氣液噴射式磺化反應(yīng)器的應(yīng)用研究-牛金平(完整版)實用資料

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收稿日期:2003-07-24氣液噴射式磺化反應(yīng)器的應(yīng)用研究_牛金平（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）基金項目:山西省青年科技研究基金項目(20011014作者簡介:牛金平(1966-,女,山西長子人,中國日用化學(xué)工業(yè)研究院高級工程師,從事有機原料的磺化/硫酸化研究。氣-液噴射式磺化反應(yīng)器的應(yīng)用研究牛金平,袁少明,韓向麗,張高勇(中國日用化學(xué)工業(yè)研究院,山西太原,030001摘要:用噴射式磺化反應(yīng)器分別對脂肪酸甲酯、烷基苯、重烷基苯、脂肪醇、脂肪醇聚氧乙烯醚和-烯烴等原料進(jìn)行了SO3氣相磺化/硫酸化反應(yīng),研究了反應(yīng)器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響,并與膜式反應(yīng)器作了比較。結(jié)果表明:噴射磺化反應(yīng)器制備的烷基苯磺酸、脂肪酸甲酯磺酸的產(chǎn)品質(zhì)量與膜式磺化反應(yīng)器相當(dāng),制備的重烷基苯磺酸鹽產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,降低原油/水界面張力的能力優(yōu)于膜式磺化器制備的產(chǎn)品,但在磺化-烯烴、硫酸化脂肪醇和脂肪醇聚氧乙烯醚時轉(zhuǎn)化率低于90%,產(chǎn)品質(zhì)量明顯不及膜式反應(yīng)器。從兩種反應(yīng)器的傳質(zhì)、傳熱機理及效率,不同有機原料的SO3磺化機理及反應(yīng)速度等方面對以上現(xiàn)象進(jìn)行了分析和討論,認(rèn)為噴射式磺化反應(yīng)器適用于脂肪酸甲酯、烷基苯、重烷基苯的磺化,目前的結(jié)構(gòu)參數(shù)不適用于-烯烴、脂肪醇和脂肪醇聚氧乙烯醚的磺化/硫酸化反應(yīng),需要進(jìn)一步調(diào)整,改善傳質(zhì)效率。關(guān)鍵詞:噴射磺化反應(yīng)器;SO3氣相磺化;膜式磺化反應(yīng)器中圖分類號:TQ0165文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-3206(200401-0016-05Studyonapplicationofgas-liquidjetsulfonationreactorNIUJin-ping,YUANShao-ming,HANXiang-Li,ZHANGGao-yong(ChinaResearchInstituteofDailyChemicalIndustry,Taiyuan030001,ChinaAbstract:TheGas-liquidjetsulfonationreactorwasusedtosulfonate/sulfatefattyacidmethylester(ME,linearalkylbenzene(LAB,heavyalkylbenzene(HAB,fattyalcohol(FA,fattyalcoholethoxylate(AEO3andolefin(AOwithgaseousSO3,theeffectofitsmainparametersofreactoronsulfonatedproductswasstudied,andcontrastiveexperimentswerecarriedoutinfilmreactor.There-sultsshowedthatLABsulfuricacidandMEsulfuricacidproducedinjetreactorwascomparablewiththatmadeinfilmreactorinquality,especiallytheHABSproducedinjetreactorwasstableinquality,anditsperformanceofdecreasinginterfacetensionbetweencrudeoilandwaterwasbetterthanthatproducedinfilmreactor.WhenAO,AEOandFAweresulfonated/sulfated,however,theconver-sionwasbelow90%,andtheproductqualitywasinferiortothatproducedinfilmreactor.Theresultsabovewerediscussedonmassandheattransfermechanismandefficiencyoftworeactors,SO3sulfona-tionmechanismandreactionrateofdifferentorganicmaterials.Thegas-liquidjetsulfonationreactorwasfitforsulfonatingME,LABandHAB,butnotsuitableforsulfonatingAO,FAandAEO,whichneededfurtheradjustingstructureparameterstoimprovemasstransferefficiency.Keywords:jetsulfonationreactor;SO3sulfonation;filmsulfonationgaseousreactor噴射反應(yīng)器是近10年迅速發(fā)展起來的多相反應(yīng)器,多用于氣-液兩相反應(yīng),也可以用于含催化劑等懸浮顆粒的氣-液-固三相反應(yīng)。其原理是利用高速流動相卷吸其它相,使各相在反應(yīng)器內(nèi)強烈混合分散。噴射反應(yīng)器可用于多種反應(yīng)類型[1~4],但目前用于磺化反應(yīng)的僅有美國Chemithon公司的沖擊噴射式磺化反應(yīng)器以及天津大學(xué)研究的用于磺化甲苯的噴射環(huán)路反應(yīng)器[4]。我院新開發(fā)了一種以高速氣體為工作介質(zhì)的氣-液噴射式磺化反應(yīng)器,結(jié)構(gòu)完全不同于美國Chemithon公司和天津大學(xué)的噴射環(huán)路磺化反應(yīng)器,該反應(yīng)器氣-液接觸時間短,傳質(zhì)效率高,且結(jié)構(gòu)簡單,設(shè)備投資小,生產(chǎn)彈性大,可以同時適用規(guī)?；笊a(chǎn)和小批量、多品種兩類生產(chǎn)模式的需求。本文研究了噴射式磺化反應(yīng)器主要結(jié)第33卷第1期2004年2月應(yīng)用化工AppliedChemicalIndustry構(gòu)參數(shù)(噴嘴喉管氣速、氣液比對磺化產(chǎn)品質(zhì)量的影響,并分別對脂肪酸甲酯、烷基苯、重烷基苯、脂肪醇、脂肪醇聚氧乙烯醚和-烯烴等原料進(jìn)行了SO3氣相磺化/硫酸化反應(yīng),并與膜式反應(yīng)器作了比較。1實驗部分1.1原料與儀器牌號為MEAS-16s的脂肪酸甲酯、烷基苯、重烷基苯、C12~14脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO3、-烯烴(AO均為工業(yè)品;2-乙基己醇(FA、發(fā)煙硫酸(含50%SO3、氫氧化鈉、碳酸鈉均為分析純;聚丙烯酰胺由大慶某單位提供;實驗用石油、污水由大慶三廠提供;水為無離子水。TEXAS-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀(美國產(chǎn);玻璃膜式磺化器;噴射磺化反應(yīng)器(自制。1.2工藝流程空氣壓縮機輸出的空氣經(jīng)硅膠干燥后進(jìn)入SO3氣體蒸發(fā)器,從發(fā)煙硫酸中氣提出SO3,SO3/空氣混合氣體經(jīng)過濾后進(jìn)入磺化器頭部,有機物料經(jīng)計量泵輸送至磺化器,磺化產(chǎn)物從磺化器底部進(jìn)入氣-液分離器,液相再進(jìn)入老化反應(yīng)器,或直接進(jìn)入中和反應(yīng)器,尾氣經(jīng)堿吸收后排空。1.3實驗方法在上述工藝裝置中,分別磺化/硫酸化脂肪酸甲酯、烷基苯、重烷基苯、脂肪醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、-烯烴等原料。烷基苯的磺化產(chǎn)物在50下老化30min,加0.5%水進(jìn)行水解,即為烷基苯磺酸樣品;重烷基苯的磺化產(chǎn)物在80下老化60min,用30%NaOH溶液中和,即可制得重烷基苯磺酸鈉(HABS樣品;脂肪酸甲酯的磺化產(chǎn)物在90下老化120min,即為脂肪酸甲酯酸性產(chǎn)物(MESA;-烯烴的磺化產(chǎn)物經(jīng)中和后,在150下水解120min,即為-烯烴磺酸鈉(AOS樣品;脂肪醇和脂肪醇聚氧乙烯醚的硫酸化物經(jīng)立即中和后,分別得到脂肪醇硫酸鈉(AS和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES樣品。14平衡界面張力測定將Na2CO3和HABS加入溶有一定量聚合物的污水中,攪拌均勻,配制成不同Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)和HABS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的三元復(fù)合驅(qū)油劑,用TEXAS-500型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測定原油/復(fù)合驅(qū)間界面張力,測定溫度45,轉(zhuǎn)動頻率3000ms/rev,平衡時間90~120min,得到平衡界面張力。2結(jié)果與討論2.1喉管氣速對產(chǎn)品質(zhì)量的影響噴嘴喉管氣速是噴射反應(yīng)器的關(guān)鍵參數(shù)之一,也是影響反應(yīng)效率及產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。用NaOH+CO2物系進(jìn)行噴射反應(yīng)器冷模試驗,發(fā)現(xiàn)NaOH轉(zhuǎn)化率隨喉管氣速增加而增加,且在喉速150~200m/s附近,各曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折,繼續(xù)增大喉速后,NaOH轉(zhuǎn)化率增加趨勢變緩(見圖1。圖1喉管氣速對NaOH轉(zhuǎn)化率的影響V1、V2、V3、V4、V5指不同結(jié)構(gòu)的噴嘴在選用噴嘴V1對脂肪酸甲酯和烷基苯的噴射磺化試驗中,均發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中活性物含量隨喉管氣速增加而逐漸升高,氣速增至一定值后,產(chǎn)品中活性物含量增加趨勢變緩,同時產(chǎn)物中未磺化物、無機酸含量減少(見圖2、圖3。這是由于氣-液噴射反應(yīng)器的主要反應(yīng)區(qū)在噴嘴喉管處,當(dāng)喉管氣速增加時,喉管處氣體的動量增大,卷吸液體的能力增強,對液體的沖擊破碎程度加劇,使喉管處的氣-液混合區(qū)湍流程度增加,氣-液傳質(zhì)阻力減小,從而使氣膜控制的快速磺化反應(yīng)進(jìn)程加快。同時氣速越快,液體物料在反應(yīng)釜體內(nèi)的霧化效果越好,進(jìn)一步強化了傳質(zhì),反應(yīng)效率增大。綜合考慮可知,喉管氣速的增加有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量,但同時亦使反應(yīng)能耗增大。因此,實際應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量的要求,同時考慮這兩方面的因素,尋求最佳值。圖2喉管氣速對MESA產(chǎn)品質(zhì)量的影響2.2氣液比對產(chǎn)品質(zhì)量的影響在喉管氣速一定(即總風(fēng)量一定的條件下,考察氣-液比(即有機原料進(jìn)料量對產(chǎn)品質(zhì)量的影響,實際是考察噴射反應(yīng)器的操作彈性。根據(jù)冷模試驗17第1期牛金平等:氣-液噴射式磺化反應(yīng)器的應(yīng)用研究圖3喉管氣速對烷基苯磺酸產(chǎn)品質(zhì)量的影響結(jié)果,氣-液比大于3000后,NaOH轉(zhuǎn)化率增加趨勢變緩(見圖4。圖4氣-液比對反應(yīng)效率的影響在對脂肪酸甲酯和烷基苯的試驗中,均發(fā)現(xiàn)增大原料進(jìn)料量,即降低氣-液比后,在所試驗的范圍內(nèi)磺化產(chǎn)品質(zhì)量變化較小(見表1、表2。冷模試驗證實,液體流量越小,即氣-液比越大,反應(yīng)效果越好,從而可預(yù)測進(jìn)一步降低甲酯進(jìn)料量,產(chǎn)品質(zhì)量將更好。而工業(yè)多管膜式反應(yīng)器生產(chǎn)十二烷基苯磺酸時,操作彈性僅限于額定生產(chǎn)能力的80%~120%。表1氣-液比對MESA產(chǎn)品質(zhì)量的影響氣-液比ME進(jìn)料量0.46481.093.56表2氣-液比對烷基苯磺酸產(chǎn)品質(zhì)量的影響氣液比LAB進(jìn)料量0.40095.091.143.43噴射反應(yīng)器是以高速流動的氣體卷吸、分散液體有機物,在喉管氣速一定的條件下,當(dāng)液體進(jìn)料量過高,即氣-液比過低時,噴嘴阻力急劇增大(見圖5,影響分散效果。降低液體進(jìn)料量,使氣-液比高于某一臨界點,噴嘴阻力基本維持不變,因此噴射反應(yīng)器僅存在一個操作高限。另外,噴射反應(yīng)器的進(jìn)風(fēng)量一般高于規(guī)模相近的膜式反應(yīng)器,反應(yīng)熱引起的溫度峰值低于膜式反應(yīng)器,且停留時間很短,絕大多數(shù)反應(yīng)熱可靠氣相帶至外部換熱器及時除去,因此SO3氣濃可適當(dāng)提高。圖5氣-液比對噴嘴阻力的影響2.3不同原料的磺化對MESA質(zhì)量(活性物、未磺化物、硫酸含量的影響,以此計算出脂肪酸甲酯的磺化率,并與膜式磺化作了對比,結(jié)果見表3、表4。表3脂肪酸甲酯的噴射磺化實驗結(jié)果樣號活性物平均81.747.185.2989.8表4脂肪酸甲酯的膜式磺化實驗結(jié)果82.836.985.9791.3由表3、表4可知,噴射磺化工藝中,甲酯的平均轉(zhuǎn)化率在90%左右,與膜式反應(yīng)器的結(jié)果相接近。18應(yīng)用化工第33卷表5烷基苯的噴射磺化實驗結(jié)果樣號活性物含量/%未磺化物含量/%H2SO4含量/%轉(zhuǎn)化率/%噴嘴表6烷基苯的膜式磺化實驗結(jié)果樣號活性物含量/%未磺化物含量/%H2SO4含量/%轉(zhuǎn)化率/%由表5、表6可知,對于烷基苯的磺化而言,噴射磺化反應(yīng)器與膜式磺化反應(yīng)器的實驗結(jié)果相近。表7脂肪醇聚氧乙烯醚的噴射硫酸化實驗結(jié)果樣號活性物含量/%游離油含量/%Na2SO4含量/%轉(zhuǎn)化率/%噴嘴種類表8脂肪醇聚氧乙烯醚的膜式硫酸化實驗結(jié)果樣號活性物含量/%游離油含量/%Na2SO4含量/%轉(zhuǎn)化率/%比較表7和表8,可以明顯看出,膜式反應(yīng)器的實驗結(jié)果優(yōu)于噴射反應(yīng)器,說明目前設(shè)計的噴射反應(yīng)器結(jié)構(gòu)不適用于AEO3的硫酸化。表9噴射磺化反應(yīng)實驗結(jié)果原料活性物含量/%游離油含量/%硫酸含量/%轉(zhuǎn)化率/%表10膜式磺化反應(yīng)實驗結(jié)果原料活性物含量/%游離油含量/%硫酸含量/%轉(zhuǎn)化率由表9、表10可知,此兩種物料的噴射磺化實驗結(jié)果均不太理想,產(chǎn)品質(zhì)量較差,轉(zhuǎn)化率較低,說明目前設(shè)計的噴射反應(yīng)器結(jié)構(gòu)不適用于這兩種物料的磺化。235重烷基苯重烷基苯(HAB是生產(chǎn)洗滌劑原料十二烷基苯過程中的副產(chǎn)物,組成較為復(fù)雜,含有聚烯烴、單烷基苯、二烷基苯、多烷基苯、茚滿、萘滿、烷基萘、二苯烷以及少量極性物質(zhì)等。其中茚滿、萘滿和烷基萘極易磺化,二烷基苯、多烷基苯等物質(zhì)難磺化,可磺化物約占70%左右[5]。HABS的組成對復(fù)合驅(qū)/原油間界面張力的影響非常大[6]。本實驗在原料HAB的組成相同的條件下,用三種不同工藝分別進(jìn)行磺化,制備HABS,然后配制不同Na2CO3和HABS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的復(fù)合驅(qū),并測定復(fù)合驅(qū)/原油間的平衡界面張力,結(jié)果見表11。表11不同工藝對HABS應(yīng)用性能的影響磺化工藝樣品復(fù)合驅(qū)原油界面張力/(mNm-0.3煙酸釜式DQ拉不開HF-1拉不開HF-2拉不開0.1SO3膜式HM-16.110-35.810-2HM-21.510-33.610-2SO3噴射HP-19.710-4HP-26.210-4HP-37.110-45.810-2注:Na2CO3與HABS質(zhì)量百分比;大慶提供的樣品;原油油滴拉不開時,界面張力一般大于1mN/m。由表11可知,SO3噴射磺化工藝制得的HABS降低界面張力的能力最佳,SO3膜式工藝次之,發(fā)煙硫酸釜式磺化工藝最差。這是由于不同工藝對HAB中不同組份的磺化率不同,煙酸的反應(yīng)活性不及SO3,一些難磺化物質(zhì)轉(zhuǎn)化率偏低,因而,煙酸磺化工藝制得的HABS中二烷基苯磺酸鹽等組分的含量相對較低,影響了其表面活性及復(fù)配性能。噴射磺化和膜式磺化之間的差別,可能緣于前者磺化溫度的峰值相對較低,HAB中易磺化物質(zhì)(如茚滿、萘滿、烷基萘等不易發(fā)生過磺化及氧化等副反應(yīng),因此,噴射磺化工藝制得的HABS中活性組分的組成更有利于降低原油/水界面張力?？梢猿醪秸J(rèn)為,噴射磺化反應(yīng)器更適合于重烷基苯的磺化。19第1期牛金平等:氣-液噴射式磺化反應(yīng)器的應(yīng)用研究2.4不同反應(yīng)器磺化效果差異的原因分析噴射反應(yīng)器與膜式反應(yīng)器在磺化-烯烴,硫酸化AEO3、2-乙基己醇時差異較大,而在磺化脂肪酸甲酯、烷基苯時無明顯差異。其原因是:膜式反應(yīng)器與噴射反應(yīng)器傳質(zhì)、傳熱過程與效率的差異;不同原料與SO3反應(yīng)機理和反應(yīng)速度的差異。241傳質(zhì)、傳熱與效率氣-液噴射反應(yīng)器是典型的液滴型反應(yīng)器,有機物被高速氣體卷吸、分散成微小液滴,并與氣相SO3進(jìn)行傳質(zhì),因此,液滴大小是影響氣-液相傳質(zhì)的關(guān)鍵。改變喉管氣速及噴嘴結(jié)構(gòu)均可引起氣-液間傳質(zhì)效率的改變。在噴射反應(yīng)器內(nèi),液滴之間及液滴內(nèi)部的傳質(zhì)相對較弱,可以推斷,液滴內(nèi)部為未反應(yīng)的原料,液滴表面為磺化產(chǎn)物及SO3,液滴表面的更新能力極差,易出現(xiàn)產(chǎn)品中游離油含量高、無機鹽含量高、色澤差等現(xiàn)象。將表9、表10中游離油、無機鹽以100%活性物折算后(見表12,可明顯看見兩種反應(yīng)器的差異。表12噴射與膜式磺化產(chǎn)物的對比樣品種類噴射磺化膜式磺化游離油含量/%無機鹽含量/%游離油含量/%無機鹽含量/%AES17.021.821.221.80AOS43.003.232.701.72降膜式磺化反應(yīng)器中的傳質(zhì)包括:液相內(nèi)、氣相內(nèi)、氣-液相之間三部分。氣-液相之間的傳質(zhì)主要依賴于氣體對液膜表面的剪切力,SO3氣濃越低,剪切力越大,氣-液相之間傳質(zhì)速率越快。液相內(nèi)部的傳質(zhì)受湍流擴散的影響,與液膜波動及氣體湍動狀況(Re有關(guān)。在磺化器頭部,傳質(zhì)過程由氣相傳質(zhì)控制,在磺化器下部,傳質(zhì)由液相控制。Talens模型及實驗結(jié)果均證明,磺化器液相傳質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響效果遠(yuǎn)高于氣-液間傳質(zhì)的影響效果[7]。由此可見,噴射與膜式反應(yīng)器傳質(zhì)過程的差異,主要表現(xiàn)在液相內(nèi)傳質(zhì)能力的差異。噴射反應(yīng)器內(nèi)液滴表面的更新能力非常弱,這是影響其產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵原因;噴射反應(yīng)器內(nèi)物料停留時間明顯低于膜式反應(yīng)器,這也是影響其產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因之一。242反應(yīng)機理和反應(yīng)速度-烯烴、AEO3、2-乙基己醇、LAB和ME5類有機物與SO3進(jìn)行反應(yīng)時,一般均經(jīng)過亞穩(wěn)態(tài)中間體及中間體與有機物反應(yīng)生成目的產(chǎn)物兩步,前者屬瞬間反應(yīng),后者反應(yīng)速度較慢,是決定整個反應(yīng)過程速度快慢的關(guān)鍵,有機物不同,反應(yīng)速度的差異很大,以2-乙基己醇、AEO3最快,LAB次之,ME最慢。在膜式反應(yīng)器出口處,2-乙基己醇、AEO3、-烯烴的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%以上,而LAB、ME的轉(zhuǎn)化率分別為85%~90%、75%~80%,必須經(jīng)過老化,才能使轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%以上。因此,前三種原料磺化產(chǎn)品質(zhì)量僅與反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及工藝條件有關(guān),后兩種原料磺化產(chǎn)品質(zhì)量還受到老化條件的影響。換言之,前者更直接地反映了噴射與膜式反應(yīng)器的傳質(zhì)差異,而后者由于老化過程的存在,使噴射與膜式反應(yīng)器傳質(zhì)差異表現(xiàn)不明顯。根據(jù)現(xiàn)有實驗結(jié)果以及前人對化學(xué)反應(yīng)速率與傳質(zhì)間關(guān)系的研究成果[8],可以認(rèn)為上述5類有機物與SO3快速生成亞穩(wěn)態(tài)中間體的反應(yīng)為瞬間反應(yīng),SO3首先被有機物料吸收,然后在氣液界面或液膜中的某一平面上完成反應(yīng),屬氣膜控制反應(yīng),轉(zhuǎn)化率取決于氣液相傳質(zhì)效率的高低。在2-乙基己醇、AEO3的硫酸化過程中,亞穩(wěn)態(tài)中間體與原料生成目的產(chǎn)物的反應(yīng)為快速反應(yīng),主要在液膜內(nèi)完成,屬液膜控制反應(yīng),轉(zhuǎn)化率取決于液相內(nèi)傳質(zhì)效率的高低。膜式磺化器液膜內(nèi)傳質(zhì)效率相對較高,停留時間相對較長,因此在膜式磺化器出口處該反應(yīng)基本進(jìn)行完畢,即轉(zhuǎn)化率高達(dá)95%以上;而噴射磺化器液滴內(nèi)部的傳質(zhì)能力相當(dāng)弱,停留時間相對較短,因此在噴射磺化器出口處轉(zhuǎn)化率明顯偏低。由此可見,在磺化/硫酸化AO、2-乙基己醇、AEO3時,必須提高液相內(nèi)傳質(zhì)效率。對LAB、HAB、ME而言,第二步反應(yīng)速度較慢,一部分反應(yīng)在液體中進(jìn)行,即在老化過程中完成,對液相內(nèi)傳質(zhì)的要求相對較小,因此,兩類反應(yīng)器制備的磺化產(chǎn)品質(zhì)量相近。3結(jié)論(1噴射磺化反應(yīng)器與膜式磺化反應(yīng)器在磺化烷基苯、脂肪酸甲酯時無明顯區(qū)別,說明噴射磺化反應(yīng)器適用于烷基苯、脂肪酸甲酯的磺化。(2噴射反應(yīng)器制備的重烷基苯磺酸鹽產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,降低原油/水界面張力的能力優(yōu)于膜式磺化器制備的重烷基苯磺酸鹽,并考慮到噴射磺化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單,便于維護(hù),投資少,因此噴射磺化反應(yīng)器更適合于重烷基苯的磺化。(3噴射反應(yīng)器在磺化/硫酸化-烯烴、脂肪醇和脂肪醇聚氧乙烯醚時,轉(zhuǎn)化率偏低,產(chǎn)品質(zhì)量明顯不及膜式反應(yīng)器,說明目前設(shè)計的噴射反應(yīng)器結(jié)構(gòu)不適用于這3類物質(zhì)的磺化/硫酸化,需要進(jìn)一步改進(jìn),提高其傳質(zhì)效率。(4喉管氣速增加有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量,氣速增至180m/s以上,產(chǎn)品質(zhì)量趨于穩(wěn)定。噴射磺化反應(yīng)器的操作彈性遠(yuǎn)超過膜式磺化反應(yīng)器。(下轉(zhuǎn)第23頁20應(yīng)用化工第33卷第1期王斌等:水溶性磺化殼聚糖的研制23結(jié)構(gòu)和特征反應(yīng),可為進(jìn)一步研制類肝素物質(zhì)奠定基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn):[1][2]李柯,陳自立,陳蕾,等.甲殼質(zhì)及其衍生物的化學(xué)活性和應(yīng)用[J].合成技術(shù)及應(yīng)用,2000,15(1:36-38.KuritaK.Chemistryandapplicationofchitinandchitosan[J].PolymerDegradationandStability,1998,59:34-37.[3]圖2磺化殼聚糖的紅外光譜圖-1張宜,湯韌,易濤,等.甲殼素的化學(xué)修飾及復(fù)合物系列[J].解放軍化學(xué)學(xué)報,1999,15(3:34-35.HolmeKrR,PerlinAS.Chitosann-sulfateawatersolublepolyelectrolyte[J].CarbohydrateResearch,1997,302:7-11.DrozdNN,SherAI,MakarovVA,etal.Comparisonofantithrombinactivityofthepolysulphatechitosanderivativesinvivoandinvitrosystem[J].ThrombosisResearch,2001,102:445-449.AmijiNM,Plateletadhesionandactivationonanamphotericchitosanderivativebearingsulfonategroups[J].ColloidsandsurfacesB:Biointerfaces,1998,10:263.[4][5]CH鍵伸縮振動;在1627cm處有強吸收,顯示有NHCOCH3基團的CO鍵的伸縮振動、非對稱伸縮振動和NH鍵的彎曲振動;在1223cm-1處有強吸收,證明有OSO3基團的SO鍵伸縮振動;在1064cm-1處有強吸收,顯示有COC(糖環(huán)的伸縮振動;在800cm-1處有中強吸收,證明有COS鍵的伸縮振動。而殼聚糖在1223cm表3殼聚糖波數(shù)/cm34332882159410811[6]-1及800cm-1處則均無特征吸收峰。肝素1[7]殼聚糖、磺化殼聚糖及肝素的紅外光譜分析結(jié)果對比磺化殼聚糖強度波數(shù)/cmSMSS343828801627122310648001GamzazadeAI,NasibovSM,RofozhinSV.Studyoflipoprotainsorptionbysomesulfoderivativesofchitosan[J].CarbohydratePolymers,1997,34:381-387.丁華,祝清芬,徐魯源,等.幾丁糖酯抗動脈粥樣硬化作用研究[J].中國海洋藥物,2001,20(1:12-14.MurataJ,SaikiI,MatsunoK,etal.Inhibitionfortumorcellarrestinlungsbyantimetastaticchitinheparinoid[J].JapnCancerRes,1990,81:506.官能團強度SMSSSSNH,CHNHCOCH3,COSO3,SCOCOCSOOOH強度波數(shù)/cmSMSSSS34602940163012401070800[8][9][10]NishimuraSI.Regioselectvesynthesisofsulfatedpolysaccharides:specificantiHIV-Iactivityofnovelchitinsulfates[J].CarbohydrateResearch,1998,306:427434.由表3可知,磺化殼聚糖與肝素在吸收波形數(shù)上十分的相近。故可認(rèn)為本文得到的磺化殼聚糖為新型類肝素物質(zhì)。表征SO3-存在的特征吸收峰在1250cm-1及800cm-1處。[11][12][13]吳梧桐.生物制藥工藝學(xué)[M].南京:中國醫(yī)藥科學(xué)出版社,1987.鄭連英,姚恕,劉茉娥.殼聚糖的質(zhì)量分析和標(biāo)準(zhǔn)[J].精細(xì)化工,1993,10(1:16-18.蔣蘇洪,林瑞洵.甲殼胺和卡拉膠在溶液中的反應(yīng)及其復(fù)合物性質(zhì)[J].中國海洋藥物雜志,1994,6(1:19.3結(jié)論本文合成的磺化殼聚糖是一種類肝素物質(zhì),而肝素作為常用的臨床抗凝血劑,需從動物肝臟提取,來源有限且價格貴。由于磺化殼聚糖具有肝素類的(上接第20頁[4]參考文獻(xiàn):[1]GunterML.Loopreactorgivesfast,cool,liquidphasehydrogenationreactions[J].ProcessEngingeering,1973,(12:62-65.[2]李秋小,邢英站,周靜怡,等.環(huán)路反應(yīng)器制備飽和脂肪酸甲酯的研究[J].表面活性劑工業(yè),1998(2:23-25,32.[3]GunterML,PeterR,PierreV.Loopreactors:bettergas/liquidcontact[J].HydrocarbonProcessing,1976,55,99-100.[8][6][7][5]宋光復(fù),汪寶和,張德利,等.甲苯磺化反應(yīng)工藝與設(shè)備的研究[J].化學(xué)反應(yīng)工程與工藝,1998,14(2:216219.李佩軍.烷基苯磺酸的生產(chǎn)、性能及應(yīng)用[J].日用化學(xué)工業(yè),1998,28(5:37-39.楊普華,楊承志.化學(xué)驅(qū)提高石油采收率[M].北京:石油工業(yè)出版社,1988.TalensFI,GutierrezJM,MansC.Animprovedfallingfilmreactorforviscousliquids[J].JAOCS,1996,73(7:857-861.張成芳.氣液反應(yīng)和反應(yīng)器[M].版社,1985.北京:化學(xué)工業(yè)出軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器的試驗研究金向紅3金有海王振波(中國石油大學(xué)摘要軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器與其他離心式氣液分離器比較,其特點是阻力損失小。經(jīng)試驗證明,在低含液濃度下該分離器對氣液兩相具有較高的分離效果,且采用合理的溢流管和筒體結(jié)構(gòu)形式可以減少短路流和二次流夾帶,提高其分離效率。關(guān)鍵詞旋流器氣液分離導(dǎo)向葉片分離效率壓降損失中圖分類號TQ05118+4文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號025426094(2007022*******軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器(axialguidevanecyclonegas2liquidseparator是一種新型離心式氣液分離裝置,入口混合物經(jīng)過筒體和排氣芯管間的螺旋導(dǎo)葉進(jìn)入分離室,螺旋導(dǎo)葉給混合物提供一個切向速度,離開導(dǎo)葉的混合物在離心力場和重力場的作用下,產(chǎn)生渦流運動,由于氣液兩相的密度差,在離心力和重力的作用下,液體向管壁流動,并從下部液體出口流出,氣體進(jìn)入內(nèi)旋流并從頂部排氣芯管離開分離器。由于物料與葉片的摩擦或能量消耗較小,從而使旋轉(zhuǎn)流保持穩(wěn)定,并有助于維持層流特性。因此,與其他離心式氣液分離器相比,其突出特點是阻力損失較小[1,2]。筆者對內(nèi)徑為100mm軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器在低含液濃度下的性能進(jìn)行試驗研究,試驗采用管柱式、管錐式兩種筒體結(jié)構(gòu),分別采用3種排氣溢流管結(jié)構(gòu)形式,主要考察了排氣溢流管結(jié)構(gòu)對分離性能的影響,比較了管柱式和管錐式筒體結(jié)構(gòu)對分離性能的影響。1試驗裝置和物料試驗流程如圖1所示。整個試驗系統(tǒng)由供風(fēng)系統(tǒng)、進(jìn)料霧化系統(tǒng)、分離系統(tǒng)和測量系統(tǒng)4部分組成。本試驗采用負(fù)壓系統(tǒng),供風(fēng)系統(tǒng)采用抽風(fēng)機,其最大流量可達(dá)1000m3/h,能滿足要求;霧化系統(tǒng)由空氣壓縮機、空氣過濾器、空氣轉(zhuǎn)子流量計、液體計量泵以及內(nèi)混式雙流體噴嘴組成,壓縮空氣與計量泵提供的液體同時進(jìn)入噴嘴,通過噴嘴液體被霧化成液滴群,通過調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量、壓力和進(jìn)入噴嘴的液體流量可以得到不同滴徑的液滴群,霧化的液滴直徑采用文獻(xiàn)[3]中雙流體霧化液滴直徑的經(jīng)驗計算公式算得;分離系統(tǒng)主要裝置是軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器,內(nèi)徑為100mm,用有機玻璃制成;試驗物料采用空氣2水系統(tǒng)。圖1氣液旋流分離試驗裝置流程簡圖1———風(fēng)機;2———畢托管;3———溫度計;4———氣液旋流器;5———收液斗;6———水槽;7———計量泵;8———噴嘴;9———壓力表;10———玻璃轉(zhuǎn)子流量計;11———穩(wěn)壓罐;12———空氣壓縮機;13———U形管2試驗試驗時,在風(fēng)機抽吸作用下,氣體進(jìn)入管路系3金向紅,男,1965年1月,在讀博士研究生,副教授。山東省東營市,257061。統(tǒng),與霧化液混合后進(jìn)入分離器,形成高速旋轉(zhuǎn)流,在離心力的作用下,密度值大的液滴被甩到旋流器的邊壁,從底流口流出,進(jìn)入集液槽;而氣體則從溢流口流出,經(jīng)風(fēng)機直接排空。2.1筒體和溢流管結(jié)構(gòu)本次試驗采用了管柱式和管錐式兩種筒體結(jié)構(gòu),如圖2所示。試驗了正錐、正錐加倒錐和無錐3種溢流口結(jié)構(gòu),如圖3所示。a.管柱式筒體b.管錐式筒體圖2軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器結(jié)構(gòu)簡圖a.正錐形b.正倒錐形c.無錐形圖3溢流管結(jié)構(gòu)示意圖2.2流量測量氣體流量Qg用出口畢托管測量。試驗過程中底流口泄氣量為零,分離器進(jìn)、出口氣量相同,低含液濃度下,近似認(rèn)為氣體流量等于物料流量。葉片出口流速決定著對液滴分離起主要作用的流體切向速度的大小。葉片出口流速按下式計算:V=Qg3600Aj式中Ag———導(dǎo)向葉片間流體通道橫截面積。導(dǎo)葉數(shù)量和結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時,顯然葉片出口流速與流量成正比。2.3入口含液濃度Ci入口含液濃度由下式計算求得:Ci=mitQg式中mi———計量泵加液質(zhì)量,g;t———加液時間,h。本實驗含液濃度變化在80~400g/m3之間。2.4壓力降測量壓力降采用U形管壓差計進(jìn)行測量。其中溢流壓降Δpio為分離器入口與溢流口(氣體出口之間壓差。底流壓降Δpiu為分離器入口與底流口(集液槽之間壓差。一般而言,溢流壓降Δpio是氣液旋流分離器的主要能耗參數(shù)。2.5總效率ET旋流分離器的效率一般分為質(zhì)量效率和修正效率(澄清效率兩種定義方式,本文中由于底流泄氣量為零,進(jìn)出口氣量相等,故在數(shù)值上兩種方式計算結(jié)果相同。另外,本實驗主要評定筒體和溢流口結(jié)構(gòu)對分離性能的影響,不考慮蒸發(fā)率對分離效率的影響,所以本文實際采用下式進(jìn)行測定計算:ET=mcmi×100%式中mc———底流口的液體出量,g。3實驗結(jié)果與討論3.1一定含液濃度,不同出口流速下分離效率、溢流壓降的變化圖4顯示含液濃度Ci=320g/m3不變,不同筒體結(jié)構(gòu)、溢流管結(jié)構(gòu)下,葉片出口流速對分離效率的影響。圖5則是含液濃度Ci=320g/m3時,壓降隨葉片出口流速的變化關(guān)系。由圖4可以看出,在流速較低時,隨著流速的增大,分離效率升高,這是因為葉片出口流速增大,流體切向速度增大,分離器內(nèi)離心力場增強,分離能力增大,分離效率隨之提高。當(dāng)葉片出口氣速超過一定數(shù)值后(臨界值Vcr,盡管有利于液圖4葉片出口氣速對分離效率的影響圖5葉片出口氣速對溢流壓降影響滴分離的離心力場繼續(xù)增強,但分離器內(nèi)湍流強度也大大增加,在氣流的強湍流作用下,液滴破碎霧化加劇,分離難度增加;同時,沉積在器壁上的液體表面出現(xiàn)湍流彌散,產(chǎn)生氣霧夾帶現(xiàn)象,使得分離效率降低[4]。由試驗結(jié)果可以知,對于直徑為100mm的氣液旋流分離器,其葉片出口氣速的臨界值Vcr≈11m/s。圖5顯示,含液濃度一定時,溢流壓降隨葉片出口氣速的增大而增大,其影響規(guī)律與液固、液液分離器規(guī)律基本一致。同時從圖4可以看出,當(dāng)筒體結(jié)構(gòu)一定時,正錐加倒錐(簡稱正倒錐形溢流管結(jié)構(gòu)的分離效率最高,無錐形溢流管的分離效率其次,而正錐形溢流管的分離效率最低。這是因為正倒錐式結(jié)構(gòu)溢流管,加倒錐后破壞了邊界層的生長,有效地阻礙了短路流的產(chǎn)生,從而提高了分離效率。而正錐形溢流管,更易于產(chǎn)生短路流,在排出氣流中會產(chǎn)生較大的液體夾帶,因而降低了分離效率。由圖5可知,正錐形溢流管結(jié)構(gòu)的溢流壓降也最大,而無錐溢流管溢流壓降最小。因此,氣液旋流分離器不適宜用正錐形溢流管;采用無錐溢流管或正倒錐溢流管,應(yīng)綜合考慮分離效率、壓降損失和制造成本。圖4顯示,當(dāng)溢流管結(jié)構(gòu)一定時,管柱形筒體旋流器分離效率要大于管錐形筒體。這可能是因為,管錐式筒體中,甩向錐形筒壁的液滴易產(chǎn)生破碎和彌散,破碎的液滴部分進(jìn)入高速氣流,從而產(chǎn)生二次液體夾帶。而圖5顯示錐形筒體旋流器的溢流壓降損失要小于圓柱形筒體,考慮到制造方便,氣液旋流分離器宜采用管柱式筒體。3.2出口流速一定,不同的含液濃度對分離效率、溢流壓降的影響圖6是葉片出口氣速V=10.5m/s不變,不同筒體結(jié)構(gòu)、溢流管結(jié)構(gòu)的旋流器分離效率隨含液濃度的變化規(guī)律。圖7是一定葉片出口氣速下,溢流壓降隨含液濃度的變化情況。圖6含液濃度對分離效率的影響圖7含液濃度對溢流壓降的影響圖6顯示,一定結(jié)構(gòu)參數(shù)下的軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器的分離效率隨著進(jìn)料含液濃度的增加而上升,這與切向進(jìn)料的管柱式氣液旋流分離器(GLCC[4]和旋流板式氣液分離器[3]是一致的。圖7顯示,隨著含液濃度增加,溢流壓降略有增加,這說明低含液濃度下,含液濃度的變化對溢流壓降損失幾乎沒有影響。當(dāng)旋流器筒體結(jié)構(gòu)一定時,改變溢流管結(jié)構(gòu),圖6顯示,正倒錐形溢流管分離效率最高,無錐形溢流管次之,正錐形溢流管分離效率最低。圖7顯示,正錐式結(jié)構(gòu)溢流管溢流壓降損失最大,無錐式溢流管溢流壓降損失最小,正錐加倒錐溢流壓降損失介于二者之間,這與前面的結(jié)論一致。葉片出口流速一定時,比較含液濃度對管柱式和管錐式筒體結(jié)構(gòu)旋流器分離性能的影響,從圖6可以看出,管柱式旋流器的分離效率要高于管錐式;而圖7可以看出管柱式旋流器的溢流壓降損失要高于管錐式,這也和前面的結(jié)論一致。4結(jié)論4.1在低含液濃度下,軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器仍能達(dá)到很高的分離效率。隨入口含液濃度的增大,分離器分離效率呈上升趨勢;含液濃度變化對溢流壓降影響不大。對于結(jié)構(gòu)尺寸一定的軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器,葉片出口氣速存在一臨界值(本文中Vcr≈11m/s,在此條件下分離器的分離效率最高,而溢流壓降則隨氣速增大而增加。4.2試驗過程中發(fā)現(xiàn),短路流和二次流夾帶對于氣液旋流分離器的分離效率影響較大,采用合理的溢流管結(jié)構(gòu)形式可以減少短路流和二次流夾帶,提高分離效率。試驗中3種溢流管結(jié)構(gòu),正錐加倒錐形溢流管分離效率最高,而壓降損失略高于無錐形溢流管;正錐形溢流管分離效率最低,壓降損失最大。因此,軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器不宜用正錐形溢流管。4.3管柱式筒體的旋流器分離效率要大于管錐式,壓減損失略高于管錐式,因此,軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器宜