高取代羟乙基纤维素醚生产新工艺.docx
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高取代羟乙基纤维素醚生产新工艺
高取代羟乙基纤维素醚生产新工艺
一(任务提出的目的和意义
以农产品棉花为主要原料的纤维素醚产业是个蓬勃发展的产业。
随着新世纪石油及合成化工原料的紧缺和价格持续上涨~以及全世界对环境污染问题的日趋重视~价廉物丰、可生物降解、无毒、生物相容性好的可再生纤维素资源及其衍生物日益受到世人的青睐~其开发和应用成为一项重要的研究课题。
羟乙基纤维素是纤维素醚中的一个具有较长使用历史的品种~目前在乳胶漆、油田、化妆品等工业生产领域~均有广泛的应用。
随着经济发展和社会进步~人们对羟乙基纤维素的需求量逐年增加~对应用性能的要求也越来越高~而且市场上常规的羟乙基纤维素只在一个方面具有理想的性能~比如耐盐、抗温、抗酶、良好的流变性或抗溅性等~而在综合性能上有所欠缺~因此高性能新产品的开发迫在眉睫。
羟乙基纤维素是世界范围内生产的一种水溶性纤维素醚~产量大、发展迅速~是仅次于CMC和HPMC的重要纤维素醚品种~据不完全统计~1978年世界产量18000吨,1983年50000吨~我国1977年才开始生产。
羟乙基纤维素可溶解在冷、热水中~使它具有更大范围的溶解性和黏度特性。
作为非离子型醚~羟乙基纤维素具有非离子型醚的一切特征~不与带正、负电荷离子作用~活性少~在大范围内的水溶性聚合物、表面活性剂、盐等共
存~使其广泛作为增稠、流动调节剂、保护胶、稳定剂、保水剂、黏结剂等~应用于乳胶漆、医药、石油开采等行业。
本项目开发的新型羟乙基纤维素是在新工艺下~通过产学研结合~自主研发、制备、生产与推广的高取代羟乙基纤维素醚生产新工艺。
与传统的羟乙基纤维素相比~该产品具有成本低、综合性能优良、应用广泛、易推广的显著特点。
基于对普通的羟乙基纤维素的工艺改进~该项目一方面提高了产品的取代度~另一方面采取一次碱化多次醚化工艺~反应过程均匀缓和~羟乙氧基在纤维素分子上的分布均匀~所以产品受生物攻击的缺陷得以弥补~使其抗酶性能大大改进。
而且~通过此工艺~可以大大降低羟乙基纤维素的成本~其他性能也有相应的提高。
例如其在乳胶漆中应用时~其粘稠性、流平性、抗流挂性、喷溅性、颜料性能以及生物稳定性等都能够得到大幅的提升。
二(研制过程
由于反应机理的特殊性~羟乙基纤维素产品醚化的均匀性总不是很理想~导致取代度较低~不稳定。
而通过改变生产工艺~除了可以提高羟乙基纤维素的得率~降低羟乙基纤维素的成本~还可以大大提高产品的抗酶性、耐盐性等。
现有的专利中~有采用多次碱化和醚化~多次中和的反应工艺生产出高取代的产品~这种工艺可以达到较高的取代度~但由于多次的碱化、醚化、中和循环~使产品的反应过程冗长拖沓~不但反应取代出现峰高谷低现象~更使产品分子明显降解~粘度大大降低~因此这种工艺至今仍未得到实际应用。
现有专利工艺流程图
制备羟乙基纤维素的主反应过程如下:
主要的副反应为
确定的生产工艺流程如下:
本项目采用的工艺方法为:
投入物料配比为:
精制棉:
混合溶剂:
醚化剂:
碱=1:
5~15:
0.5~1:
0.3~0.8,反应过程温度为10~65?
反应过程压力为-0.09~1.5Mpa~反应时间控制在4~6h。
反应结束后~回收未反应完毕的醚化剂~采用醋酸中和~pH调整至5.5~6.5。
物料离心出料~固液分离~溶剂进入精馏塔进行蒸馏分离~物料进入气提机~稀释剂与固体分离~物料进入气流机烘干后粉碎包装。
确定生产工艺后~进行了实验:
精制棉:
混合溶剂:
醚化剂:
碱=1:
8:
0.5:
0.5,反应过程温
度为10~50?
反应过程压力为-0.09~1.5Mpa~反应时间控制
在4~5h。
反应结束后~回收未反应完毕的醚化剂~采用醋酸中和~
pH调整至5.5~6.5。
物料离心出料~固液分离~溶剂进入精馏塔进行蒸馏分
离~物料进入气提机~稀释剂与固体分离~物料进入气流机
烘干、粉碎、包装。
三(本工艺的关键技术点和创新点:
1,采用稀释剂直接分离回收的纤维素醚生产工艺~在降低氢氧化钠用量的同时~也降低了醋酸的用量。
从而使整体消耗大幅降低~同时也减少了反应副产物盐的产生量~降低了生产成本~又减少了废物产生。
(2)通过一次碱化、重复醚化、一步中和工艺~将羟乙基纤维素醚产品的取代度提高到2.0以上~产品具有更好的取代均匀度~更好的粘度特性和更好的抗酶性。
3,产品有了更好的取代均匀度~更好的粘度特性~产品的抗酶变能力、抗盐性和耐温性都普遍高于普通产品~所以能够适应更加广泛或更加特殊的使用环境。
四、主要的生产设备
设备名称型号数量购买日期生产厂家纤维粉碎机CXJ-50032007.07自制电动葫芦HB2-922007.07河南黄河
3醚化釜12M42007.07自制砂浆泵UHB-ZK-B25/5022007.07宜兴宙斯
3盐酸罐14M12007.07周村鑫德
3醋酸罐14M12008.09自制
3异丙醇配料槽14M22007.07自制称重模块15T22007.07青岛新亚美
2石墨换热器20M32007.07自制环氧乙烷高位槽直径800*200012007.07自制液碱罐直径800*100012007.07自制
3洗涤釜14M42007.07自制砂浆泵UHB-ZK-50-2062007.07宜兴宙斯
3中和釜14M12007.07自制
3洗涤釜14M42007.07自制气提溶剂回收罐直径12007.07周村鑫德
1700*2000
系统吸收罐直径12007.07周村鑫德
1400*2000
气提机QTH-812007.07浙江化工吸收塔直径70012007.07自制离心机LW503032007.07苏州优耐特醋酸计量罐直径12007.07周村鑫德
1000*1500
气流干燥机QG-60022008.01常州常虹粉碎机CFS-56-4062007.09常州武进振动筛直径150062007.07新乡东振
275%乙醇储罐60M12008.05自制
280%中沸物罐60M12007.07自制精馏塔直径22008.05自制
1400*20002一效蒸发器90M12007.07寿光亚亨
2二效蒸发器90M12007.07寿光亚亨
2异丙醇出料冷凝GH90-120M12007.07自制器
异丙醇回流罐直径12007.07玻璃钢
1200*5000
五(项目的物料平衡图
六.项目的环保情况
反应结束后~未反应完的醚化剂与物料分离后~经过蒸馏回收进行重复利用~使得生产过程减少了废气的排放问题~减少了环境的危害~同时降低了生产成本。
洗涤时产生的废水、废盐经公司的“四效”蒸发水处理系统进行蒸发处理~达到盐水分离的目的。
蒸馏出的废水进入公司污水站~处理后的污水达到国家三级排放标准~污水排入镇污水处理厂。
七.国内同类技术的对比情况
1.技术先进、国内首创
本项目开发的新型羟乙基纤维素产品~利用独到的“稀释剂直接分离回收的纤维素醚生产工艺”~在溶剂回收、温度控制、加料方式和纯化技术等环节都进行严格程序要求~是得到高取代度及均匀性好纤维素醚新产品的关键。
2.产品性能优良
本项目开发的纤维素醚产品~综合各反应试剂的化学活性~使得产品的取代度较高~同时产品增稠、粘度升高、抗温、抗酶性得以提升。
项目传统技术新技术备注
取代度1.8以下最高可达3.5~最
低2.0
200000mPa.s最高粘度100000mPa.s以下
200000300000数均分子量
适用温度60?
以下可达80?
10%适用盐浓度可达15%
溶液抗酶性10天左右开始长25天左右开始长
菌~粘度降低较快菌~粘度降低较慢
涂料中用量0.1-1‰0.1-0.5‰
1.51.65产品得率
3.成本降低
由于醚化效率高~产品得率高~单位原材料可以通过该工艺生产得到更多产品~因此该产品生产成本低于传统产品。
八.开发前景
由于具有良好的水溶性、无凝胶点等优良特性~羟乙基纤维素在许多领域中应用广泛。
本品提高了羟乙基纤维素醚的取代度~改善了产品羟乙氧基的取代均匀度~在催化保护胶体聚合的过程中可发挥最佳的效果;在控制聚合物粒子的增长,稳定胶乳性能及耐低温与高温,抗机械剪切中,HEC均可发挥最佳的效果.在胶乳的聚合反应过程中~HEC可保护胶体的浓度于一个临界范围内,并控制聚合物粒子大小及参加反应基团的自由度。
另一方面~本品具有较高的取代度及良好的取代均匀度~产品综合性能较好~在石油开采中的热稳定性提高~从而减少了由于水解而导致的粘度剧降~使其在该方面的应用性能得到提高。
九.技术中存在的问题和改进意见
在生产的过程中~我们也遇到了一个技术问题~就是产品的取代度的增大~产品的粘度指标受到一定的影响~生产高粘度的产品时~较之前粘度大约降低了5~8%~而生产其他规格产品时~均正常。
针对此问题~我们目前正从生产方面进一步寻找原因~以期尽快解决~完善产品规格。