十二烷基苯磺酸钠物料衡算资料.docx
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十二烷基苯磺酸钠物料衡算资料
湖南化工职业技术学院
毕业设计
毕业设计题
年产1万吨十二烷基苯磺酸钠合成工艺流程设计
毕业设计类型
□产品设计□工艺设计□方案设计
姓名
高远才
班级
化工1311
所属系部（院）
化学工程学院
专业
应用化工技术
校内指导教师
吴永健
完成时间
2015年11月23日
2015年11月24日
目录
摘要3
1.产品介绍4
1.1应用领域4
1.1.1洗涤作用4
1.1.2乳化分散剂4
1.1.3抗静电剂5
1.1.4其他作用5
1.2理化性质5
1.2.1物理性质5
1.2.2化学性质6
2.制备方法7
2.1工业制法7
3.制备制备理论及相关过程8
3.1三氧化硫的制备8
3.2十二烷基苯的制备（傅-克反应）8
3.3磺化反应9
3.4中和反应9
3.物料衡算9
3.1生产所需物料表9
3.2理论衡算10
3.3实际衡算10
结语13
参考文献14
摘要
本文简述了表面活性剂的发展历史和现状，以及在未来的发展势。
介绍了表面活性剂十二烷基苯磺酸的性质、用途、原料选择及常见的合成方法。
描述了三氧化硫磺化法的技术发展、磺化器的分布情况和磺化新技术的开发利用。
重点对以硫磺为原料在过量空气中直接燃烧成二氧化硫，二氧化硫再在五氧化二钒催化作用下与氧气反应生成三氧化硫，最后三氧化硫磺化烷基苯制备十二烷基苯磺酸做了比较详细的工艺设计。
对整个生产过程进行了物料衡算和热量衡算，对磺化器的相关参数进行了计算。
关键词：
十二烷基苯磺酸；三氧化硫；物料衡算和热量衡算；磺化工艺
Abstract
Chapter one of this text has comparatively explained history of surface-active agent development and current situation of the development exhaustivly, and the trend of the futureit Introduced the properties, applications and material selection and common synthesis method of the dodecylbenzenesulfonic acid. It described the method of preparing sulphonated sulphur trioxide technology progress, the distribution of sulphonated device and the development of new sulphonation technology ; Chapter two introduced the sulfonic acid common synthetic method of 12 alkyl benzene of surface-active agent. Oxidize on three sulphur sulphonating alkyl benzene legal system prepare against 12 alkyl benzene sulfonic acid make exhaustive technological design ,especially the entire production process of materials and energy balance, of sulfonation calculated parameters,sulfonation plant equipment layout plan and a rendering, the hight and diameter of the reactor are 9000mm and 550mm,there are 90 tube that are arranged with equilateral triangle in this reator .
Keywords:
alkyl benzene sulfonic acid; sulphur trioxide; material calculation and energy calculation sulphonation technology
1.产品介绍
十二烷基苯磺酸钠，英文名sodiumdodecylbenzenesulfonate，简称SDBS，白色或淡黄色粉状或片状固体。
难挥发，易溶于水，溶于水而成半透明溶液。
对碱，稀酸，硬水化学性质稳定，微毒。
是常用的阴离子型表面活性剂。
十二烷基苯磺酸钠是由十二烷基苯与发烟硫酸或三氧化硫磺化，再用碱中和制得。
用发烟硫酸磺化的缺点是反应结束后总有部分废酸存在于磺化物料中。
中和后生成的硫酸钠带入产品中，影响了它的纯度。
目前，工业上均采用三氧化硫－空气混合物磺化的方法。
三氧化硫可由60%发烟硫酸蒸出，或将硫磺和干燥空气在炉中燃烧，得到含SO34%～8%体积分数的混合气体。
将该混合气体，通入装有烷基苯的磺化反应器中进行磺化。
磺化物料进入中和系统用氢氧化钠溶液进行中和，最后进入喷雾干燥系统干燥。
得到的产品为流动性很好的粉末。
1.1应用领域
1.1.1洗涤作用
烷基苯磺酸钠是黄色油状体，经纯化可以形成六角形或斜方形强片状结晶，具有微毒性，已被国际安全组织认定为安全化工原料。
可在水果和餐具清洗中应用烷基苯磺酸钠，在洗涤刑中使用的量最大，由于采用了大规模自动化生产，价格低廉，在洗涤剂中使用的烷基苯磺酸钠有支链结构（ABS）和直链结构（LAS）两种，支链结构生物降解性小，会对环境造成污染，而直链结构易生物降解生物降解性可大于90%，对环境污染程度小。
十二烷基苯磺酸钠是中性的，对水硬度较敏感，不易氧化，起泡力强，去污力高，易与各种助剂复配，成本较低，合成工艺成熟，应用领域广泛，是非常出色的阴离子表面活性剂。
十二烷基苯磺酸纳对颗粒污垢，蛋白污垢和油性污垢有显著的去污效果，对天然纤维上颗粒污垢的洗涤作用尤佳，去污力随洗涤温度的升高而增强，对蛋白污垢的作用高于非离子表面活性剂，且泡沫丰富。
但十二烷基苯磺酸钠存在两个缺点，一是耐硬水较差，去污性能可随水的硬度而降低，因此以其为主活性剂的洗涤剂必须与适量螯合剂配用。
二是脱脂力较强，手洗时对皮肤有一定的刺激性，洗后衣服手感较差，宜用阳离子表面活性剂作柔软剂漂洗。
近年来为了获得更好的综合洗涤效果，十二烷基苯磺酸钠常与脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）等非离子表面活性剂复配使用。
十二烷基苯磺酸钠最主要用途是配制各种类型的液体、粉状、粒状洗涤剂，擦净剂和清洁剂等。
]
1.1.2乳化分散剂
乳化剂是一种改善乳浊液中各种构成相之间的表面张力，使之形成均匀稳定的分散体系或乳浊液的物质。
乳化剂是表面活性物质，分子中同时具有亲水基和亲油基，它聚集在油/水界面上，可以降低界面张力和减少形成乳状液所需要的能量，从而提高乳状液的能量。
而十二烷基苯磺酸钠作为一种阴离子表面活性剂，具有良好的表面活性，亲水性较强，有效降低油-水界面的张力，达到乳化作用。
因此十二烷基苯磺酸钠在化妆品、食品、印染助剂、农药等乳状液配制中得到较广泛的应用。
1.1.3抗静电剂
任何物体都带有本身的静电荷，这种电荷可以是负电荷也可以是正电荷，静电荷的聚集使到生活或者工业生产受到影响甚至危害，将聚集的有害电荷导引、消除使其不对生产、生活造成不便或危害的化学品称为抗静电剂。
十二烷基苯磺酸钠是一种阴离子表面活性剂，可使织物，塑料等表面亲合水分，同时离子型表面活性剂还有导电作用，因而可以使静电及时泄漏，从而降低因静电造成的危险及不便。
1.1.4其他作用
十二烷基苯磺酸钠产品用途十分广泛，除了上述几个方面的应用外，在纺织助剂方面还常作为棉织物精炼剂，退浆助剂，染色时的匀染剂，在金属电镀过程中用作金属脱脂剂；在造纸工业中用作树脂分散剂，毛毡洗涤剂，脱墨剂；在皮革工业上用作渗透脱脂剂；在肥料工业中用作防结块剂；在水泥工业中用作加气剂等诸多方面或单独使用或作配合成分使用。
1.2理化性质
1.2.1物理性质
十二烷基苯磺酸钠
分子式：
C18H29NaO3S
分子量：
348.48
亲水亲油平衡值（HLB值）：
10.638
分解温度为450℃，失重率达60%。
性状：
固体，白色或淡黄色粉末
溶解性：
易溶于水，易吸潮结块
临界胶束浓度（CMC值）：
1.2mmol·L-1
红外光谱：
1.2.2化学性质
1、十二烷基苯磺酸钠对碱，稀酸，硬水化学性质稳定
2、能与强酸建立平衡体系：
R12-Ph-SO3Na+HCl⇌R12-Ph-SO3H+NaCl
3、磺基中的羟基也可被氯原子取代，生成磺酰氯：
3R12-Ph-SO3Na+PCl3-----→R12-Ph-SO3H+NaCl（~200℃）
4、水解反应是磺化反应的逆反应。
在强酸催化下，十二烷基硫酸钠与水共热，可脱去磺基，反应的实质是H+作为亲电试剂进攻芳环的亲电取代反应。
3R12-Ph-SO3Na+H2O----→R12-Ph+NaHSO4（~200℃，H2SO4）
2.制备方法
2.1工业制法
十二烷基苯磺酸钠是由十二烷基苯与发烟硫酸或三氧化硫磺化，再用碱中和制得。
用发烟硫酸磺化的缺点是反应结束后总有部分废酸存在于磺化物料中。
中和后生成的硫酸钠带入产品中，影响了它的纯度。
目前，工业上均采用三氧化硫－空气混合物磺化的方法。
三氧化硫可由60%发烟硫酸蒸出，或将硫磺和干燥空气在炉中燃烧，得到含SO34%～8%体积分数的混合气体。
将该混合气体，通入装有烷基苯的磺化反应器中进行磺化。
磺化物料进入中和系统用氢氧化钠溶液进行中和，最后进入喷雾干燥系统干燥。
得到的产品为流动性很好的粉末。
反应机理：
生产方框图：
生产工艺流程：
直馏煤油经脱氢后，十二烯烃和苯由供料泵进入烷化器，再将生成的十二烷基苯（LAB）送入磺化器1，与进入磺化器的三氧化硫（3%~5%），瞬间发生磺化反应，产物经气液分离器2、循环泵3、冷却器4处理之后，部分回到反应器底部，用于磺酸的急冷，部分反应产物被送入老化器5，调整反应保持时间再进入水化器6成酸，最后经中和器7制得烷基苯磺酸钠（LAS）。
尾气经除雾器8去酸雾，再经吸收塔9吸收后放空。
3.制备制备理论及相关过程
3.1三氧化硫的制备
----------------------------------
（1）
--------------------------
（2）
3.2十二烷基苯的制备（傅-克反应）
-------（3）
----（4）
3.3磺化反应
--（5）
3.4中和反应
-------（6）
3.物料衡算
3.1生产所需物料表
名称
项目
化学式
熔点
沸点
相对分子质量（g/mol）
相对密度
转化率（%）
硫磺
114
445
32.06
2.36
—
氧气
-218.8
-183.1
32.00
—
—
二氧化硫
-75.5
-10
64.06
2.26
—
三氧化硫
16.8
44.8
80.06
1.97
90
氢氧化钠
318.4
1390
40.00
2.13
十二烯
-33.6
92-95（2Kpa）
168.32
0.76
—
苯
5.5
80.1
78.11
0.88
—
十二烷基苯
-7
331
246.43
0.86
98
十二烷基苯磺酸
10
315
326.49
95
十二烷基苯磺酸钠
—
—
348.48
98
3.2理论衡算
已知年生产十二烷基苯磺酸钠产品10000吨，年生产天数300天；设每天生产十二烷基苯磺酸钠产品为A吨，则：
A=10000/300=33.34吨
在每天生产出33.34吨产品的情况下，分别需要十二烷基苯磺酸和烧碱的量为B、C：
根据化学方程式（6）列出计算式：
B=31.24吨；C=3.83吨
设生产十二烷基苯磺酸所需的十二烷基苯为D；三氧化硫为E；
根据化学方程式（5）计算出D和E:
D=23.60吨；E=7.66吨
设生产十二烷基苯所需的十二烯为F；苯为G；
根据化学方程式（4）计算出F和G:
F=16.12吨；G=7.48吨
设生产三氧化硫所需的氧气为H;硫磺为I;
根据化学方程式
（1）、
（2）计算H和I:
H=4.59吨；I=6.13吨
理论所需物料的量见下表：
物料
硫磺
氧气
三氧
化硫
氢氧化钠
苯
十二烯
十二烷基苯
十二烷基苯磺酸
十二烷基苯磺酸钠
所需量（吨）
6.13
4.59
7.66
3.83
7.48
16.12
23.60
31.24
33.34
3.3实际衡算
物料
三氧化硫
十二烷基苯
十二烷基苯磺酸
十二烷基苯磺酸钠
转化率（%）
90
98
95
98
已知生产天数为300天，每天生产24个小时，则每年生产的时间为7200个小时。
（1）知道十二烷基苯磺酸钠的转化率为98%，那么实际所得产品质量为：
（2）已知三氧化硫的转化率为90%，那么实际所得产品质量为：
由于反应是使用三氧化硫气体，那么所需的三氧化硫气体理论值：
又知道进入反应的三氧化硫气体的体积分数为4%-6%，则输入的空气体积为：
硫磺所需的量为：
氧气所需的量为：
则输入的空气为：
（3）十二烷基苯磺酸实际的量为：
（4）生产十二烷基苯实际的量为：
十二烯所需的量为：
苯实际所需的量为：
氢氧化钠所需的量为：
各物料所需表
产品
所需量
含氧空气
含三氧化硫的空气
-
氢氧化钠
4.07kmol/h
硫磺
7.97kmol/h
十二烯
3.49kmol/h
苯
4.29kmol/h
十二烷基苯
2.94kmol/h
十二烷基苯磺酸
4.20kmol/h
十二烷基苯磺酸钠
4.07kmol/h
结语
此次毕业设计我虽然在设计之初有一些迷茫，但很快就调整过来，在两个月的设计过程中，我学到很多东西，也查阅了大量的资料，最终成功的做出了一万吨的十二烷基苯磺酸钠的生产物料衡算，通过此次毕业设计，让我在专业课知识中得到了知识的巩固，以前对计算不是很懂，但现在因为设计中所含计算量较大，从中使我在对物料衡算的过程有了更深刻的理解，也让我了解到很多之前所不知道的知识，并将理论知识应用于实践中有了一定的帮助。
并且也使我的查阅水平提高了不少，在这之中所运用了很多表与图，在这个基础上还提高了处理数据及处理能力和运用计算机作图及用word打印文章的速度水平，对CAD作图也更加熟悉了。
这次设计由于能力有限，准备不充分，查阅的资料也不详细，因而存在许多问题，比如衡算的方法过于简单，并且计算方法由于能力问题无法使用更好的方法，另外，我的查阅能力也不是特别好。
每次在设计时都感到获益匪浅，我能够成功的设计出来，除了自己的努力外，还应该感谢老师的指导，我的每一步设计都得到了老师的指导，并解答了我很多的疑惑，同时，与同组的同学合作愉快，也从他们那里得到很多的帮助，这才使这次设计能顺利完成。
此次设计不当之处还请多多指出，我一定会努力完善。
参考文献
[1]米镇涛编，《化学工艺学》化学工业出版社2008，1
[2]刘振河编《化工生产技术》高等教育出版社
[3]薛叙明编《精细有机合成技术》化学工业出版社
[4]何灏彦禹练英谭平编《化工单元操作》化学出版社
[5]刘德铮黄艳芹王颖编《精细化工生产技术》化学工业出版社
[6]曹咏梅熊放鸣编《化工制图与测绘》化学工业出版社
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