CN104176968A - 一种萘系高浓减水剂的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种萘系高浓减水剂的生产方法，按以下步骤进行：1)工业萘、98％浓硫酸、37％甲醛的重量比为1:0.889:0.598；2)投入工业萘；3)磺化：萘的温度升至150℃时加浓硫酸，时间25-30min；加酸后，在160-165℃下进行磺化反应；磺化过程增加溶剂循环和去残留溶剂步骤；酸度在26-27％；4)水解：向反应液中加水，在110-125℃下水解15分钟；5)缩合：当温度在102±2℃加甲醛，2h加完；缩合保温反应3h，温度在115-125℃，压力在0.10-0.15MPa；6)中和。本发明大大提高了β-萘磺酸甲醛缩合物的转化率，且缩短了时间，降低了能耗，减少了废气的排放。

Description

一种萘系高浓减水剂的生产方法

技术领域

本发明涉及萘系高浓产品的生产方法,特别是涉及一种萘系高浓减水剂的生产方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展和建筑水平的提高，对混凝土质量要求越来越高。高效减水剂是当前国内建筑行业普遍采用的一种高效减水剂，尤其是萘系高效减水剂在高性能混凝土的配制过程中，更是广泛采用的重要组分之一。现有技术中的常压生产工艺为：1)工业萘与浓硫酸进行磺化反应；2)水解；3)缩合；4)中和；5)过滤。这种工艺存在如下缺点：1、磺化反应中，萘与浓硫酸生成β-萘磺酸和水，该生成的水会稀释浓硫酸，从而影响反应的继续进行，降低磺化反应速率及磺化转化效率，现有技术中，要么是采用苯带水以将反应生成的水除去，使得反应顺利进行；要么是，向反应器中通入三氧化硫，以使得浓硫酸的浓度不降低；但是，苯的毒性比较大，对环境不利，且后处理繁琐，成本高；而通入三氧化硫使得反应不够温和，操作风险较大；还有一种是利用无水硫酸钠的吸水性，将反应产生的水吸附，以保证反应的顺利进行，提高磺化效率。但是还是需要添加无水硫酸钠，增加了废渣。2、在缩合过程中，因为甲醛有挥发性，在常压工艺缩合反应过程中，有一部分甲醛随水蒸气挥发出来，一方面造成了原材料的浪费，另一方面作为废气排放，污染了环境，且其强烈刺激性会对人体造成伤害。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种萘系高浓减水剂的生产方法,该方法大大提高了目标产品β-萘磺酸甲醛缩合物的转化率，且缩短了时间，降低了能耗，减少了废气的排放，达到了节能减排的目的。

实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种萘系高浓减水剂的生产方法，其特征在于，按以下步骤进行：

1)原材料准备：工业萘、98％浓硫酸、37％甲醛；工业萘、98％浓硫酸、37％甲醛的重量比为1:0.889:0.598；

2)当反应器的储萘槽料温130±3℃时，投入工业萘；

3)磺化：当工业萘的温度升至150℃时开始加浓硫酸，匀速一次性加完，时间为25-30min；加酸完成后，在160-165℃下进行磺化反应；在磺化过程中，增加溶剂循环和去残留溶剂步骤，确保反应的充分进行；磺化酸度控制在26-27％；按照工艺规定的加酸量，磺化酸度控制在26～27％，即对应的萘的磺化转化率已达到设计的要求；

4)水解：向步骤3)的反应液中加入水，在110-125℃下水解15分钟，水解酸度控制在22～23％，保证缩合反应的正常进行。

5)缩合：当步骤4)的反应液的温度在102±2℃时开始加甲醛，加甲醛过程中温升不得超过125℃(用夹套冷却水控制)；缩合保温反应3h，温度控制在115-125℃，压力控制在0.10-0.15MPa；

6)中和：中和时只需用液碱即可，不需加入石灰膏(氢氧化钙)，无任何废渣(硫酸钙)产生，不需过滤工序；控制pH为7-9,得到萘系高浓减水剂。

优选地，在步骤3)中，增加溶剂循环和去残留溶剂步骤为：用泵将一定量的溶剂泵入反应釜内，溶剂在高温下挥发时会将反应产生的水一起带出，促进反应向右进行即提高萘的磺化转化率；此过程中由于溶剂蒸发会带走大量热量，物料温度会在一段时间内保持稳定，当物料温度开始上升时，说明溶剂的蒸发量已经较小，即已完成一次循环；此时启动溶剂循环泵再次将一定量的溶剂泵入反应釜内，开始第二次循环；循环次数在4-5次即可，最后一次循环结束后，将温度升至170℃并保持30分钟，去除残留的溶剂。

优选地，在步骤5)加甲醛及保温过程中，电流表读数达37±1A时加入设定量的热水，以控制萘磺酸甲醛缩合物的聚合度(分子量)和物料粘度不致太高。

优选地，在步骤5)加甲醛过程中，开始加甲醛时即关闭反应釜排空阀门，并启动加料系统的压力连锁，这样当釜内产生压力时加料系统会自动补压(用压缩空气)以保持与釜内有一定的压差(工艺设定)来保证加料的正常进行。甲醛约2h加完。

本发明的有益效果在于：

常压工艺的萘/酸/醛比为1:1.064:0.636，而本发明的带压工艺的萘/酸/醛比为1:0.889:0.598。

磺化反应方程式，见式一：

在磺化反应过程中，有水生成，随着水分的增加，浓硫酸浓度随之降低，活化分子减少，反应速率随之降低，限制了β-萘磺酸的转化率，且残留了大量酸，造成了原材料的浪费。在带压工艺的磺化反应过程中，增加了溶剂循环和去残留溶剂的步骤，将磺化反应生成的水带出，保证了硫酸的浓度，确保反应的进行，从而提高了β-萘磺酸的转化率,降低了硫酸用量。

缩合反应方程式，见式二：

因为甲醛有挥发性，在常压工艺缩合反应过程中，有一部分甲醛随水蒸气挥发出来，一方面造成了原材料的浪费，另一方面作为废气排放，污染了环境，且其强烈刺激性会对人体造成伤害。在带压工艺中，整个缩合反应过程均加压控制，既减少了甲醛用量，提高了反应速率，缩短了缩合反应时间，又减少了废气的排放，达到了节能减排的目的。

因此，相比现有技术中的常压工艺，本发明所述的带压工艺的优势显而易见，总结为如下几点：

(1)从两种工艺的萘/酸/醛比可知，带压工艺大大减少了浓硫酸和甲醛的用量，减少了原材料的浪费，做到了节约成本。

(2)带压工艺在反应过程中，大大提高了目标产品β-萘磺酸甲醛缩合物的转化率，且缩短了时间，降低了能耗，减少了废气的排放，达到了节能减排的目的。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做具体说明

实施例1

一种萘系高浓减水剂的生产方法，按以下步骤进行：

1)原材料准备：工业萘：4400KG；98％浓硫酸：3910KG；37％甲醛：2630KG。

2)当储萘槽料温130℃时，投入工业萘；

3)磺化：当工业萘的温度升至150℃时开始加浓硫酸，匀速一次性加完，时间为25min；加酸完成后，在160℃下进行磺化反应；在磺化过程中，增加溶剂循环和去残留溶剂步骤，确保反应的充分进行；磺化酸度控制在26％；

4)水解：向步骤3)的反应液中加入水，在110℃下水解15分钟，水解酸度控制在22％；

5)缩合：当步骤4)的反应液温度在102℃开始加甲醛，2h加完，加甲醛过程中温升不得超过125℃；缩合保温反应3h，温度控制在115℃，压力控制在0.10MPa；

6)中和：中和时只需用液碱即可，控制pH为7-9,得到萘系高浓减水剂；中和时不需加入石灰膏(氢氧化钙)，无任何废渣产生，不需过滤工序。

实施例2

一种萘系高浓减水剂的生产方法，按以下步骤进行：

1)原材料准备：工业萘：4400KG；98％浓硫酸：3910KG；37％甲醛：2630KG。

2)当储萘槽料温133℃时，投入工业萘；

3)磺化：当工业萘的温度升至150℃时开始加浓硫酸，匀速一次性加完，时间为30min；加酸完成后，在165℃下进行磺化反应；在磺化过程中，增加溶剂循环和去残留溶剂步骤，确保反应的充分进行；磺化酸度控制在27％；

4)水解：向步骤3)的反应液中加入水，在125℃下水解15分钟，水解酸度控制在23％；

5)缩合：当步骤4)的反应液温度在104℃开始加甲醛，2h加完，加甲醛过程中温升不得超过125℃；缩合保温反应3h，温度控制在125℃，压力控制在0.15MPa；

6)中和：中和时只需用液碱即可，控制pH为7-9,得到萘系高浓减水剂；中和时不需加入石灰膏(氢氧化钙)，无任何废渣产生，不需过滤工序。

实施例3

一种萘系高浓减水剂的生产方法，按以下步骤进行：

1)原材料准备：工业萘：4400KG；98％浓硫酸：3910KG；37％甲醛：2630KG。

2)当储萘槽料温132℃时，投入工业萘；

3)磺化：当工业萘的温度升至150℃时开始加浓硫酸，匀速一次性加完，时间为28min；加酸完成后，在162℃下进行磺化反应；在磺化过程中，增加溶剂循环和去残留溶剂步骤，确保反应的充分进行；磺化酸度控制在26％；

4)水解：向步骤3)的反应液中加入水，在115℃下水解15分钟，水解酸度控制在22％；

5)缩合：当步骤4)的反应液温度在100℃开始加甲醛，2h加完，加甲醛过程中温升不得超过125℃；缩合保温反应3h，温度控制在120℃，压力控制在0.15MPa；

6)中和：中和时只需用液碱即可，控制pH为7-9,得到萘系高浓减水剂；中和时不需加入石灰膏(氢氧化钙)，无任何废渣产生，不需过滤工序。

对比例1：

现有技术中的常压生产工艺为：

1)原材料准备：工业萘：4400KG；98％浓硫酸：4680KG；37％甲醛：2800KG。

2)储萘槽料温130±3℃时，投萘。

3)磺化反应:萘温升至152-154℃时开始加酸，约2h加完；控制温升不超过170℃；酸加完后在160-165℃下保温1h；磺化酸度控制在32±0.5％。

4)水解:在125℃加水水解，采用固定加水量法，在120-110℃下水解15分钟。

5)缩合:当温度在102±2℃开始加甲醛，约2.5h加完，加甲醛过程中温升不得超过125℃；缩合保温反应4.5h(共7h并连锁设定)，温度控制在108-115℃。

6)中和时加入石灰膏(氢氧化钙)，再将生成的硫酸钙过滤出来。这就产生了石膏类废渣。

将实施例1-3与对比例1的β-萘磺酸甲醛缩合物的转换率(以高浓产品的得率表示)、原料用量、生产时间等指标进行比较，具体情况见表一。

表一

上述实施例仅为本发明优选的实施案例，不能以此来限定本发明所要求保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的及替换均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种萘系高浓减水剂的生产方法，其特征在于，按以下步骤进行：

1)原材料准备：工业萘、98％浓硫酸、37％甲醛；工业萘、98％浓硫酸、37％甲醛的重量比为1:0.889:0.598；

2)当反应器的储萘槽料温130±3℃时，投入工业萘；

3)磺化：当工业萘的温度升至150℃时开始加浓硫酸，匀速一次性加完，时间为25-30min；加酸完成后，在160-165℃下进行磺化反应；在磺化过程中，增加溶剂循环和去残留溶剂步骤，确保反应的充分进行；磺化酸度控制在26-27％；

4)水解：向步骤3)的反应液中加入水，在110-125℃下水解15分钟，水解酸度控制在22-23％；

5)缩合：当步骤4)的反应液的温度在102±2℃,开始加甲醛，2h加完，加甲醛过程中温升不得超过125℃；缩合保温反应3h，温度控制在115-125℃，压力控制在0.10-0.15MPa；

6)中和：向步骤5)的反应液中加液碱中和，控制pH为7-9,得到萘系高浓减水剂；中和时不需加入石灰膏，无任何废渣产生。

2.根据权利要求1所述的缓释型聚羧酸保坍剂的制备方法，其特征在于:步骤5)中，在加甲醛及保温过程中，电流表读数达37±1A时加入热水。

3.根据权利要求1所述的缓释型聚羧酸保坍剂的制备方法，其特征在于:在步骤3)中，增加溶剂循环和去残留溶剂步骤为：用泵将一定量的溶剂泵入反应釜内，溶剂在高温下挥发时会将反应产生的水一起带出，促进反应向右进行即提高萘的磺化转化率；此过程中由于溶剂蒸发会带走大量热量，物料温度会在一段时间内保持稳定，当物料温度开始上升时，说明溶剂的蒸发量已经较小，即已完成一次循环；此时启动溶剂循环泵再次将一定量的溶剂泵入反应釜内，开始第二次循环；循环次数在4-5次即可，最后一次循环结束后，将温度升至170℃并保持30分钟，去除残留的溶剂。