工艺技术萘系减水剂最新工艺技术.docx

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工艺技术萘系减水剂最新工艺技术

萘系减水剂

　编　写金云

　审　核　　金云

　批　准　　金云

1、产品说明

2、产品用途

3、合成用原材料

4、生产工艺参数

5、生产中有关问题的处理

一、产品说明

萘系减水剂，它是一种萘磺酸甲醛缩合物的化学合成产品。

以工业萘、硫酸、甲醛、烧碱为原料。

其主要成分是萘磺酸甲醛缩合物，它是由萘用浓硫酸磺化得到β-萘磺酸，然后与甲醛缩合，再用苛性钠中和就得到萘磺酸钠甲醛缩合物。

二、产品用途

系减水剂广泛用于公路、桥梁、大坝、码头、隧道、水利及工民建工程、蒸养及自然养护予制构件等。

水泥适应性好与其它高效减水剂相比价格相对便宜，与各种外加剂复合性能好，可用于配制高强、高性能混凝土。

它的特点是：

减水率较高、不引气，在水灰比不变时，使混凝土初始坍落度提高10cm以上，减水率可达20%。

对砼有显著的早强、增强效果，其强度提高幅度为20-60%。

改善混凝土的和易性，全面提高砼的物理力学性能。

对各种水泥适应性好，与其它各类型的混凝土外加剂配伍良好。

三、合成用原材料

原材料进厂标准：

1、工业萘：

98%

2、硫酸：

98%

3、甲醛：

36.8%

4、液碱：

30%，32%

1、萘：

萘为无色或白色有光泽的鳞片状单斜结晶，有温和芳香气味，粗萘有特殊的煤焦油样臭味；熔点80.6℃，沸点219.9℃；难溶于水，微溶于乙醇，易溶于醚及苯中。

能挥发并易升华，能水蒸汽蒸馏。

与空气形成爆炸性混合物；爆炸极限0.9％－5.9％（体积）。

化学式

C10H8

摩尔质量

128.17052g·mol−1

外观

白色鳞片状结晶，有温和芳香气味，粗萘有煤焦油臭味

密度

1.14g/cm3

熔点

81.2 ℃

沸点

218 ℃

溶解度（水）

约30mg/L

2、硫酸：

H2SO4，分子量为98，用于磺化的硫酸浓度应为98%的浓硫酸，比重为1.84。

化学式

H2SO4

摩尔质量

98.078g·mol−1

外观

无色无味清澈液体

密度

（液）1.84g/cm3

熔点

10.4℃

沸点

290 °C（563 K）（（纯酸）

（98%溶液沸点338 °C））

溶解度（水）

完全混溶，放热

3、甲醛：

分子式HCHO，分子量为30，　生产用甲醛浓度为36.8%无色透明液体，有刺激气味，15℃时比重为1.10。

纯甲醛为无色透明气体，有刺激性气味

∙沸点-19.5°C

∙闪点85°C

∙自燃点430°C

∙密度0.815g/mL（液体，-20°C），1.075-1.085g/mL（液体，37%）

化学式

CH2O

摩尔质量

30.03g·mol−1

外观

无色气体

密度

1 kg·m−3（气）

熔点

-117 °C（156 K）

沸点

-19.3 °C（253.9 K）

溶解度（水）

>100 g/100ml（20 °C）

4、烧碱：

NaOH，分子量为40，生产中使用固体、液体均可，使用固体碱时，应先配制成30～40%的水溶液，最好购买液体（30%或32%），可避免化碱工序，而且价格便宜。

化学式

NaOH

摩尔质量

39.9971g·mol−1

外观

白色固体

密度

2.1g/cm³

熔点

318 °C（591K）

沸点

1388 °C（1663K）

溶解度（水）

1110gdm-3（20°C）

4、生产工艺参数

↓萘　↓硫酸　　↓水　　↓甲醛　↓烧碱

融化

→

磺化

→

水解

→

缩合

→

中和

→

干燥

→

固体

80℃　130℃160℃（2小时）　120℃（0.5小时）　90℃　105℃（0.5小时）　　　Ph7-9

　　　　　　　32%　　　　　29%

2.磺化

磺化反应是浓硫酸作用于萘，其磺酸（—SO3H）取代萘分子上的氢原子，反应生产萘磺酸。

萘磺酸有两种：

α-萘磺酸和β-萘磺酸。

将定量的工业萘倒入3000L磺化反应釜内，在密闭状态下向反应釜夹套内通入194℃的蒸汽，将萘融化，当熔萘温度升到135℃时，停止加热，开始向反应釜内滴加硫酸（98%）为防止反应釜温度过高，硫酸溶于水放出大量热，可使水沸腾，因此稀释硫酸时应将浓硫酸沿杯壁缓慢倒入水中，同时不断搅拌，切不可将水倒入硫酸中，这样会导致水因为密度小于浓硫酸而浮在浓硫酸上，并且沸腾使得浓硫酸溅出伤人。

应控制滴加时间在0.5~1小时内。

硫酸滴加完毕后，开始供气加热，使物料温度上升到160~165℃，此时硫酸与工业萘开始进行磺化反应，生成α-萘磺酸与β-萘磺酸。

为保证磺化反应的顺利进行，必须控制反应温度在160℃~165℃之间，为此要不断调整供气压力。

另外，为使萘尽可能完全磺化，使硫酸过量10%，通过控制物料酸度值来实现，控制其酸度值在3.1~3.3之间。

磺化反应阶段一般需2小时。

磺化反应结束后，向反应釜内通入蒸气，直接将萘磺酸压入水解釜内。

反应过程需补充部分稀释水，来调节物料粘度。

磺化反应控制的好坏，直接影响β-萘磺酸的含量，对缩合后的产品质量影响很大。

影响磺化反应的因素主要有磺化温度、磺化时间、硫酸浓度、硫酸用量等。

1）萘与硫酸用量比

萘与硫酸的物质的量的比为1：

1.3～1.4，一般可取1.4。

换成品质比为1：

1.075。

2）磺化反应温度　　160～165℃。

3）磺化时间在160～165℃维持约2小时。

时间短了，磺化不充分，磺化时间过长，影响产量。

3.水解反应

由于在磺化反应过程中，不仅生成了β-萘磺酸，而且也生成了一部分α-萘磺酸。

水解的目的是使α-萘磺酸水解，以利于以后的缩合反应。

水解时应将反应物料降温至120℃以下，加入经计算的水。

水解的用水量：

1.水解反应：

在160℃~165℃的磺化温度下产生大约15%的α-萘磺酸，由于α-萘磺酸活性较大，它存在会影响以后的缩合反应，应该将其转化或除去。

通过实验发现，α-萘磺酸在120℃时极易水解，而β-萘磺酸在此温度下比较稳定，因此可以通过水解反应除去α-萘磺酸。

：

开启循环水系统，将水解釜内的物料温度降至120℃，并向反应釜内加水，控制温度在120℃左右，使α萘磺酸进行水解反应，水解产物为萘和硫酸，分离以后的产物可作为原料继续参与磺化反应。

为保证水解反应彻底完成，应保证水解时间在30分钟以上。

水解反应结束后，通入蒸气将β-萘磺酸压入缩合反应釜内进行缩合反应。

水解的用水量多时对水解反应有利，但加入量过多则对缩合反应带来不利的影响。

故水解加水量一般为2-3到4-5克分子/克分子萘。

总之，在控制总酸度相同的情况下，水解加水量少些产品性能好些。

水解总酸度：

水解的外加水，控制总酸度在29%左右，水解总酸度低，加水量大，降低反应物浓度；水解总酸度高，缩合物料粘度大，不利于反应进行。

水解时间：

一般搅拌半小时左右。

1、水解用水量由下式计算得出：

S1（A+B）=S2（A+B+X）

式中：

S1——磺化结束后测定的物料总酸度（31～33%）；

A——反映釜内萘的物料量；

B——反应釜内硫酸的用量；

S2——要求控制的总酸度（29%）；

X——水解要求的加水量。

4、缩合

萘磺酸水解后继续降温到90℃左右，滴加甲醛，其反应如下：

缩合反应是萘系高效减水剂生产过程中的重要反应，也是时间较长的一个工序。

技术关键是使反应尽可能的完全，得到长链分子，同时反应时间尽可能的短，以便缩短生产时间及降低生产成本。

开启循环冷却水系统将反应釜内的物料降温到85℃~100℃之间，然后开始滴加甲醛。

甲醛在物料中酸根离子的作用下，发生转变，生成反应性很强的羰基离子。

反应式为：

HCHO+H+CH2OH+

为保证甲醛最大限度羰基化，滴加速度要慢，一般控制在2小时左右。

羰化反应结束后，通气加热，使物料温度上升到110℃，此时甲醛羰离子与β-萘磺酸开始进行缩合反应，生成萘系磺酸甲醛缩合物，

缩合反应历时约4.5h。

缩合反应结束后，将生成物转移到中和罐内进行中和反应。

反应过程中，为了调节物料粘度，需补充部分稀释水。

1）甲醛用量

萘磺酸：

甲醛=1：

0.95-1.0，一般取1.0。

2）缩合温度　100-110℃

3）缩合酸度　28-30%，按29%计算。

4）缩合时间　4-6小时，一般取5小时。

1、中和

在整个反应过程中，均保持有一定的酸度，因此，在反应结束后需加入溶液NaOH中和过程的酸，使产物变为易溶于水的钠盐，以便增强减水剂的水溶性。

H2SO4+NaOH→Na2SO4+H2O

中和时为防止物料外溢应控制加碱速度不宜过快，至Ph值稳定在7~9时，表示中和反应结束。

为控制SO42－的含量，满足产品的要求，需加入Ca（OH）2，将SO42－去除，生成CaSO4沉淀物，通过过滤去除CaSO4。

SO42－+Ca2+→CaSO4↓

中和反应后，形成的水剂产品置于贮罐内。

2、干燥

通过上述反应生成的水剂产品，通过干燥制成粉剂。

将贮罐内的水剂通过雾化器打入热风干燥塔内，与热风炉产生的热气相接处，其中的水分将以水蒸气的形式挥发出来，得到烦躁的粉剂产品。

将粉剂产品包装后贮存于仓库内。

由反应釜放出至中和罐的物料加碱中和，使放热反应，其过程会产生大量的水蒸气，如不加以控制，会造成溢锅，因此，中和操作必须按规程进行。

1、反应釜物料放出至中和桶后，打开冷却水冷却，开动搅拌器后，开始缓慢地加入液碱，并时刻观察中和情况，避免发生溢锅。

2、中和到后期，加碱速度可以稍快，但也要注意观察，避免发生溢锅。

3、中和至将要结束时，应缓慢加碱，并不断用pH试纸测试pH值，使pH值控制在7～8范围内，即可停止加碱。

4、停止加碱后，应继续搅拌0.5小时，最终再次测定pH值，若pH值降低，可以加碱调节。

5、中和好的物料可以送至储罐或浓缩罐。

6、若生产高浓产品，则首先用NaOH中和，至pH值4～5小时，再用石灰水中和到pH值达7～9，再加入适量硅藻土作过滤助剂，过滤、浓缩、干燥即可。

溢锅的处理方法：

溢锅的主要原因是加碱速度太快所致，发现有溢锅现象时：

1）关闭加碱阀，停止加碱；

2）停止搅拌；

3）用凉水冲中和桶的外壁，也可向中和桶加入一些冷水，使物料冷却，恢复正常后，才能继续中和。

四、生产中有关问题的处理

1、磺化终点不到

达到磺化终点是检验磺化反应是否完全的依据，检验方法为：

测酸度；

2）看磺化物是否有油状物，如酸度符合要求且油状物，则反应是完全的；否则是不完全的。

原因有：

a）如酸量不足，必须补加酸，再进行磺化；

b）反应温度低，必须提高反应温度到160～165℃，延长保温时间；

c）保温时间不够，延长保温时间。

2.缩合过程中喷料

常压缩合时，若升温缓慢，温度不超过100℃，不会发生釜内物料喷溢事故，反之则会发生，特别是带压缩合时更易发生。

发生喷料原因有：

1）加甲醛时温度过高，应控制在90～95℃；

2）水解后酸度过高，应控制在29%左右；

3）升温过急。

处理方法是：

立即向反应釜夹套加入冷却水，必要时用冷水浇淋反应釜盖，如果反应温度和压力仍激烈上升时，可开启放料阀立即放料，否则会造成严重后果。

4）加甲醛速度过快，应缓慢滴加可以控制在2-2.5小时。

总之，缩合反应激烈，一般要小心谨慎。

3、缩合物料固化

在缩合过程中，会出现物料变稠，致使搅拌困难，甚至停止，从而使物料固化在反应釜内，需要人工清理，还会造成搅拌轴和反应釜损坏。

预防的措施主要有：

1）甲醛不能过量；

2）水解后酸度不能过高，

3）加甲醛速度不能过快，一定要缓慢滴加。

如反应过程中发现物料变稠，搅拌困难时需要加一定量的热水。