一、 工藝簡(jiǎn)介
萘系減水劑的生產(chǎn)過程主要由磺化、水解、縮合和中和四個(gè)工段組成，如下圖所示：
萘系減水劑工藝
1、磺化
將定量的工業(yè)萘倒入3000L磺化反應(yīng)釜內(nèi)，在密閉狀態(tài)下向反應(yīng)釜夾套內(nèi)通入194℃的蒸汽，將萘融化，當(dāng)熔萘溫度升到135℃時(shí)，停止加熱，開始向反應(yīng)釜內(nèi)滴加硫酸（98%）。硫酸溶于水放出大量熱，可使水沸騰，為防止反應(yīng)釜溫度過高，稀釋硫酸時(shí)應(yīng)通過滴加方式進(jìn)料，同時(shí)不斷攪拌，應(yīng)控制滴加時(shí)間在0.5~1小時(shí)內(nèi)。硫酸滴加完畢后，開始供氣加熱，使物料溫度上升到160~165℃，此時(shí)硫酸與工業(yè)萘開始進(jìn)行磺化反應(yīng)，生成α-萘磺酸與β-萘磺酸。為保證磺化反應(yīng)順利進(jìn)行，必須控制反應(yīng)溫度在160℃~165℃之間，為此要不斷調(diào)整供氣壓力。為使萘盡可能完全磺化，應(yīng)使硫酸過量10%，通過控制物料酸度值來實(shí)現(xiàn)，控制其酸度值在3.1~3.3之間?；腔磻?yīng)階段一般需2小時(shí)。 磺化反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)釜內(nèi)通入蒸氣，直接將萘磺酸壓入水解釜內(nèi)。反應(yīng)過程需補(bǔ)充部分稀釋水，來調(diào)節(jié)物料粘度。
磺化工段
2、水解
在160℃~165℃的磺化溫度下產(chǎn)生大約15%的α-萘磺酸，由于α-萘磺酸活性較大，它存在會(huì)影響以后的縮合反應(yīng)，應(yīng)該將其轉(zhuǎn)化或除去。α-萘磺酸在120℃時(shí)極易水解，而β-萘磺酸在此溫度下比較穩(wěn)定，因此可以通過水解反應(yīng)除去α-萘磺酸。開啟循環(huán)水系統(tǒng)，并向反應(yīng)釜內(nèi)加水，控制溫度在120℃左右，使α萘磺酸進(jìn)行水解反應(yīng)，水解產(chǎn)物為萘和硫酸，分離以后的產(chǎn)物可作為原料繼續(xù)參與磺化反應(yīng)。為保證水解反應(yīng)徹底完成，應(yīng)保證水解時(shí)間在30分鐘以上。水解反應(yīng)結(jié)束后，通入蒸氣將β-萘磺酸壓入縮合反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行縮合反應(yīng)。
3、縮合
縮合反應(yīng)是萘系高效減水劑生產(chǎn)過程中的重要反應(yīng)，也是時(shí)間較長(zhǎng)的一個(gè)工序。技術(shù)關(guān)鍵是使反應(yīng)盡可能的完全，得到長(zhǎng)鏈分子，同時(shí)反應(yīng)時(shí)間盡可能的短，以便縮短生產(chǎn)時(shí)間及降低生產(chǎn)成本。
開啟循環(huán)冷卻水系統(tǒng)將反應(yīng)釜內(nèi)的物料降溫到85℃~100℃之間，然后開始滴加甲醛。甲醛在物料中酸根離子的作用下，發(fā)生轉(zhuǎn)變，生成反應(yīng)性很強(qiáng)的羰基離子。
為保證甲醛最大限度羰基化，滴加速度要慢，一般控制在2小時(shí)左右。羰化反應(yīng)結(jié)束后，通氣加熱，使物料溫度上升到110℃，此時(shí)甲醛羰離子與β-萘磺酸開始進(jìn)行縮合反應(yīng)，生成萘系磺酸甲醛縮合物，縮合反應(yīng)歷時(shí)約4.5h。反應(yīng)過程中，為了調(diào)節(jié)物料粘度，需補(bǔ)充部分稀釋水。縮合反應(yīng)結(jié)束后，將生成物轉(zhuǎn)移到中和罐內(nèi)進(jìn)行中和反應(yīng)。
4、中和
在磺化、水解、縮合反應(yīng)過程中，均保持有一定的酸度，為增強(qiáng)減水劑的水溶性，需使產(chǎn)物變?yōu)橐兹苡谒拟c鹽，因此，需加入堿液中和。加入Ca（OH）2 ，將SO42－去除，生成CaSO4沉淀物，通過過濾去除Ca SO4。中和反應(yīng)后，形成的水劑產(chǎn)品置于貯罐內(nèi)。
中和工段
二、控制策略
磺化反應(yīng)的控制要點(diǎn)：
●萘與硫酸質(zhì)量比： 1：1.3～1.4
●磺化反應(yīng)溫度：160～165℃
● 在160～165℃維持磺化時(shí)間約2小時(shí)
水解反應(yīng)控制總酸度在29%左右，加水量一般為2～5克/克萘，用水量多對(duì)水解反應(yīng)有利，但對(duì)縮合反應(yīng)不利，故在控制好酸度的情況下，盡量少加水。
縮合反應(yīng)的控制要點(diǎn)：
●萘磺酸：甲醛 = 1：0.95～1.0
●縮合溫度100～110℃
●縮合酸度28～30%
●縮合時(shí)間4～6小時(shí)
中和過程中要控制加堿速度，速度過快，反應(yīng)劇烈很容易造成溢料；要嚴(yán)格控制物料反應(yīng)終點(diǎn)，終點(diǎn)不到或超過終點(diǎn)都會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。
三、應(yīng)用效果
UW500 DCS應(yīng)用于山東萬山減水劑生產(chǎn)線后，大幅提高了生產(chǎn)線效率和產(chǎn)品質(zhì)量，在同樣生產(chǎn)人員情況下，生產(chǎn)線規(guī)模得到快速擴(kuò)建。山東萬山化工有限公司是中國(guó)最大的萘系高效減水劑專業(yè)生產(chǎn)商，在國(guó)內(nèi)高效減水劑市場(chǎng)份額達(dá)到30%以上。本項(xiàng)目包括24條萘系高效減水劑生產(chǎn)線，主要產(chǎn)品有FDN-A、FDN-B、FDN-C等，年產(chǎn)量60萬噸（粉體）。
