吉林化工学院学士学位毕业设计论文集论文
20000吨/年脂肪酸聚氧乙烯酯车间工艺设计
毛炳淇丁元生*
（化学与制药工程学院 应用化学 1002）
摘要：脂肪酸聚氧乙烯酯是非离子表面活性剂中的大品种，具有优良的润湿、低温洗涤、乳化、耐硬水和易生物降解等特性，在化妆品、医药、食品、农药、造纸及纺织加工等行业中有着极为广泛的应用，例如，作为洗发香波、染发乳剂的增稠剂，护肤、润肤霜的润湿剂、香精和香精油的增溶剂、化妆品用的遮光剂和珠光剂，同时亦可作为农药杀虫剂、除草剂的乳化剂、造纸行业中的柔软剂以及纺织油剂中的平滑剂和抗静电剂。本文从脂肪酸聚氧乙烯酯的性质，发展概况，科研研究，分析方法，生产应用，发展趋势等几个方面对脂肪酸聚氧乙烯酯进行了阐述。
关键词：非离子表面活性剂，脂肪酸聚氧乙烯酯，环氧乙烷，聚合
1脂肪酸聚氧乙烯酯概述
脂肪酸聚氧乙烯酯由脂肪酸与环氧化合物（EO/PO）聚合而成。脂肪酸聚氧乙烯酯是一种酯型多元醇非离子表面活性剂，脂肪酸与环氧乙烷聚合反应可制得脂肪酸聚氧乙烯酯。脂肪酸聚氧乙烯酯外观为琥珀色液体至乳白色固体，属非离子表面活性剂。可溶于水、乙醇及高级脂肪醇，具有良好的乳化、增溶、润湿、分散、柔软及抗静电等表面活性，且无毒、无刺激性。脂肪酸聚氧乙烯酸为非离子表面活性剂的一类重要品种在国内外己得到相当的发展, 广泛用于洗涤剂、化妆品、纺织助剂、农药、食品加工、塑料、涂料、制革、金属加工等多种工业邹门, 在世界非离子表面活性剂总产量占有一定比例。现品种已发展达到2000种以上，我国主要表面活性剂生产企业已有百家。
我国表面活性剂工业有较好的发展前景，有关专家预测我国的表面活性剂工业将以年均6%~7%的速度增长，表面活性剂既是家用洗涤制品的重要原料，又几乎所有的工业必须配用的助剂，增效剂等活性成分，被誉为“工业味精”[1-3]。
2脂肪酸聚氧乙烯酯生产工艺
2.1反应原理
C11H2COOHnCHCH11COO32O423(CHCHO2)nH2(n=7)
作为一种有机羧酸,硬脂酸与环氧乙烷的反应属碱性催化EO 开环聚合机理,其反应方程式如(1)~(5) 反应过程中发生了一系列SN2 亲核取代反应,反应起始阶段亲核试剂为羧基负离子,聚合阶段亲核试剂为醇盐负离子.由于醇盐负离子碱性大于羧基负离子,因此聚合阶段比起始阶段反应速度要快的多.除上述反应外还存在如(6)~(8)副反应.
快RCOOHOHRCOOH2O(RC11H23)(1)
慢RCOOC2H4ORCOOC2H4O(2)
快RCOOC2H4ORCOOHRCOOC2H5ORCOO(3) 快RCOOC2H4OH2ORCOOC2H4OHOH
快RCOOC2H4O(n1)C2H4ORCOOC2H4On
(4) 快RCOOC2H4OnH2ORCOOC2H4OnHOH(5)
H2OC2H4OHOCH2CH2OH(6)
RCOOHRCOOHC2H4OHRCOOC2H4OCORH2ORCOOHRCOOC2H4OnRCOOC2H4OCORH2O(7)
2RCOOC2H4OHRCOOC2H4nCORHOC2H4OnH(8 )
2.2反应条件
2.2.1温度
反应温度是决定反应速率的另一个重要因素，提高反应温度有利于加快反应速度，反应温度提高20℃，反应速率提高一倍。但是反应温度过高会导致副反应加快，典型的副反应是键重排而生成不饱和键的反应。因而制得高分子聚酯时，必须在较低温度下进行，减少不饱和键的生成。制备聚乙氧基酸酯的反应可在130~180℃。
2.2.2压力
加成反应中，增加环氧乙烷的进料压力，可以使反应温度加快，缩短反应时间，故在生产中一般都采用加压方法，反应压力应该在0.15~0.6MPa（表压）
2.2.3催化剂
催化剂按酸碱性分为碱性催化剂和酸性催化剂。我国的生产实践中，绝大部分都使用酸性催化剂。总的来说酸性催化剂对于聚乙氧基酸酯的反应能快速促进反应速率，但浓度过大，对产品的质量有影响[4-7]。
2.3乙氧基化技术
脂肪酸与环氧乙烷加成聚合反应（乙氧基化）是生产聚酯的关键的工艺过程。此反应是在高温、高压和催化剂存在下进行，反应过程大量放热，每加成1molEO，释放22Kcal热量，从外部导热维持反应温度。
2.3.1传统生产方法
此方法采用釜式搅拌反应器。在不锈钢或搪瓷玻璃反应釜中加入原料，搅拌加入浓度为50%的催化剂，反应釜夹套加热100℃，抽空脱水，冲氮气再抽真空，然后通入EO，并控制滴加速度、反应压力和温度，通完EO后继续搅拌至釜内压力不下降为止；冷却
2.3.2意大利Pre乙氧基化循环喷雾器工艺流程
（1）预反应部分：将起始剂与催化剂一起装入反应釜，真空脱除起始剂所含的水和反应生成水，达到规定含水量后，加热至160℃（EO）或120℃（PO），然后物料送入反应单元，用蒸汽喷射泵和水环式真空系统抽真空（-750mmHg）。
（2）加成反应部分：反应器预先用氮气置换，继续充氮气，达到一定压力后，起始剂送入反应器内，用循环泵釜中循环；EO有由釜顶喷入，同起始剂接触反应，移去反应热。待反应物质至一定量时，开另外一个循环泵，喷入EO，同液相继续反应。EO达规定加入量，继续循环一定时间至反应完全。反应温度150~160℃，压力0.4~0.5MPa。
（3）中和及过滤部分：反应产物进入中和釜内，加入适中中和剂，反应后真空脱水及低分子物，冷却。高分子产物送去过滤，加适量助滤剂（120~130℃，压力1~2.5bar）。
（4）尾气吸收部分：来自反应和中和单元的气体产物用5%H2SO4
溶液在80℃吸收，达标后，排入大气[9]。
2.4乙氧基化工艺控制
聚乙氧基酸酯生产工艺控制的三个关键数值为：反应温度、环氧乙烷的压力、催化剂的浓度、根据动力学因素对化学反应速度的影响，结合生产经验，这三个参数对反应速率影响如下：
温度的影响:反应速率随温度的变化的幅度较小。但温度太高，产品颜色加深，副产物增多，产量质量受影响。
压力的影响：反应速率与反应压力成正比。虽然提高压力反应有利，但对设备要求相应提高，工艺操作不易控制，因此，操作压力不宜过高。
催化剂的用量的影响：当其他因素不变时，反应速率随催化剂用量变化很大。加大用量，对反应有利，但催化剂浓度不易过高，否则产生副作用，影响产品质量[10]。
3分析方法
3.1环氧乙烷数目的测定
摩根利用蔡泽尔测定醚类中烷氧基的方法，来测定环氧乙烷加成物中的环氧乙烷基数。这是应用氢碘酸处理环氧乙烷加成物，致使环氧乙烷键断裂，然后测定所生成的碘乙烷与乙烯。操作方法是：称取试样，加进已知数量的碘化氢，加热至140~150℃。加入硝酸银溶液后，用硫氰酸铵滴定，测得乙烯量。
4.2水环境中脂肪酸聚氧乙烯酯及其生物降解产物的测定
GC-MS和HPLC是分析非离子表面活性剂的主要手段。GC-MS分辨率较高，但是不能直接分析n>4的脂肪酸聚氧乙烯酯具有较好的效果。但是商业化的脂肪酸聚氧乙烯酯具有较广泛的分布，加上环境生物降解作用，所以建立能同时分离分析不同EO数的方法对于环境监测非常重要[11]。
4设计依据
1.国家计委文件，计划投资（1989）1035号文件“关于吉林化学工业公司环氧乙烷及醇醚项目可行性的报告和批复”。
2.吉林化学工业公司电石厂家35000吨/年的醇醚项目的可行性研究报告------吉化设计院编档案号码103--65--16
3.“吉林省合成洗涤剂专用原料工程可行性研究报告”----吉林省石油化工设计院编
4.“吉化电石厂引进6万吨/年醇醚生产装置及技术项目评估报告”---中国投资银行吉林省分行编
5.吉化电石厂与抚顺洗涤剂化学厂签署的“关于合成脂肪酸供货协议书”。
6.吉化电石厂与大连油脂化学厂签署的“关于脂肪酸供货协议书”
7.吉化公司签发的“吉化电石厂醇醚产品质量方案”。
8.吉化公司与意大利Pre公司签署的“吉化公司利用增产乙烯生产EO综合产品技术项目改造合成”91JLCT/50098J。
9.吉化进出口公司与意大利Pre公司签署的“设计条件纪要”。
10.“吉化电石厂6万吨/年醇醚配套装置工程设计方案”
5设计指导思想
1.因地制宜，加快脂肪酸工程建设。
2.引进与开创先进技术相结合。要积极消化和吸收、开发、引进的乙氧基化技术，防止重复引进，尽快组织国内科研、设计部门自行研制，再以取得的成果基础上，尽快实现装置国有化。
3.加强国内外技术交流，沟通信息，促进聚乙氧基酸酯的生产与应用技术更快的发展。
4.对于易燃，易爆场所，设计采用可靠的方案监测，报警消防设施。
5.三废处理要达到排放的标准。
6.要积极的扩大醇醚的应用市场。
7.在加入WTO后，提高技术水平，提高商品在国际市场上的占有量。
6.结束语
随着脂肪酸聚氧乙烯酯非离子表面活性剂应用技术的不断发展创新，聚氧乙烯酯的市场需求已不能局限于以前的少数品种。因此，加强乙氧基化的研究，开发聚氧乙烯酯新的应用领域成为当前需要迫切解决的课题。
根据以上叙述，为发展我国聚氧乙烯酯系列表面活性剂提出以下建议：
(1)引进与开创先进技术相结合。要积极消化与吸收引进的乙氧基化技术，防止再重复引进。尽快组织国内科研、设计部门自行研制，在已经取得成果的基础上，尽快实现国产装置投入工业化。
(2)改造现有的釜式搅拌反应器。间歇釜式生产方法在国内仍捉占有重要地位，产量不小，质量也在提高，操作条件在改善；应从工艺流程、自动控制、安全系统等方面加以改进和完善。
(3) 扩大酚醚产品应用市场。醇醚性能优异，应用广泛；特别适用于配制各种形式的洗涤剂、乳化剂。除满足洗涤剂需要外，大力开发工业应用。例如，工业洗涤、纺织、印染、金属加工、化妆品、石油、选矿、造纸、农药等应用部门，其前景广阔.
(4) 加强国内外技术交流，沟通信息，促进聚氧乙烯酯生产与应用应用技术的更快发展.总之，拓宽表面活性剂的应用领域，探索其在高新技术领域中的应用，将成为我国表面活性剂／洗涤剂行业的热门课题[12-13]。
参考文献
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Plant Technics Design of Polyoxyethylene Fatty Acid’s Yield of
20000t/a
Mao BingqiDing Yuansheng*
(Chemical and Pharmaceutical Engineering,Institute of Applied Chemistry,1002) Abstract: the fatty acid polyoxyethylene ester is a large variety of nonionic surfactants, wetting, emulsification, with cold washing, hard water resisting and easy biodegradation properties such as excellent, in cosmetics, medicine, food, chemicals, paper and textile industry has a very wide application, for example, as thickening shampoo, Hair Coloring emulsion, skin care, moisturizing cream wetting agent, eence and eential oil, solubilizer, cosmetic sunscreens and pearlescent agent, at the same time as pesticide, herbicide emulsifier, paper industry in the softener and smoothing agent in synthetic fiber oil agent and antistatic agent.In this paper, the properties, fatty acid polyoxyethylene ester development, scientific research, analysis, application, development trends and other aspects of the polyoxyethylene fatty acid ester.
Keywords: non ionic surfactant, polyoxyethylene fatty acid ester, epoxy ethane, polymerization
