超重力液相磺化法強(qiáng)化制備磺酸鹽表面活性劑及其機(jī)制研究.pdf

1、磺酸鹽表面活性劑是最常用、產(chǎn)量最大的陰離子表面活性劑之一，其廣泛地應(yīng)用于化妝品、紡織、洗滌劑、涂料、制藥、食品、礦產(chǎn)、及石油等行業(yè)?；撬猁}表面活性劑主要以烷基苯和SO3為原料，經(jīng)過磺化反應(yīng)制備得到。目前國內(nèi)外主流的磺化工藝是采用氣相SO3降膜式磺化工藝，原料在降膜反應(yīng)器中成膜流動(dòng)，當(dāng)有機(jī)物料轉(zhuǎn)化率較高時(shí)，體系黏度急劇增大，致使液膜膜厚增加2-4倍以上，傳熱、傳質(zhì)阻力增大，極易因?yàn)榫植康臐舛炔痪蜔崃窟^高導(dǎo)致焦化或者過磺化等副反應(yīng)發(fā)生，影

2、響產(chǎn)品質(zhì)量。采用溶劑稀釋的液態(tài)SO3作為磺化劑可以有效地解決上述問題，但是液相SO3磺化工藝對(duì)微觀混合、傳遞與反應(yīng)的匹配提出更高要求。攪拌釜反應(yīng)器、多級(jí)串聯(lián)槽等傳統(tǒng)液相磺化反應(yīng)器很難滿足快速而均勻的混合的要求，因此需要尋求一種具有良好混合效果的反應(yīng)器來滿足液-液磺化工藝的要求。
　　超重力技術(shù)是一種典型的化工過程強(qiáng)化手段。超重力反應(yīng)器（旋轉(zhuǎn)填充床，RPB）作為實(shí)現(xiàn)超重力強(qiáng)化技術(shù)的主要設(shè)備能夠顯著地強(qiáng)化傳質(zhì)和微觀混合。液體與高速旋轉(zhuǎn)

3、的填料發(fā)生碰撞，經(jīng)過不斷地破碎、聚并作用，從而使其高度分散，相界面快速更新，極大地強(qiáng)化了微觀混合。該強(qiáng)化技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于氣體吸收、納米材料制備、混合-反應(yīng)過程強(qiáng)化等領(lǐng)域。
　　在前人的研究基礎(chǔ)上，本文分析了磺化反應(yīng)過程中存在的問題及原因，提出了超重力液相磺化法強(qiáng)化制備磺酸鹽表面活性劑的研究，主要工作內(nèi)容如下:
　　1、以純組分甲苯的磺化為研究對(duì)象，采用母液循環(huán)的方法，制備出高純度的對(duì)甲苯磺酸產(chǎn)品。研究結(jié)果表明:液相磺化劑的

4、濃度以及反應(yīng)的溫度對(duì)產(chǎn)品異構(gòu)體的選擇性有重要影響;較低濃度的磺化劑，有利于提高對(duì)位異構(gòu)體的選擇性;溫度升高會(huì)使鄰位異構(gòu)體向間位異構(gòu)體轉(zhuǎn)變，對(duì)對(duì)位的影響不大;而超重力反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速對(duì)產(chǎn)物異構(gòu)體的選擇性影響不大，但是可以顯著降低副產(chǎn)物砜的生成。母液多次循環(huán)的操作方式可以顯著降低鄰位、間位異構(gòu)體的選擇性，提高對(duì)位異構(gòu)體的選擇性，同時(shí)還可以抑制砜的生成。當(dāng)母液循環(huán)超過三次時(shí)，對(duì)位異構(gòu)體的選擇性相對(duì)于不循環(huán)時(shí)提高15.38％，鄰位和間位異構(gòu)體的選擇

5、性分別降低71.83％及56.12％;砜的生成量降低94％以上。
　　2、以工業(yè)直鏈?zhǔn)榛酵滴锘旌象w系以及重烷基苯復(fù)雜混合物體系為研究對(duì)象，分別采取半連續(xù)操作方式及連續(xù)的操作方式，進(jìn)行了復(fù)雜有機(jī)體系混合物的超重力磺化強(qiáng)化研究。實(shí)驗(yàn)考察了各種工藝條件對(duì)產(chǎn)品色澤、含量的影響，結(jié)果表明在半連續(xù)操作過程中，超重力水平G為40-60，反應(yīng)溫度40-50℃，磺化劑濃度為10-30％，三氧化硫與LAB的摩爾比在1.1時(shí)，老化時(shí)間為10-2

6、0min，產(chǎn)物中LAS的含量可以達(dá)到96.58％，游離油的含量處于2.0％以下，產(chǎn)品有良好的色澤，滿足合格品的要求;在連續(xù)操作過程中，當(dāng)超重力水平為59-85，液體流量為40-73L·h-1，磺化劑濃度為20-30％，磺化劑用量為1.1-1.2，反應(yīng)溫度在40-45℃時(shí)，反應(yīng)時(shí)間為3-4min，HABS的含量可以達(dá)到85-88％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明RPB反應(yīng)器并不只是提供了物料的混合，更是反應(yīng)發(fā)生的主要場所。
　　3、將簡化的芳烴磺化

7、動(dòng)力學(xué)模型和聚并-分散模型相結(jié)合，構(gòu)建了描述RPB內(nèi)的芳烴磺化反應(yīng)過程的數(shù)學(xué)模型。并模擬計(jì)算了超重力反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速、液體流量、反應(yīng)溫度及磺化劑濃度對(duì)產(chǎn)品含量的影響規(guī)律，模型計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的誤差在±12％以內(nèi)，表明模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合良好。
　　4、以復(fù)雜的石油餾分為主要原料，采用超重力液相磺化工藝，進(jìn)行了無堿驅(qū)油用超低油水界面張力石油磺酸鹽表面活性劑的制備研究。綜合考察了溫度、溶劑量、磺化劑用量、轉(zhuǎn)速、反應(yīng)時(shí)間等對(duì)石油磺酸鹽組分含量及油

8、水界面性能的影響。結(jié)果表明:超重力反應(yīng)器對(duì)磺化石油餾分過程有明顯的強(qiáng)化效果，可以有效地避免結(jié)焦、氧化等副反應(yīng);跟常規(guī)攪拌釜反應(yīng)器的磺化效果相比，提高活性物含量可達(dá)11％（絕對(duì)值）。
　　5、對(duì)合成的石油磺酸鹽表面活性劑，初步進(jìn)行了油水界面張力性能測試，為油田開發(fā)二元復(fù)合驅(qū)油提供借鑒基礎(chǔ)。主要結(jié)果如下:該石油磺酸鹽的臨界角團(tuán)濃度為0.0092％，對(duì)應(yīng)的γCMC為0.00205mN·m-1。而且在濃度0.005％至1.0％范圍內(nèi)，該石