[发明专利]一种超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置及应用

说明书

技术领域

本发明涉及精细化工技术领域。更具体地，涉及一种超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置及应用其制备磺酸盐表面活性剂的方法。

背景技术

磺化反应在现代化工领域中占有重要地位，是合成多种有机产品的重要步骤，在医药、农药、燃料、洗涤剂及石油等行业中应用较广。磺化是制备磺酸盐表面活性剂的重要手段之一，表面活性剂是指一些在很低的浓度下就可以显著地降低溶液的表面张力的物质，称之为“工业味精”，广泛的应用于化妆品、纺织、洗涤剂、涂料、制药、食品、矿产、及石油等行业。磺酸盐型表面活性剂是目前最常用、产量最大、品种最多的表面活性剂，而其中磺酸盐表面活性剂是应用范围最广的一类。

磺化反应是典型的亲电取代反应，工业上所采用的磺化方法根据磺化剂的不同主要可以分为：三氧化硫磺化法、发烟硫酸磺化法、过量硫酸磺化法、氯磺酸磺化法、氧磺化、氯磺化法等。三氧化硫磺化剂由于其反应速率快、用量接近理论用量、反应不生成水、无废酸产生、对设备腐蚀小、安全性高等优点越来越多的受到工业上的推崇。

有机物料的磺化反应为快速强放热反应，常常伴随着平行反应和连串反应，反应期间尤其在转化率为70％以后，有机相的粘度增大50倍以上。根据上述的这些总体特性可以得出理想的磺化反应器应该具有以下特点：物料快速均一混合、停留时间短、冷却面积/反应器体积的比率要高、返混少。因此，最好采用并流式反应器，使有机液相和磺化剂具有“塞流”的特性。目前工业上成熟应用的、具有以上特性的反应器为降膜式磺化反应器。有机原料自上而下在反应器内的管壁上成膜状流下，气态的三氧化硫沿着液膜表面并流吸收发生反应，反应热通过壁面另一侧的冷却水带走。此反应器结构复杂、由于原料分布要成均匀膜状，因此管壁面要求十分光滑，加工要求很高；另外物料的磺化率从上到下逐渐提高，膜表面粘度越来越大，在反应器的底部，膜厚度可以达到2mm，导致传热和传质效率极大下降，成为副反应和结焦的 多发区。同时由于传热过程的全面减缓，降膜式磺化反应器的上端和下端需要分别采用不同流量和温度的冷却水，增加操作成本。

针对以上情况，需要提供一种改进的具有低副反应高产品质量的超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置及用其制备磺酸盐表面活性剂的方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种超重力磺化法制备磺酸盐表面活性剂的系统装置。

本发明的另一个目的在于提供一种应用上述系统装置制备磺酸盐表面活性剂的方法。

磺化反应是一个极快速反应过程，即是一个扩散控制的反应。原料和产物的分布不均极易产生局部过磺化、氧化反应，极大影响最终产品分布。对于一个快速反应来说，反应的控制步骤是物料的快速而均匀地混合以及相界面的快速更新。混合不均匀，就容易局部生成副产物砜，过磺化甚至氧化反应。另一方面，随着磺化转化率提高，反应系统的粘度急剧增大，从而使搅拌混合困难，传质、传热阻力增大。因此，对于磺化来说，快速而且均匀的混合，热量的移除是反应的关键。

超重力反应器是一种新型的、在超重力的环境下进行传递和反应过程的反应器。在地球上，通过旋转产生模拟的超重力场环境而实现超重力环境(几十到几百倍的地球重力加速度)。反应物料在超重力作用下经过填料的分割发生快速混合、更新传质表面。由于在地球上阻力和速度的限制，物料在丝网填料上形成的液膜比较厚，而且更新速度也很慢。但是在超重力环境下，两相流体在多孔介质或者孔道中发生接触，受到的剪切力是常规重力场的百倍甚至千倍，巨大的剪切力把液体撕成微米甚至纳米级的液膜、液滴和液丝，产生巨大的和快速更新的相界面，极大地强化了传质和微观混合过程。另有研究表明，在超重力反应器内，液体主要沿着反应器做径向运动，具有“塞流”的特性，因此超重力反应器很适合用于磺化这一快速反应。

本发明系统装置针对磺化反应的特点在于：增加了预混合装置、对冲式进料装置、外部循环移热系统、冷激移热系统、溢流老化系统以及溶剂回收系统，使得该系统装置可以用于磺化这一快速放热反应过程中。在超重力环境下，丝网填料使得任何时刻原料油和磺化剂能够均一分布，有效避免了过 磺化及砜生成。采用该系统装置进行反应，以稀释的三氧化硫(气态和液态均可)为磺化剂，使反应剧烈程度可控，反应热量可以及时移除；将超重力技术应用于磺化快速反应过程中，使原料能够快速的均匀分布，降低副反应发生，提高产品质量。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：