CN101474548B - 一种刮膜式磺化器 - Google Patents
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Abstract
一种刮膜式磺化器，属气体SO3磺化或硫酸化生产阴离子表面活性剂的反应装置的制造技术领域，主要由直立反应筒体(8)，置于直立反应筒体(8)内带刮板(9)的搅拌轴(10)，置于直立反应筒体(8)两端的下管板(11)和带密封管板(4)的上管板(5)，置于密封管板(4)上部带SO3气体进口(1)的上封头(2)，置于下管板(11)下部带反应物出口(16)的下封头(12)，固定于上封头(2)或下封头(12)上与搅拌轴(10)相连的带减速器(17)的电机(18)，置于直立反应筒体(8)外围带冷却水进口(13)和冷却水出口(15)的1～3段冷却夹套(14)等构成。整体结构设计合理，操作弹性大，制造容易，投资较小。
Description
技术领域
本发明涉及一种刮膜式磺化器，属气体SO3磺化或硫酸化生产阴离子表面活性剂的反应装置的制造技术领域。
背景技术
阴离子表面活性剂以磺化和硫酸化产品为主，其生产工艺是用气体三氧化硫经干燥空气(或其他惰性气体)稀释至一定浓度，在磺化设备中与各种有机物(如烷基苯、脂肪醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、α-烯烃、脂肪酸甲酯等各种可磺化原料)接触发生磺化或硫酸化反应而制得磺化和硫酸化产品。磺化器是其中的关键设备。现有的磺化器可分为降膜式反应器(多管降膜式或双膜降膜)、喷射式反应器(气体喷射式和液体喷射式等)和连续搅拌罐组式反应器。目前工业化生产广为使用的磺化器主要为降膜式反应器，其结构主要由直立反应管，置于直立反应管两端的下管板和带密封管板的上管板，置于密封管板上部带SO3气体进口的上封头，置于下管板下部带反应物出口的下封头等构成；密封管板和上管板之间形成底部设有锥形环隙的有机料分配腔，密封管板和上管板之间的直立反应管上设有与有机料分配腔连通的有机料进口。其主要问题为：直立反应管很窄，制造精度要求高。
在气液接触的膜式磺化反应中，对反应完成起决定作用的是三氧化硫气体分子在有机液体中扩散的速度，一般情况下在反应初期原料的粘度较低，反应剂三氧化硫气体分子容易在有机液体中扩散，磺化反应速度快，但到反应后期，由于反应产物的粘度急剧升高，三氧化硫分子在液体中的扩散速度放慢，必须强化三氧化硫气体与有机物的混合，促使磺化或硫酸化反应的完成。通常在反应器的设计中必须考虑到这一点。对于粘度较低的原料和产物，一般为10～1000cps，最高为1500cps，如烷基苯、α-烯烃、脂肪酸甲酯等的磺化以及脂肪醇和脂肪醇醚的硫酸化反应，广泛使用降膜式磺化器。对于本身粘度较高的原料或磺化反应后粘度急剧升高的产品，如烷基二苯醚二磺酸、C18以上的高分子量烷基苯磺酸、二烷基萘磺酸、石油磺酸盐等，若采用传统的降膜式反应器，由于原料或磺化产物粘度大易粘附在反应管内壁，造成液膜增厚，SO3无法与厚液膜层内的原料充分接触，易造成膜层内反应不到位而膜表层过磺化甚至结焦、堵塞反应管，磺化产物质量低下等情况。目前上述一些高粘度产品通常采用添加有机溶剂的降膜式磺化法，体系中添加溶剂虽可降低产物粘度改善物料的流动性，但因采用的大多数溶剂均有一定的毒性，必须增加溶剂回收装置，而要把溶剂从产品中完全去除是比较困难的，并且为防止有机溶剂的泄漏，对磺化器设计及操作要求也将变得很高。
WO.93/17992专利提出不采用溶剂的多管降膜湍流式的磺化工艺，该工艺中原料液膜和气体SO3在反应器中同向向下流动，通过对反应器中的气体SO3加压，以较高的压力(0.2～1.0Mpa)赋予气体SO3足够的流速从而使粘稠的磺化产品膜层变薄，提高反应转化率。采用该工艺对设备的加工要求较高，能耗和投资较大，并且由于对气体SO3实施了额外加压，SO3气速很快，原料在高速气流(湍流状态)下易被雾化，随气体进入尾气系统，增加了尾气处理压力，同时原料消耗也将大大增加。CN 1973989提出的SO3气体喷射式磺化器可喷射磺化多种原料，不仅包括适用于膜式磺化工艺的所有原料，且包括不适用于膜式磺化工艺的高粘度、含蜡质、难成膜、热敏性物料，原料经一次喷射即可达到所需的转化率，不用多次循环磺化产物、产品质量稳定。但对粘度高(大于5000C.P)的有机料物料，其喷射雾化较难进行，且磺化反应放热剧烈，该气体喷射式磺化器的反应热无法快速移去，易发生过磺化副反应。
发明内容
本发明的目的是提供一种设计合理，整体结构紧凑，适合于高粘度物料磺化或硫酸化的刮膜式磺化器。
本发明为一种刮膜式磺化器，包括直立反应筒体，置于直立反应筒体两端的下管板和带密封管板的上管板，置于密封管板上部带SO3气体进口的上封头，置于下管板下部带反应物出口的下封头，密封管板和上管板之间形成底部设有锥形环隙的有机料分配腔，密封管板和上管板之间的直立反应筒体上设有与有机料分配腔连通的有机料进口，其特征在于直立反应筒体内还设有带刮板的搅拌轴，直立反应筒体的上封头或下封头上设有与搅拌轴相连的电机。
所述直立反应筒体的内径可为30～500厘米。可根据产量大小确定内径。所述刮板与直立反应筒体内壁之间的间距可为1～10mm，优选为2～5mm。
所述直立反应筒体的外围还可设有带冷却水进口和冷却水出口的冷却夹套。所述的冷却夹套在直立反应筒体外围可为1～3段设置。
本发明与现有技术相比，具有以下突出优点和积极效果：
1、通过在直立反应筒体内设置外动力刮板，反应时装有刮板的搅拌轴在电机带动下旋转，在刮板作用下粘稠的反应物料在反应筒体内壁经过刮膜-重新涂布-刮膜过程，液膜不断的交替更新使物料得以均匀、充分的反应。能强制高粘度的原料在反应器内壁均匀成膜并持续更新，因此磺化产物能得以充分反应且不易结焦，解决了高粘度原料磺化的难题，在不使用溶剂的条件下，有效避免了高粘度原料磺化时出现的过磺化甚至结焦、堵塞反应管等问题。
2、采用直径较大的直立反应筒体，并合理设置刮板与直立反应筒体内壁之间的间距，使高粘度的原料在反应筒体内壁形成液膜，与气相的SO3实现单膜磺化反应，且旋转的刮板对SO3气体有折流作用，使SO3气体流速相对较慢，有机料雾化少，降低原料消耗，同时尾气中SO3和有机料的残留少，减轻尾气处理的压力。
3、采用一段或多段的冷却夹套，能快速移走反应生成的热能，避免反应温度峰值高，使反应产物的温度不致过热，反应温度温和可控。磺化后产品从反应器出口出来，按常规工艺进行老化、中和得到成品。
本发明使磺化器的整体结构设计更趋合理，操作弹性大，制造容易，投资较小。适用于各类液态有机物料的磺化和硫酸化反应，包括：脂肪醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、烯烃、脂肪酸甲酯、烷基苯等，特别适用于粘度为1500-100000cps的高粘度物料的磺化和硫酸化反应，如：石油磺酸盐、烷基二苯醚二磺酸盐、萘磺酸等，还特别适用于较难吸收SO3的有机物料的磺化和硫酸化反应，如：天然油脂、大豆磷脂等，能有效改善反应效果及反应状态、避免产生过磺化、结焦、磺化率低等现象，实现高粘度物料的膜式磺化，提高了生产效率，且得到的产品质量好、副产物少。
附图说明
附图是本发明的整体结构示意图。
图中，1为SO3进口，2为上封头，3为有机料进口，4为密封管板，5为上管板，6为有机料分配腔，7为锥形环隙，8为反应筒体，9为刮板，10为搅拌轴，11为下管板，12为下封头，13为冷却水进口，14为冷却夹套，15为冷却水出口，16为反应物出口，17为减速器，18为电机。
具体实施方式
本发明主要由直立反应筒体8，置于直立反应筒体8内带刮板9的搅拌轴10，置于直立反应筒体8两端的下管板11和带密封管板4的上管板5，置于密封管板4上部带SO3气体进口1的上封头2，置于下管板11下部带反应物出口16的下封头12，固定于上封头2或下封头12上与搅拌轴10相连的带减速器17的电机18，置于直立反应筒体8外围带冷却水进口13和冷却水出口15的1～3段冷却夹套14等构成；密封管板4和上管板5之间形成底部设有锥形环隙7的有机料分配腔6，密封管板4和上管板5之间的直立反应筒体8上设有与有机料分配腔6连通的有机料进口3。
使用时，原料由有机料进口3进入上管板5和密封管板4之间的原料分配腔6，通过锥形环隙7后，沿直立反应筒体8的内壁均匀成膜向下流动，SO3/空气混合气体以较低的气速从直立反应筒体8上部的SO3气体进口1进入后，与直立反应筒体8内壁的原料接触发生磺化或硫酸化反应生成粘稠的反应物料，装有刮板9的搅拌轴10在电机18带动下旋转，在刮板9作用下粘稠的反应物料经过刮膜-重新涂布-刮膜过程，液膜不断的交替更新使物料得以均匀、充分的反应，磺化反应产物顺着刮板9和直立反应筒体8内壁顺利地移至下封头12的反应物出口16排出，然后进气液分离器进行气液分离。液体磺化产物被送至下一工段，气体送入尾气处理工段。刮板9有较好的折流效果，使SO3气体与有机液膜充分接触，有利于磺化或硫酸化的进行，反应产生的反应热由冷却夹套14的冷却水及时除去。
Claims (6)
1.一种刮膜式磺化器，包括直立反应筒体(8)，置于直立反应筒体(8)两端的下管板(11)和带密封管板(4)的上管板(5)，置于密封管板(4)上部带SO3气体进口(1)的上封头(2)，置于下管板(11)下部带反应物出口(16)的下封头(12)，密封管板(4)和上管板(5)之间形成底部设有锥形环隙(7)的有机料分配腔(6)，密封管板(4)和上管板(5)之间的直立反应筒体(8)上设有与有机料分配腔(6)连通的有机料进口(3)，其特征在于直立反应筒体(8)内还设有带刮板(9)的搅拌轴(10)，直立反应筒体(8)的上封头(2)或下封头(12)上设有与搅拌轴(10)相连的电机(18)。
2.按权利要求1所述的一种刮膜式磺化器，其特征在于所述直立反应筒体(8)的内径为30～500厘米。
3.按权利要求1或2所述的一种刮膜式磺化器，其特征在于所述刮板(9)与直立反应筒体(8)内壁之间的间距为1～10mm。
4.按权利要求1所述的一种刮膜式磺化器，其特征在于所述刮板(9)与直立反应筒体(8)内壁之间的间距为2～5mm。
5.按权利要求1或2所述的一种刮膜式磺化器，其特征在于所述直立反应筒体(8)的外围还设有带冷却水进口(13)和冷却水出口(15)的冷却夹套(14)。
6.按权利要求5所述的一种刮膜式磺化器，其特征在于所述的冷却夹套(14)在直立反应筒体(8)外围为1～3段设置。
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