投资情况,可选用间歇式中和工艺及连续式中和工艺。反应方程式为:

LAS溶于水后呈中性,对水硬度不敏感,对酸碱水解的稳定性好,不易氧化。主要表现为发泡能力强,去污力高,易与各种助剂复配,兼容性好,因此应用领域广泛。LAS最主要用途是配制各种类型的液状、粉状、粒状、浆状洗涤剂、擦净剂和清洁剂。亦可用作为石油破乳剂,农药浓缩乳化剂,油井空气钻井发泡剂,软质陶瓷、水泥、石膏用泡沫剂,纺织用抗静电涂布剂,防结块剂,石灰分散剂,明胶凝聚剂,铝增亮剂等:在农业方面,可作为防化肥结块剂、杀菌剂和协同杀虫剂。

2.a-烯烃磺酸盐(AOS)

(1)生产原理AOS的生产包括磺化和水解两个主要反应过程,相应反应式如下:

a-烯烃AO与SO3的磺化过程较为复杂,生成的是多种化合物的混合物,大约为40%的烯烃磺酸和约60%的1,3-烷烃磺酸内酯和1,4-烷烃磺酸内酯。一般磺化温度为40℃,以不高于50℃为宜,SO3与AO的摩尔比为1:0.5。

(2)生产工艺图2-6为生产AOS的工艺流程,该套设备及工艺还可用于LAS,AS,AES的生产。

生产工艺流程说明如下:

(1)空气压缩和干燥空气经过滤器M101被工艺风机J101送入系统,经水冷却器C101和C102将乙二醇冷却到5℃左右,除去大部分水。冷却后的空气被送入硅胶干燥塔L102进行干燥吸附,使其出口空气露点达到-60℃。

(2)硫黄燃烧和SO3发生固体硫黄在熔硫装置L101中经蒸汽加热熔化(温度140~150℃),被液硫计量泵J102送入燃硫炉中与干燥空气相遇,燃烧后生成650℃左右的SO2气体,通过SO2冷却器C103进入SO2/SO3转化塔E101中,在V205催化剂条件下转化为 S03,其中两个中间空气冷却器保证最佳催化温度430~450℃,其出口SO2转化率可达98%。然后气体SO3通过SO3冷却器C104,C105冷却至磺化工艺的要求温度50~55℃。

(3)磺化反应经干燥空气稀释的SO3气体通过SO3过滤器M102除去酸雾后进入降膜式磺化反应器D101,与经过计量的a-烯烃沿反应器内壁流下形成的液膜并流发生磺化反应。生成热由夹图2-6 AOS,AS,AES和LAS的生产工艺流程套冷却水及时移去,生成的磺酸与未反应的尾气在气液分离器L104中分离之后,经过约30min的老化和水解反应,通过输送泵送至产品贮罐,得到质量稳定的产品。

LAS,AS,AES及AOS等磺酸盐及硫酸盐类阴离子表面活性剂的工业化规模生产多用气体三氧化硫作为磺化剂,SO3适合于醇、醇醚烯烃甲酯等的硫酸化和磺化。用气体三氧化硫为磺化剂的磺化反应为气-液相反应,该反应在大多数情况下扩散速度为控制因素,具有反应速度快、放热量大、磺化物料黏度高的特点。目前所用反应器主要为膜式磺化反应器。膜式反应器是把反应热从整个反应管壁除去的,体积小,结构紧凑,反应时间极短,适合于热敏性有机物的反应。但是由于操作过程中控制要求严格,不宜经常开、停车,设备加工精度及安装要求高,反应过程中产生大量酸雾必须设有除雾器以净化尾气。

膜式反应器有多种不同的结构,可分为双膜式和多管式。双膜式反应器有Allied, Chemithen,T.O.3种;多管式反应器有Mazzoni,Ballestra,M.M.3种。从价格、性能、销量、产品质量等多种因素综合考虑,Chemithen的双膜反应器和Ballestra的多管膜式反应器为最优。

(4)尾气处理 根据环保要求,来自磺化单元的尾气在放空前需经处理。以微粒形式存在的有机物和微量的SO3经静电除雾器L106除去。尾气中所含SO2在碱洗塔E102中被连续循环的NaOH溶液吸收移去。

(5)中和来自硫酸化单元的硫酸脂与经过计算的工艺水和碱液在中和器D102,D103中发生中和反应,得到一定浓度的AOS,中和热由水冷却器除去。

(6)水解将中和后的溶液泵入D104中,水解完全后即可得到产品。

AOS具有优异的乳化、去污和钙皂分散力,溶解性、配伍性好,泡沫细腻丰富,易于生物降解,且毒性低、对皮肤刺激小等特点,特别是应用于无磷洗涤剂中,不仅可保持较好的洗涤能力,而且与酶制剂的相容性佳。粉(粒)状产品的流动性好。因而可广泛应用于无磷洗衣粉、液体洗涤剂等各种家用洗涤用品和纺织印染工业、石油化学品、工业硬表面清洗方面。

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