CN102173636B - 一种利用酚醛树脂废水制备混凝土减水剂装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用酚醛树脂废水制备混凝土减水剂的方法，包括化学加成与缩聚反应，并在带搅拌器的反应锅中进行，所述酚醛树脂废水是酚醛树脂制备过程得到的，该酚醛树脂废水中具有苯酚含量与甲醛含量，参予减水剂制备主要组分有酚醛树脂废水、苯酚、甲醛及氨基磺酸，反应温度70～100℃，反应时间120～240分钟；反应后分离得到的液态生成物于160～250℃条件下喷雾干燥，构成固态粉状成品的氨基磺酸盐系混凝土减水剂；本发明优点是：实现了酚醛树脂生产完全无废水排放，免除废水处理工程与环境的污染；其次是原有的废水污染物变成有用原料，用于生产氨基磺酸盐系混凝土减水剂，因而具有显著的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土减水剂制备方法的技术领域，尤其是涉及一种利用酚醛树脂生产企业产生的废水制备混凝土减水剂装置与方法。
背景技术
众所周知，酚醛树脂制造过程中须大量反应水，该树脂合成后减压脱水又要将大量废水排放，该废水中主要成分为苯酚、甲醛与水，该废水毒性大、有机废物多，任意排放造成对周围环境严重污染，在环保工程中被列为主要毒物之一。
目前，所述酚醛树脂制造过程中产生的工业废水的处理方法通常是采用现行酸煮(或碱煮)预处理，从中回收部分低分子量树脂，但废水经预处理后仍含有苯酚，甲醛等有害物质，以酚含量为例，一般浓度在数百至上千MG/L，这远超过国家规定的废水排放标准，因此在这种预处理的基础上，又提出了各种处理方法，主要有生物化学法，化学氧化法，吸附法，萃取法，液膜分离法，焚烧炉焚烧法和光催化法等。
所述生化法，需在处理前加数倍新鲜水稀释，工艺设备复杂，占地面积大、又费时费工；
所述化学沉淀法，在酚醛废水中加入甲醛尿素，使之与有害物质反应生成沉淀废渣，而该废渣又会形成新的二次污染源；
所述吸附法，目前应用比较普遍，有些企业采用大孔树脂吸附法或采用活性碳吸附法，其中吸附剂通常需再处理或者更换，工艺过程较复杂，处理费用也相对较高。
所述离心萃取法，该方法处理酚醛废水，需频繁操作提取，萃取静置分离、油相反萃取等步骤，工艺过程较长，而处理效果不太理想；
所述液膜法，要经过膜层制造，液膜分离静电破乳，液液分离等步骤，其操作工艺和设备也较为复杂；
综上所述，现有的各式各样处理所述酚醛树脂废水方法，其工艺过程较为复杂、又环保与经济效益尚有不足之处。
此外，随着混凝土技术的迅猛发展，当前混凝土外加剂已经成为现代混凝土工程不可或缺的组分之一，其中混凝土减水剂是目前最常见的外加剂之一，用以改善混凝土的和易性与强度；节约水泥，方便施工。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的状况，提供一种酚醛树脂废水直接用于生产氨基磺酸盐类高效减水剂并实现废水零排放的利用酚醛树脂废水制备混凝土减水剂装置与方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用酚醛树脂废水反应制备混凝土减水剂的装置，包括一带搅拌器的反应锅，该反应锅上端设有反应组分入口，该反应锅下端设有生成物出口，其特征在于：
该反应锅上端组分入口设置为第一组分入口与第二组分入口，所述第一组分入口分别与酚醛组分、甲醛组分、氨基磺酸组分、丙烯酰胺组分、尿素组分相连通，所述第二组分入口与酚醛树脂废水经计量泵连通；
所述反应锅上端还设有蒸汽通道、水通道、压力表、与温度计；所述蒸汽通道用于在反应锅中加温并达到规定的加成和缩聚反应温度；
所述反应锅上端通过第一支管还与氢氧化钠组分相连通，该氢氧化钠组分又通过第二支管与所述酚醛树脂废水相连通，它的作用是调节PH值达到工艺要求；
所述反应锅下端的生成物出口设置为氨基磺酸盐系列混凝土减水剂液态成品生成罐；该混凝土减水剂液态成品生成罐经输送泵与喷雾干燥塔连接，所述混凝土减水剂液态品喷雾干燥后进入混凝土减水剂粉剂产品桶。
一种利用酚醛树脂废水反应制备混凝土减水剂的方法，包括化学加成反应、缩聚反应及喷雾干燥三个步骤，所述酚醛树脂废水是该酚醛树脂制备过程得到的，该酚醛树脂废水中具有苯酚含量与甲醛含量，其特征在于：所述化学加成反应、所述缩聚反应是在带搅拌器的反应锅中进行的，参予反应的主要组分及组分含量为：
酚醛树脂废水 100～2000重量份
苯酚(包括所述酚醛树脂废水中的苯酚含量) 200～275重量份
甲醛(包括所述酚醛树脂废水中的甲醛含量) 36～45重量份
氨基磺酸 26-40重量份
丙烯酰胺(与酚醛和甲醛反应用的催化剂) 0.3-6.5重量份
水(包括酚醛树脂废水经过化学反应后分离水) 140-200重量份
反应条件为：缩聚反应温度70～100℃，反应时间120～240分钟，PH值为≥7；反应后分离得到的液态生成物液体减水剂可直接用在混凝土生产中，固态须于160～250℃条件下喷雾干燥，构成氨基磺酸盐系混凝土减水剂固态粉状品。
由于采取上述在酚醛废水中加氨基磺酸，苯酚，甲醛以及关联抑制剂尿素，经合成缩聚、中和等工艺方法，实现了酚醛树脂的无废水排放，废水污染物变成有用原料，用于生产氨基磺酸盐类高效减水剂，从而具有显著的社会效益和经济效益。
所述酚醛树脂废水中预先测定的酚醛含量为90～110克/升，所述酚醛树脂废水中的测定的甲醛含量为35～40克/升；以上酚醛树脂废水中的酚醛与甲醛含量已计入所述参予反应的主要组分及组分含量中，即可抵一部分原料苯酚和甲醛，不足部分按配方计算补加，酚醛树脂所得废水部分直接用作生产水。
所述酚醛树脂废水的PH值是采用氢氧化钠20～40％溶液来调节，并达到该PH值为≥7，其作用是使得反应体系PH值达到理想状态。
所述制备过程是
①先将所述苯酚、所述甲醛和所述丙烯酰胺加入反应锅中，采用氢氧化钠调节PH值为≥7，然后，升温到70～80℃，反应2～3小时；
②加入所述酚醛树脂废水、所述氨基磺酸，在100～110℃温度下，反应1～2小时；
③加入交联抑制剂尿素，在100～110℃温度下，继续反应5～6小时；
④将上述组分温度达到100-110℃后冷却到40～50℃，加入氢氧化钠中和至PH值为≥9，即构成所述氨基磺酸盐系混凝土减水剂液态成品。
本发明与现有技术相比，其优点是：1.实现了酚醛树脂生产废水零排放，免除了其废水对周围环境的污染；2.原有的废水污染物变成有用原料，用于生产氨基磺酸盐类高效减水剂；3.由于废水直接利用，免去了现有技术中的各种复杂的废水处理工程，从而节省了工程费用与处理费用；4.本发明综合利用所生产的高效减水剂的成本比常规同类产品明显降低，因而具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
具体实施方式
所述酚醛树脂制造过程排放废水中主要成分苯酚、甲醛与水恰恰是制作氨基磺酸盐系混凝土减水剂的主要原材料，并通过特定的工艺流程，成就了尔弃我用的好事，从而变废为宝造福人民，与此同时创造了社会效益和经济效益。
本发明的酚醛树脂废水是该酚醛树脂制备过程得到的，该酚醛树脂废水中具有苯酚含量和甲醛含量。通过酚醛树脂废水中再加入氨基磺酸、苯酚、甲醛以及关联抑制剂尿素，经加成缩聚、中和等一系列的反应工艺方法来实现。
本发明是利用酚醛树脂废水直接用于生产氨基磺酸盐类高效减水剂的生产；即是将酚醛树脂废水处理过程变为氨基磺酸盐系高效减水剂的生产过程，使酚醛树脂的生产实现无废液排放，免除废水对环境的污染，同时又节约了水资源。
该氨基磺酸盐系高效减水剂为芳香族氨基酸盐醛类缩合物，以氨基苯磺酸、苯酚为主要原料，在加热条件下与甲醛聚合而成。
其制造过程中，加入水作为溶剂，苯酚与甲醛为主要原料。本发明的目的是将酚醛树脂废水直接加以利用。
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种利用酚醛树脂废水反应制备混凝土减水剂的装置，包括一带搅拌器7的反应锅，该反应锅上端设有反应组分入口，该反应锅下端设有生成物出口。
该反应锅10上端组分入口设置为第一组分入口11与第二组分入口14，该第一组分入口分别与酚醛组分1、甲醛组分2、氨基磺酸组分3、丙烯酰胺组分4、尿素组分5相连通，第二组分入口与酚醛树脂废水21经计量泵15连通；
反应锅10上端还设有蒸汽通道8、水通道6、压力表12、与温度计13；该蒸汽通道8用于在反应锅中加温并达到规定的缩聚反应温度；该蒸汽通道8是盘管式装置在反应锅中。
反应锅10上端通过第一支管91还与氢氧化钠组分9相连通，该氢氧化钠组分又通过第二支管92与酚醛树脂废水21相连通；用以调节PH值达到工艺参数；
反应锅下端的生成物出口设置为氨基磺酸盐系混凝土减水剂液态成品生成罐16；该混凝土减水剂液态成品生成罐经输送泵18与喷雾干燥塔19连接，混凝土减水剂液态成品喷雾干燥后便制成并进入混凝土减水剂粉剂产品灌入筒22。
所述氨基磺酸盐类减水剂的合成主要包括以下反应：其一是酚类单体与甲醛的加成反应；其二是氨基、芳基、磺化剂与甲醛的加成反应；其三是以上两种加成反应产生物间的缩聚反应。适当调整原料配方以及工艺参数，就可以制备出不同规格的氨基磺酸盐系列高效减水剂。
以下列出氨基磺酸盐系高效减水剂主要原料配方组分及组分含量：
酚醛树脂废水 100～2000重量份
苯酚(包括所述酚醛树脂废水中的苯酚含量) 200～275重量份
甲醛(包括所述酚醛树脂废水中的甲醛含量) 36～45重量份
氨基磺酸 26-40重量份
丙烯酰胺(与酚醛、甲醛反应的催化剂) 0.3～6.5重量份
水(包括酚醛树脂废水经过化学反应后分离水) 140～550重量份
尿素 0.4～0.5重量份
反应条件为：缩聚反应温度70～100℃，反应时间120～240分钟，PH值为≥7；反应后分离得到的液态生成物于160～250℃条件下喷雾干燥，构成氨基磺酸盐系混凝土减水剂固态粉状品。
所述酚醛树脂废水中预先测定的苯酚含量为90～110克/升(所述配方组分酚醛树脂废水)，所述酚醛树脂废水中预先测定的甲醛含量为35～40克/升(所述配方组分酚醛树脂废水)。
酚醛树脂废水的PH值是采用氢氧化钠20～40％溶液来调节，并达到该PH值为≥7。
利用酚醛树脂废水直接用于生产氨基磺酸盐类高效减水剂制备过程是：
①先将苯酚、甲醛和丙烯酰胺加入反应锅中，采用氢氧化钠调节PH值为≥7，然后，升温到70～80℃，反应2～3小时；
②加入所述酚醛树脂废水、所述氨基磺酸，在100～110℃温度下，反应1～2小时；
③加入交联抑制剂尿素，在100～110℃温度下，继续反应5～6小时；
④将上述组分温度达到100～110℃后，冷却到40～50℃，加入氢氧化钠中和至PH值为≥9，即构成所述氨基磺酸盐系混凝土减水剂液态减水剂产品；再经喷雾干燥即可制成粉剂产品。
本发明利用酚醛树脂废水作为氨基磺酸盐系高效减水剂的生产原料，该酚醛树脂废水中含酚量和含醛量可抵一部分所述组分含量中的苯酚和甲醛，不足部分按配方计算补加，废水直接用作生产水。
所述反应体系中的酸碱度，可以选择加入一定浓度的无机碱溶液作为反应催化剂，使反应体系PH值达到理想状态，一般PH值为≥7。
反应物的浓度过高或过低都会对反应产生影响，反应物的浓度过低，则反应物分子碰撞的概率低，缩合不易进行，分子量低影响减水剂质量；反应物的浓度过高，则缩合反应加快，易凝胶化，反应不易控制；所以，反应物与水的比约为1∶4左右。
以下是本发明第一个实施例：
按所述氨基磺酸盐系减水剂主要组分及组分含量，将苯酚、甲醛和丙烯酰胺加入带有回流冷凝器、温度计和搅拌器的反应锅中，在搅拌的情况下，加入氢氧化钠，调节PH值为7～11，升温至回流温度反应2～3小时后，加入氨基磺酸和酚醛树脂废水于回流温度反应1～3小时，再加入尿素，然后升温至回流温度1～5小时，即得所述氨基磺酸盐系高效减水剂的产品。
以下是本发明第二个实施例：
第一步，按所述氨基磺酸盐系减水剂的组分及组分含量，将尿素，苯酚，氨基苯磺酸，氨基磺酸钠和酚醛树脂废水加入反应锅中，用氨基磺酸的加量控制PH值，使PH值在2～4之间；
第二步，将第一步所得的物料加温，温度控制在85～90℃，在1.5～2小时内滴加甲醛，保温8～10小时；
第三步，第二步所得的物料迅速降温到40～50℃，加入氢氧化钠溶液，将PH值调节至8～10，保温至少1.5小时；即得所述氨基磺酸盐系减水剂的产品。
本发明的减水性能达到GB8076-1997中普通减水剂的质量要求。
本发明实现了从制备酚醛树脂而产生的废水用来制造氨基磺酸盐类高效减水剂的方法，与此同时，又可使酚醛树脂生产过程实现废液零排放，免除了废水对环境的污染，并节省污水处理设备投资及污水处理费用和节约水资源，因而具有显著的社会效益和经济效益。
本发明适当调整所述原料配方组分与组分含量以及工艺参数，可以制造出各种各样不同规格的氨基磺酸盐系列高效减水剂。
Claims (5)
1.一种利用酚醛树脂废水制备混凝土减水剂的装置，包括一反应锅，该反应锅上端设有反应组分入口，该反应锅下端设有生成物出口，其特征在于：
所述反应锅(10)组分入口设置为第一组分入口(11)与第二组分入口(14)，所述第一组分入口(11)分别与苯酚组分(1)、甲醛组分(2)、氨基磺酸组分(3)、丙烯酰胺组分(4)、尿素组分(5)相连通，所述第二组分入口(14)与所述酚醛树脂废水(21)经计量泵(15)连通；
所述反应锅(10)上端还设有蒸汽通道(8)、水通道(6)、压力表(12)、与温度计(13)；
所述反应锅(10)上端通过第一支管(91)还与氢氧化钠组分(9)相连通，该氢氧化钠组分(9)又通过第二支管(92)与所述酚醛树脂废水(21)相连通；
所述反应锅(10)下端的生成物出口设置为氨基磺酸盐系列混凝土减水剂液态成品生成罐(16)；该混凝土减水剂液态成品生成罐(16)经输送泵(18)与喷雾干燥塔(19)连接，所述混凝土减水剂液态成品喷雾干燥后进入混凝土减水剂粉剂产品灌入筒(22)。
2.一种利用酚醛树脂废水制备混凝土减水剂的方法，包括化学加成反应、缩聚反应与喷雾干燥三个步骤，所述酚醛树脂废水是该酚醛树脂制备过程得到的，该酚醛树脂废水中具有苯酚含量与甲醛含量，其特征在于：所述化学加成反应、所述缩聚反应是在带搅拌器的反应锅中进行的，参予反应的主要组分及组分含量为：
反应条件为：缩聚反应温度70～100℃，反应时间120～240分钟；PH值≥7；反应后分离得到的液态生成物于160～250℃条件下喷雾干燥，构成固态粉状品的氨基磺酸盐系列混凝土减水剂。
3.如权利要求2所述的利用酚醛树脂废水制备混凝土减水剂的方法，其特征在于：所述酚醛树脂废水中预先测定的苯酚含量为90～110克/升，所述酚醛树脂废水中预先测定的甲醛含量为35～40克/升。
4.如权利要求3所述的利用酚醛树脂废水制备混凝土减水剂的方法，其特征在于：所述酚醛树脂废水的PH值是采用氢氧化钠20～40％溶液来调节，并达到该PH值为≥7，使得反应体系PH值达到理想状态。
5.如权利要求2所述的利用酚醛树脂废水制备混凝土减水剂的方法，其特征在于：所述制备过程如下：
①先将所述苯酚、所述甲醛和所述丙烯酰胺加入反应锅中，采用氢氧化钠调节PH值为≥7，然后，升温到70～80℃，反应2～3小时；
②加入所述酚醛树脂废水与所述氨基磺酸在100～110℃温度下，反应1～2小时；
③加入交联抑制剂尿素，在100～110℃温度下，继续反应5～6小时；
④然后，将上述组分温度达到100-110℃后，冷却到40～50℃，加入氢氧化钠中和至PH值为≥9，即构成所述氨基磺酸盐系列混凝土减水剂液态品。
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