磺化反应器研究进展
磺化反应新进展_二_
磺化反应新进展(二)大连理工大学精细化工国家重点实验室 蒋嵩 张淑芬 杨锦宗(接上期)3 蒽醌磺化大部分的蒽醌衍生物都是经过蒽醌单磺化、双磺化而制得的,常见的有12、22蒽醌磺酸和1,52、1,82、2,62、2,72蒽醌二磺酸。
磺化剂一般采用发烟硫酸或三氧化硫,两者得到的产物不尽相同。
如果要得到1位产物,需加入汞盐作为定位剂。
磺化产物加水中和后加入无机盐将产物析出时,由于在磺化过程中发烟硫酸既充当磺化剂又充当溶剂,会产生严重污染,增加生产成本。
而加入汞盐做定位剂时,汞随废酸一起排放出去,会造成更严重的污染。
目前的主要解决办法是利用金属还原脱汞、非金属还原脱汞等。
金属还原脱汞会造成蒽醌环的结构破坏,而且将金属离子引入到产品中。
非金属还原剂价格昂贵,而且反应不彻底。
用保险粉将汞还原成硫化汞,是除去汞的有效方法,除汞率可达到93%～99%〔21〕。
据报道〔22〕,蒽醌与磺化试剂可在二氧化硫介质中进行反应。
加压使二氧化硫成液态,将发烟硫酸或三氧化硫溶于其中,再将蒽醌加入到反应器中进行磺化反应。
如要得到1位产物,可在其中加入汞的硫酸盐。
反应结束后将产物转移到压力较低的容器中,蒸发掉二氧化硫,滤出未反应的汞盐,以便循环使用。
通入氮气吹出未反应的三氧化硫,此时产物呈泥状。
在分离器中加入少量热水使产物溶解,冷却使未反应的蒽醌沉淀,干燥后蒽醌循环使用。
溶液中加入碱金属硫酸盐、卤化盐、氢氧化物或硝酸盐使得蒽醌磺酸盐沉淀下来,过滤得到最终产物。
此方法的优点在于汞盐可循环使用,避免了汞污染,同时也可降低成本。
蒽醌磺化得到单取代或二取代物由加入的磺化试剂决定。
如要得到二磺化产物则需用游离三氧化硫含量≤70%的发烟硫酸作为磺化试剂;如果要得到单磺化产物,一般应用三氧化硫或游离三氧化硫含量≥95%的发烟硫酸作为磺化剂。
单磺化反应时,磺化剂与蒽醌摩尔比为1∶1～3∶1;双磺化反应时,磺化剂与蒽醌摩尔比为3∶1～6∶1。
磺化剂用量过少,反应不完全;过多对反应影响不大,而且增加成本。
磺酸盐磺化反应器的研究
磺酸盐磺化反应器的研究近年来，随着磺化工艺的不断发展与磺化反应器的不断完善，我国油田开发行业的发展呈现出迅速增长的趋势。
本文介绍了国内外对石油磺酸盐的合成情况与应用情况的研究，旨在针对不同情况合成出合适的石油磺酸盐，为我国油田开发行业提高原油采收率。
标签：石油磺酸盐；磺化反应；膜式反应器1 引言磺化反应是在有机化合物分子中引入磺基团的一种反应过程。
向有机分子中引入磺基可增加产物的水溶性和酸性，可以使有机化合物具有水溶性、酸化和乳化等功能，很多表面活性剂、水溶性染料、食用香料都是因为这些特性被广泛合成。
石油磺酸盐（petroleum sulfonate）是用磺化剂磺化石油馏份，然后再用碱中和而得到的产品。
它是一种拥有不同分子的复杂混合物，它的每一个分子都具有亲油性和亲水性，因此影响着其在油和水中的相对溶解性，使其成为了一种高品质的阴离子表面活性剂。
正是因为其在油和水中显示出了优质的表面活性，受到了国内外企业的重视，并且其可以利用本地原料进行合成，数量大，成本低，因而被大量生产，并应用于润滑油和润滑脂的添加剂、石油开发行业中钻井泥浆和原油破乳剂等。
2 磺化工艺技术2.1 三氧化硫（SO3）三氧化硫是一种磺化能力强，无污染，成本低，质量又好的绿色磺化剂。
正是因为其具有这样多的特性，国内外的企业都致力于对三氧化硫进行磺化技术的研究，并且已经取得了不错的进展。
目前已经研究出的磺化工艺有以下四种：气态SO3磺化法与液态SO3 磺化法。
这种工艺的反应方程式为：R-Ar-H+SO3→R-Ar-SO3H（其中R为烷基，Ar为芳基）气态SO3磺化法一般采用气体SO3为磺化剂直接磺化，这种反应成本低，速度较快，无废物产出，有利于对环境进行保护，目前已经广泛的被应用于工业当中。
目前国内已经研究出的反应器有罐组式磺化反应器、膜式磺化反应器及喷射式磺化反应器。
其中膜式磺化反应器作为这三种反应器中应用最为广泛的，已经逐步被应用于医药、石油、洗涤等不同行业的生产当中。
磺化反应的催化剂研究与应用
磺化反应的催化剂研究与应用磺化反应是一种重要的有机合成反应，常用来合成具有磺酸基团的有机化合物。
而催化剂在磺化反应中起到了至关重要的作用。
本文将探讨磺化反应中催化剂的研究与应用。
催化剂是一种能够加速化学反应速率、但本身在反应结束后能够恢复原状的物质。
磺化反应催化剂主要分为酸性催化剂和碱性催化剂两大类。
酸性催化剂如磺酸、亚硫酸等可以提供质子，促进反应中的质子转移。
碱性催化剂如三乙胺等则能够提供电子对，促进反应中的电子转移。
当前，在磺化反应中应用最广泛的催化剂是酸性催化剂。
由于磺酸的强酸性和稳定性，常用于酸性催化剂中。
磺酸通过质子化水解来催化磺化反应，起到催化酯与亚砜发生酯交换的作用。
该反应可以合成出磺酸酯。
磺酸催化剂具有催化活性高、反应条件温和、反应产率高等优点，因此得到广泛应用。
碱性催化剂也在某些特定情况下被应用于磺化反应中。
以三乙胺为代表的碱性催化剂能够催化酯与亚砜之间的酯交换反应，生成磺酸酯。
与酸性催化剂相比，碱性催化剂在催化剂种类选择上更加多样，能够提供更多的反应条件选择，同时也能避免酸催化剂引起的副反应，但是其催化活性较低。
除了常规的酸碱性催化剂外，目前还有一些新型催化剂在磺化反应中得到了应用。
如三丁基硼催化剂、有机锡催化剂等。
这些新型催化剂不仅具有较高的催化活性，而且对环境友好、易于回收利用。
但是这些新型催化剂目前在规模化生产和应用上还存在一定的困难，需要进一步的研究和开发。
磺化反应催化剂的研究不仅关注催化活性和选择性，还注重催化剂的稳定性、寿命和循环利用能力。
目前，国内外许多科研机构和企业都在不断研发新型的催化剂，以提高反应效率和减少环境污染。
同时，还有一些研究着眼于催化剂的设计和调控，通过改变催化剂的结构和活性位点，来提高催化剂的效果。
总之，磺化反应的催化剂研究与应用具有重要的意义。
催化剂的选择和设计直接关系到磺化反应的效率和产物选择性。
当前，酸性催化剂是应用最广泛的催化剂，但也面临一些挑战，如副反应产物的生成和催化剂的再生。
国内外磺化应用的研究进展
磺 酸基 修饰 手段 ， 达 到 提 高 药物 水 溶性 的 目的 是 比 来
除此 之外 还 有 研究 报 道 将 二 萜 醌 类 化 合 物 中 的
物分子 中的碳 原 子相 连 ，得 到 的产 物 为 磺酸 化 合 物 。
大多数 磺化反 应属 于取 代 反 应 ， 一 类 应 用 很广 的单 是
元反 应 。除取代反 应 外 还有 加 成 和 氧化 反 应 。作 为一
种经 典 的有机 化 学合 成 方 法 ， 化 反 应 已有上 百 年 的 磺
水 溶 性 相 当 差 ，大 大 地 限 制 它 在 临 床 上 的 应 用 。 Ｋｎ ｓ ｎ和 Ｚ ａ 等 人 对 紫杉 醇 ２ 羟基 结 构改 造制 备 ｉｇｔ ｏ ｈｏ 一
了三 种 磺 酸 盐 Ｒ ＝ Ｃ Ｈ Ｃ ０Ｎ ， Ｏ Ｈ Ｃ ２Ｏ Ｈ ＯＣ ２ Ｈ２３ ａ Ｃ Ｃ ２ Ｈ Ｃ Ｎ
吴 晓 慧等 用水 蒸 气蒸 馏 法从 牡 丹皮 中提 取丹 皮 酚 ， 其
化 学 名 为 ２ 羟 基 一 一 氧基 苯 乙酮 ， 浓 硫 酸 、 烟 一 ４甲 用 发 硫 酸 ７ ℃水 浴 中搅 拌 ２ ｍｉ 化 丹 皮 酚 ， 反 应 完 毕 ５ ５ ｎ磺
后 用 乙酸 乙酯 萃取 、 性 炭 加 热 脱 色 、 滤 、 活 过 中和 、 重
医 药化 工
善药 物 的 水溶 性 ， 特别 是 对 于 有 较 好 生 物 活 性 ， 由 但 于其水 溶性 较差 ， 响 生 物 利 用 度 和 给 药 途径 这 一 类 影
１ Ｎａ Ｃ
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磺化剂及磺化工艺技术研究进展
磺化剂及磺化工艺技术研究进展摘要：随着石油勘探和石油化工行业的迅速发展，在油田注水开发过程中，油井周围形成了一个高压降水层，由于其渗透能力差，且在油田生产过程中会被乳化，影响原油采收率。
目前，国内外研究开发出了许多新型高效的表面活性剂类产品。
而在表面活性剂类产品中，磺化剂是一种重要的原料。
由于磺化剂具有溶解速度快、高水溶性、无环境污染、可回收等优点，使得其在表面活性剂类产品中占有重要地位。
因此，对磺化剂及磺化工艺技术的研究及开发应用是未来表面活性剂领域的重要方向之一。
关键词：磺化剂；磺化工艺；磺酸基一、磺化工艺的相关概念（一）磺化反应机理在磺化反应中，固体硫酸与有机化合物中的氢原子发生化学结合，生成硫酸氢根离子和水，并使有机化合物中的羟基得到保护。
在这个过程中，可以发生取代反应、氧化反应、加成反应和聚合反应。
固体硫酸的饱和硫酸氢根离子与水结合生成磺酸根离子，然后在有机化合物的羟基上形成磺酸基（SO3H），该反应式如下：磺化反应的结果是在一定温度下生成了磺酸盐和水，这种产物被称为“磺化产物”。
这个过程称为磺化反应。
根据反应物与水相接触的程度不同，可以分为非离子型和离子型两种。
非离子型通常称为“非离子型磺化反应”，其特点是反应物与水不直接接触，只是在反应物中加入少量的水或醇等溶剂，所以此类反应又称为“非离子型磺化反应”[1]。
（二）磺化剂1.磺化剂的选择磺化剂对反应的影响是很大的，例如在选择磺化剂时，必须考虑到它与反应物的反应程度，以及它对反应后产物结构和性质的影响。
因此，在选择磺化剂时，应考虑到下列因素：（1）根据被合成物的结构特点选择合适的磺化剂。
例如，芳香族羧酸和羧酸酯类化合物，其磺化反应要求高选择性。
（2）磺化剂与被合成物的亲核反应能力要小。
（3）在所用的磺化剂中，不能含有有强碱性或强酸性基团。
2.反应方式根据反应类型的不同，磺化过程一般可分为两大类：一类是反应物分子与反应溶剂直接进行的非离子型磺化反应；另一类是反应物分子与溶剂进行的离子型或非离子型磺化反应。
氨基磺酸磺化
氨基磺酸磺化氨基磺酸磺化是一种重要的有机合成反应，广泛应用于化学、药物和生物科学领域。
本文将详细介绍氨基磺酸磺化反应的原理、应用以及相关的研究进展。
一、氨基磺酸磺化的原理氨基磺酸磺化是指将氨基磺酸化合物中的氨基或磺酸基团进行取代反应，引入其他官能团的化学反应。
在该反应中，通常使用硝酸银作为催化剂，将氨基磺酸与取代试剂进行反应，生成氨基磺酸磺化产物。
1.医药领域：氨基磺酸磺化反应在药物合成中具有重要的应用价值。
通过磺化反应，可以引入不同官能团，改变药物的性质，提高其药效。
例如，对某些药物分子进行氨基磺酸磺化反应可以增强其溶解性、稳定性和生物利用度。
2.材料科学：氨基磺酸磺化反应可用于制备新型有机聚合物材料。
通过控制磺化反应的条件，可以调节聚合物的结构和性质，实现特定功能的材料设计。
这些材料在电池、传感器、分离膜等领域具有广泛的应用前景。
3.生物科学：氨基磺酸磺化反应在生物科学研究中也有重要作用。
通过对生物大分子如蛋白质、多肽等进行磺化反应，可以改变其电荷、溶解性等性质，拓展其在药物输送、生物传感等方面的应用。
三、氨基磺酸磺化的研究进展1.反应机理研究：近年来，研究人员通过理论计算和实验手段，对氨基磺酸磺化反应的机理进行了深入研究。
他们发现，磺化反应的速率受到反应条件、催化剂和底物结构等因素的影响，揭示了反应的反应途径和速率控制步骤。
2.反应条件优化：为了提高氨基磺酸磺化反应的反应效率和产率，研究人员不断优化反应条件。
例如，调节反应温度、反应时间和催化剂用量等参数，可以实现高效的磺化反应。
此外，引入新型催化剂和反应溶剂，也能改善反应的选择性和效果。
3.新型磺化试剂的设计：为了拓展氨基磺酸磺化反应的应用范围，研究人员设计合成了一系列新型磺化试剂。
这些试剂具有较强的亲核性和活性，能够与不同底物发生高效的磺化反应。
这为氨基磺酸磺化反应的应用提供了新的选择。
4.应用拓展：氨基磺酸磺化反应在药物合成、材料科学和生物科学领域的应用不断拓展。
磺化反应器研究进展_姜秀平
磺化反应器研究进展姜秀平,刘有智,李 裕,袁志国,宋相丹(中北大学超重力化工工程技术研究中心,山西太原030051)摘要:磺化反应器是磺化反应的核心之一,磺化反应器的结构特点、传热、传质性能等直接影响到磺化产品的质量和选择性。
本文介绍了磺化反应器的发展历程及现状,对各种磺化反应器的性能及特点分别进行了阐述,讨论了现有磺化反应器的优点以及局限性,并指出今后磺化反应器的改进及开发研究方向。
关键词:磺化反应器;移热方式;进展中图分类号:TQ423.11文献标识码:A文章编号:0253-4320(2009)09-0033-04Advances in research of sulfonation reactorJIANG Xiu -ping,LIU You -zhi,LI Yu,YU AN Zhi -guo ,SO NG Xiang -dan(Research Center of Shanxi Province for High Gravity Chemical Engineering and Technology,North University of China,T aiyuan 030051,China)Abstract :Sulfonati on reactor is one of crucial equipment for sulfonation,the quality and selectivity of products are mostly affected by the structural characteristic,heat transfer and mass transfer characteri stics of the sulfonati on reactor.The progress and status about sulfonation reactor are introduced in this paper ,the capability and characteris tic of all kinds of sulfonation reactors are descr i bed in detail.The advantages and shortcomings of the present sulfonation reactor are discussed,and the direction of betterment and develop ment of sulfonation reactors are also poi nted out.Key w ords :sul fonation reactor;heat change;progress收稿日期:2009-05-08作者简介:姜秀平(1971-),女,博士生,jiangxiupi ngzhbuty@;刘有智(1958-),男,博士,教授,博士生导师,从事化学工程与工艺领域的研究。
喷射磺化反应器在石油磺酸盐生产中的应用
喷射磺化反应器在石油磺酸盐生产中的应用【摘要】喷射磺化反应器是石油磺酸盐生产中关键的装置之一，其工作原理是通过喷射混合物进入反应器，在高温下进行磺化反应。
相比传统反应器，喷射磺化反应器具有更高的效率和更低的能耗，能够提高生产效率和降低成本。
在石油磺酸盐生产中，喷射磺化反应器广泛应用于催化剂的再生、硫磺的回收等环节，对提高产品质量和降低生产成本起到重要作用。
在使用喷射磺化反应器时需要注意操作规范，确保安全和稳定性。
喷射磺化反应器在石油磺酸盐生产中具有重要的地位，未来的发展趋势将更加注重提高装置的自动化和智能化水平，进一步提升生产效率和质量。
【关键词】喷射磺化反应器、石油磺酸盐、生产、工作原理、优势、具体应用、影响、注意事项、重要性、发展趋势。
1. 引言1.1 喷射磺化反应器在石油磺酸盐生产中的应用喷射磺化反应器在石油磺酸盐生产中扮演着至关重要的角色。
磺酸盐是一种重要的化工产品，广泛应用于化工、医药、食品等领域。
而喷射磺化反应器作为生产磺酸盐的关键设备，其高效的工作原理和独特的优势使之成为石油磺酸盐生产过程中不可或缺的一环。
喷射磺化反应器通过喷射混合气体进入反应器内，使反应物均匀混合并加速反应速率，从而提高生产效率。
其优势在于反应效率高、反应时间短、操作简单，能够有效控制反应温度和压力，降低能耗，提高产品质量。
在石油磺酸盐生产中，喷射磺化反应器被广泛应用于硫化反应、硫酸还原反应等关键步骤，有效提高产量和降低生产成本。
其灵活性和稳定性也使其成为石油磺酸盐生产中的理想选择。
喷射磺化反应器在石油磺酸盐生产中的应用不仅提高了生产效率和产品质量，还降低了生产成本，是石油化工行业的重要装备之一。
在未来，随着技术的不断发展和升级，喷射磺化反应器将继续发挥重要作用，并逐渐实现智能化、低能耗化的发展趋势。
2. 正文2.1 喷射磺化反应器的工作原理喷射磺化反应器是用于石油磺酸盐生产的重要设备之一，其工作原理主要涉及石油中硫化物的氧化和硫化反应。
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磺化反应器研究进展姜秀平,刘有智,李 裕,袁志国,宋相丹(中北大学超重力化工工程技术研究中心,山西太原030051)摘要:磺化反应器是磺化反应的核心之一,磺化反应器的结构特点、传热、传质性能等直接影响到磺化产品的质量和选择性。
本文介绍了磺化反应器的发展历程及现状,对各种磺化反应器的性能及特点分别进行了阐述,讨论了现有磺化反应器的优点以及局限性,并指出今后磺化反应器的改进及开发研究方向。
关键词:磺化反应器;移热方式;进展中图分类号:TQ423.11 文献标识码:A 文章编号:0253-4320(2009)09-0033-04Advances in research of sulfonation reactorJIANG Xiu -ping ,LI U You -zhi ,LI Yu ,YUA N Zhi -guo ,SO NG Xiang -dan(Research Center of Shanxi Province for High Gravity Chemical Engineering and Technology ,North University of China ,Taiyuan 030051,China )Abstract :Sulfonation reactor is one of crucial equipment for sulfonation ,the quality and selectivity of products are mostl y affected by the structural characteristic ,heat trans fer and mass transfer characteristics of the sulfonation reactor .The progress and status about sulfonation reactor are introduced in this paper ,the capability and characteristic of all kinds of s ulfonation reactors are described in detail .The advantages and shortcomings of the present sulfonation reactor are discussed ,and the direction of betterment and develop ment of sulfonation reactors are also pointed out .Key words :sul fonation reactor ;heat change ;progress 收稿日期:2009-05-08 作者简介:姜秀平(1971-),女,博士生,jiangxiupingzhbuty @ ;刘有智(1958-),男,博士,教授,博士生导师,从事化学工程与工艺领域的研究。
磺化反应是合成多种有机化学品的重要反应类型,在精细化工合成方面占有极其重要的地位。
磺化产品种类众多,且与人民生活和国民经济发展密切相关,在医药、农药、染料、塑料、涂料、洗涤剂、石油及选矿等行业广泛应用[1-2]。
磺化反应的核心设备是磺化反应器。
现有的各种磺化反应器由于其结构特点使其在应用中存在不同的局限性,致使磺化产品不同程度上存在产率低、产品纯度低、产品选择性低、产物难分离、污染环境、腐蚀设备等缺点,所以许多研究人员都在致力于磺化反应器的开发研究,力求开发出高产率、高纯度、低成本和低污染的新型磺化反应器。
1 磺化反应器的类型磺化反应器的研究经历了间歇釜式反应器、罐组式反应器、泵式反应器、膜式反应器和喷射式反应器的发展历程。
近年来,降膜式反应器和喷射环流反应器成为国内外磺化反应器研究的主流,根据已有磺化反应器的结构特点以及磺化产品的特殊要求对磺化反应器进行改进成为科技工作者研究的热点,并且在此基础上探索开发高效节能环保的新型磺化反应器成为科技工作者追求的目标。
我国磺化工艺及装备的发展也经历了从国外成套引进、消化吸收创新、自主研发国产化以及出口的过程,磺化工艺和设备得到了较大进步。
1.1 间歇釜式磺化反应器间歇釜式磺化反应器是使用最早的一类磺化反应器,可用发烟硫酸等进行磺化反应。
有机物料先加入反应釜中,然后将一定量的磺化剂(如发烟硫酸等)加入釜内,并剧烈搅拌混合,釜体的夹套和内置盘管通冷却水除热,必要时部分物料还可以通过循环泵输出釜体外经由换热器进一步除去多余的热量。
该类反应器结构简单,设备投资少,但反应效率低,产品质量较差,曾用于大规模生产十二烷基苯磺酸钠(L AS ),现已基本被淘汰。
·33·第29卷第9期现代化工Sep .20092009年9月Modern Chemical Industry1.2 罐组式反应器罐组式SO3磺化工艺是由意大利Ballestra公司首先研制成功的,主要用于液相反应。
该工艺由多个磺化反应罐以阶梯形式串联排列而成,各罐之间有一定的位差,每个反应罐都配有强烈的搅拌器。
反应器的大小和反应罐的数目根据生产能力确定,串联的反应罐数目越多则物料返混越少,物料在每个反应罐中停留的时间短则副反应较少,但是所串联的反应罐数目太多会给操作带来不便,所以一般取3～5个反应罐[3]。
罐组式反应器效率比较低,体积大,物料停留时间长,原料返混现象严重,易使副反应产物增多,产品质量差,不适于热敏性物质的磺化。
现大部分已被膜式磺化装置所代替。
1.3 泵式磺化反应器泵式磺化反应器[4],又称主浴式磺化反应器,常用于以发烟硫酸作磺化剂的磺化反应。
反应流程主要由反应泵(硅铸铁泵、玻璃泵或不锈钢泵)、冷凝器(不锈钢或石墨冷凝器)、老化器和循环管路组成。
有机物料和发烟硫酸从高位槽分别流经流量计,按一定比例和循环物料一起进入磺化反应泵内,在泵内使2种物料充分混合,基本上完成反应,反应物大部分经冷却器循环回流,部分物料经盘管老化后进一步完成磺化反应,最后成为产品。
泵式磺化反应容易产生大量废酸,产物中硫酸含量高,不适于配制液体洗涤剂。
但其传质性能较好,反应物料转化率较高,物料在反应器内的停留时间较短,副反应较少,反应器体积小,设备投资低,操作简便,容易控制。
此类反应器至今仍在使用,但由于其处理量小,工业上用的并不多。
1.4 膜式磺化反应器膜式磺化反应器是典型的气相SO3反应器,为目前国内外应用最为广泛的磺化反应器,主要用于LAS、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、α-烯基磺酸钠(AOS)、α-磺基脂肪酸甲酯钠盐(MES)等表面活性剂的工业化生产,膜式反应器根据设计原理及结构可分为降膜式反应器、升膜式反应器、双膜式反应器以及多管膜式反应器。
目前,国外以SO3磺化为主的几种具有代表性的膜式磺化反应器主要有意大利Ballestra、Mazzoni 公司和美国Chemithon公司的多管膜式磺化装置,其中尤以意大利Ballestra公司多管膜式磺化装置占主导。
国际上,双膜式磺化反应器开发较早、影响较大的是美国Chemithon公司的双膜式磺化反应器[5],意大利Mazzoni公司的带保护风的多管膜式磺化装置也很具有代表性。
我国的磺化装置小部分为引进意大利Ballestra公司的多管膜式装置及美国Chemithon 公司的双膜式磺化装置,然后进行消化吸收,大部分为国产装置。
1.4.1 降膜式磺化反应器[5]降膜式磺化是将被磺化的物料用分布器均匀分布于直管壁四周,物料呈膜状自上而下流动,喷入的SO3气体混合物与物料在液膜上相遇发生反应,自上而下SO3浓度越来越低,物料黏度越来越大,磺化率逐步提高,到反应管下端出口,反应基本完成。
SO3-空气的混合气体通过磺化器的速度在10～40 m/s,液体物料停留时间仅几秒钟,几乎不存在物料返混现象,过磺化及其他副反应都比罐组式反应器更少。
膜式反应器磺化反应总速度取决于SO3向液膜表面的扩散速度,因此气流速度、气液分配均匀程度、扩散距离、传热速率都对反应有重要影响。
美国Chemthon公司的磺化反应器是降膜式SO3反应器,它由2个带冷却水夹套的圆柱筒型组成,它们之间形成很窄的环隙,SO3气体和有机物的混合物由此通过,一层有机物料的薄膜沿两筒体的表面与SO3气体一起并流而下,气体和液体薄膜之间的反应在此进行。
反应的温度受进口有机物料和气体的温度、夹套冷却水温度和反应器底部的循环反应的产品急冷控制。
除传统的膜式反应器之外,随着膜式磺化反应器的进一步改进和创新,出现了反应面为波浪状的膜式磺化反应器(CWFFR),此类反应器的反应面不再为光洁的镜面,而是设计成波浪形光滑面。
Ahmed等[6]以气体SO3为磺化剂磺化烷基苯,对该类反应器与传统的降膜式磺化反应器进行了对比,结果表明此类降膜式磺化反应器所得产品的质量高于普通降膜式磺化反应器。
到目前为止,降膜式气体SO3磺化反应器的使用仍然最为普遍。
国内140余套SO3磺化装置不论是引进的还是国产的,均采用降膜式磺化反应器[7]。
1.4.2 双膜式磺化反应器双膜式磺化反应器的形式很多,如美国Allied 化学公司开发的双膜磺化反应器是由2个同心的不锈钢圆管组成,内外都有冷却水冷却,反应器的有效高度为6m,可分为头部、反应区和尾部分离器3部分。
在反应器头部,被磺化的液体物料经环形分布器的通道和缝隙均匀分配,并沿内、外反应管壁顺流而下形成均匀的内膜和外膜,SO3-空气混合气通过气室的环隙进入反应区;反应区是指2个同心圆管·34·现代化工第29卷第9期之间的环形区,在反应区,SO3与液膜接触并反应,上半段反应集中,转化率可达90%,液膜温度常超过100℃,温度达峰值后随液膜下降而下降,反应热由内、外夹套冷却水带走,至出口处液膜温度仅40℃。
反应器对内外管同心度和椭圆度要求甚高,反应面光洁度要求接近镜面。
最后,在内装螺旋型导向板分离器的尾部分离器内,将尾气和磺化产品分离,由不同出口排出[3]。
1.4.3 具有保护风的双膜磺化反应器由于SO3磺化是强放热快速反应,在反应器的起始部分即反应器头部,反应剧烈集中,容易发生过磺化而发生结焦现象,为了使反应器起始阶段的反应稍加缓和,日本狮子油脂公司(Lion Oil Company)开发出具有保护风的双膜磺化反应器,又称TO反应器,并于20世纪70年代开始工业化。
其主要特点是采用保护风(二次风)技术,在液膜和SO3气体之间引入干燥空气,SO3分子要经过保护风逐渐扩散到液膜表面才发生反应,从而将磺化速率减慢,消除了温度高峰,整个反应段温度分布平稳,接近等温过程。