5.5万t/a AES磺化工段主生产装置的工艺设计

李瑞端+张洪彬+戴传波

摘 要：该文设计了一套年产5.5万吨脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）的磺化生产装置，采用了磺化法制AES。工艺原理为：液体硫磺经氮气雾化后与经过压缩、冷却、硅胶吸附的空气燃烧生成二氧化硫，二氧化硫在高温、催化剂的作用下转化成三氧化硫，三氧化硫经稀释空气调节浓度后进入磺化反应器与醇醚（AEO）在反应器中进行磺化反应生成醇醚硫酸酯，醇醚硫酸酯再经碱中和反应生成浓度约为70%的醇醚硫酸钠。

关键词：AES 磺化 反应器 AEO

中图分类号：TQ64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（b）-0069-02

Abstract： The design for sulfonated section of 55，000 tons/a fatty alcohol polyoxyethylene sodium （AES） was described. Sulfur after atomization by nitrogen and air after compression， cooling， silica gel adsorption were mixed to produce sulfur dioxide. In conditions of high temperatures and catalyst sulfur dioxide changed into sulfur trioxide， Then sulfur trioxide diluted by air conditioning concentration into the sulfur reactor with AEO to produce alcohol ether sulfate， by the alkali neutralization reaction， the production concentration was about 70%.

Key Words： AES； Sulfonation； Reactor； AEO

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（简称AES）是醇醚表面活性剂中最重要的阴离子表面活性剂，可用来制备各种工业与民用洗涤剂，如：洗发香波、复合皂、液体皂、硬表面清洗剂等。另外，还广泛用于农业、纺织、医药、石油、采矿、燃料、皮革、机械等各领域。到20世纪80年代后期，国际表面活性剂工业中，醇醚的产量已出现了超过传统产量最大的阴离子表面活性剂烷基苯磺酸钠的发展势头。

AES在洗发香波、洗浴液、洗手液中用量最大是毋庸置疑的，它的用量多少可以预测人们生活水平的提高。由于其生物降解性好，因此对环境友好，无污染，符合当今环保的要求，具有广阔的市场前景。

1 工艺原理

液体硫磺经氮气雾化后，与经过压缩、冷却、硅胶吸附的露点可达到-60 ℃左右的空气，燃烧生成二氧化硫，高温下，在钒触媒的催化作用下SO2转化成SO3，经稀释空气调节SO3浓度后进入磺化反应器与醇醚（AEO3）在磺化器中反应生成醇醚硫酸酯，与碱中和反应，生成醇醚硫酸盐。磺化/硫酸化产生的尾气中含有少量的SO2、SO3气体和有机酸雾，通过静电除雾器和酸碱洗涤塔二级净化处理，达到排放指标。

2 生产工艺方法

主要反应为磺化反应，醇醚（AEO3）與磺化剂作用可生成醇醚硫酸酯，磺化剂分别为发烟硫酸和SO3等。

主要化学反应方程式：

S+O2→SO2+Q

SO2+1/2O2←→SO3+Q

R-（OCH2CH2）+SO3→R（CH2CH2O）nOSO3H

R（CH2CH2O）nOSO3H+NaOH→R（CH2CH2O）nOSO3

Na+H2O

尾气吸收反应：

SO2+NaOH→Na2SO3+H2O

SO3+NaOH→Na2SO4+H2O

3 物量衡算和热量衡算

磺化工段物料遵守质量守恒和能量守恒，进入系统的物料量=流出系统的物料量+系统内累计的物料量。对于连续生产过程，∑累计=0，此时∑进=∑出。5.5 万吨AES磺化工段主生产装置所需物料量[1-2]如表1所示。

热量平衡关系式为：

式中，为物料带入设备的热量；

为加热或冷却剂和系统交换的热量；

为化学反应热；

为物料离开设备带走的热量；

为加热设备各部件所消耗的热量；

为设备向周围散失的热量。

4 磺化反应器的设计

双膜式磺化器是目前使用最多的一种膜式磺化器。膜式反应器的原理如下：反应物料在圆管表面形成薄膜，自上而下流动，三氧化硫-空气混合物则沿薄膜表面顺流而下，在并流中，两者进行接触反应，反应热由管壁外的冷却水带走[3]。

计算年产5.5万吨AES磺化器主要工艺尺寸：

内径：d1=1.5424 m

外径：d0=1.6224 m

反应高度：H=3.1162 m

5 原料换热器设计

冷却醇醚采用板式换热器[4]。

通过计算选择换热器型号：。

6 泵的设计

通过计算得到所选的泵为Y型油泵（旋转活塞泵），泵的选型为：50Y-60B。

7 结语

该设计参考了国内外生产AES的工艺方法，采用三氧化硫磺化来生产AES。设计生产能力为5.5万吨的磺化装置，主要进行了醇醚磺化反应工段的设计。设计过程中使用的磺化反应器为双膜反应器，二氧化硫转化时以五氧化二钒作为催化剂，生成的醇醚磺酸酯通过与碱中和得到产品AES（脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠）溶液，其含量约为70%，并对醇醚输送泵和换热器进行了选型。

参考文献

[1] 贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计[M].天津：天津大学出版社，2006.

[2] 黄文换.化工设计概论[M].长春：吉林科学技术出版社，2008.

[3] 朱德康.双膜式三氧化硫磺化传质系数计算的探讨[J].日用化学工艺，1991（1）：1-8.

[4] 陈敏恒，从德滋，方图南，等.化工原理（上册）[M].北京：化学工业出版社，2006（5）.