混凝土減水劑生產(chǎn)工藝技術

1、1、項目概況及招標范圍1.1 項目概況本項目一期占地150畝，總投資約6.5億，產(chǎn)能30萬噸/年,其中，聚羧酸水劑8萬噸/年，聚羧酸干粉1.4萬噸/年，萘系水劑10.6萬噸/年，萘系粉劑1.4萬噸/年，脂肪族減水劑8萬噸/年，氨基磺酸減水劑0.6萬噸/年。1.2 招標范圍從項目初步設計開始至整廠驗收結束期間的各類設計工作。包含項目初步設計（含準確的投資概算報告，誤差不超過10%。）、政府要求完成的各類設計專篇、整廠施工圖設計以及協(xié)助招標人生產(chǎn)線試車、協(xié)助完成各類驗收等。四、設計工藝4.1聚羧酸系列產(chǎn)品4.1.1生產(chǎn)工藝流程本項目聚羧酸系列產(chǎn)品包括聚羧酸水劑及聚羧酸粉劑兩種，合成路線見下圖：環(huán)氧

2、乙烷環(huán)氧丙烷甲基烯丙醇聚醚I型(中間體)環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷異戊烯醇聚醚II型(中間體)改性聚醚TPEG(中間體)I型聚羧酸母液 (中間體)II型聚羧酸母液 (中間體)聚羧酸母液(中間體)聚羧酸水劑(產(chǎn)品1)聚羧酸干粉(中間體)聚羧酸粉劑(產(chǎn)品2)合成合成混合合成合成丙烯酸 丙烯酸甲酯 丙烯酸丁酯 甲基丙烯酸甲酯 巰基乙醇 雕白粉 維C丙烯酸 巰基乙酸 雕白粉 維C混合復配水松香熱聚物引氣劑葡萄糖酸鈉干燥復配木質(zhì)素減水劑葡萄糖酸鈉硫酸鹽混渣圖4.1-1 聚羧酸系列產(chǎn)品合成路線4.1.1.1 改性聚醚工藝流程改性聚醚TPEG由聚醚I型和聚醚II型兩種中間體按1:1質(zhì)量比混合而成。1）聚醚I的工藝流程

3、：在反應釜中通入氮氣置換5min，降低容器中氧含量，然后泵入計量的甲基烯丙醇和一定量的催化劑（KOH）配制反應起始液，開啟攪拌系統(tǒng)，升溫至95-105，通入少量的環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷引發(fā)反應。待誘導期結束后，連續(xù)通入環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的混合物，使得釜內(nèi)壓力保持在0.2-0.35MPa密閉反應，控制反應溫度在90-110。通入時間控制在2-3小時，反應完全后升溫到110，開啟真空脫水1小時（真空度大于-0.098 MPa），真空脫水主要是利用液體（水）在真空中蒸發(fā)變成蒸汽時需要吸收熱量，利用的水蒸發(fā)吸熱的原理。真空脫水后再加入環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷反應，反應溫度控制在110，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的加料時

4、間控制在3-5小時，待釜內(nèi)壓力降至<0.03MPa并維持在一定數(shù)值時，可以視為反應結束保持溫度，再次進行真空脫水1小時（真空度大于-0.098 MPa）。冷卻至100以下，加入少量草酸中和至微酸性，再加入少量雙氧水于60-80漂白半小時，結束后冷卻至50-60出料。成品液經(jīng)出料泵泵入切片上料罐，上料罐通過間接加熱的方式使物料保持在60，以保證半成品形態(tài)，便于后續(xù)工段處理。上料罐中的物料經(jīng)切片上料泵送切片機，切片機為滾筒式，采用夾層式，內(nèi)層通入循環(huán)水，外層為物料。物料冷卻成固態(tài)后，被切片機刀口切成規(guī)格大小，切片工段配備一臺除塵器，用于收集聚醚粉塵。聚醚I型整個生產(chǎn)周期含原料、設備準備時間約

5、為12h，每天生產(chǎn)2批次，全年合計600批次，每批次約生產(chǎn)16.7925t。聚醚I的化學反應方程式：聚醚I型工藝流程圖見圖4.1-2。2）聚醚II的工藝流程：聚醚II型工藝流程與I型基本相似，僅反應原料不同，具體流程為：在反應釜中通入氮氣置換5min，降低容器中氧含量，然后泵入計量的異戊烯醇和一定量的催化劑（KOH）配制反應起始液，開啟攪拌系統(tǒng)，升溫至95-105，通入少量的環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷引發(fā)反應。待誘導期結束后，連續(xù)通入環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的混合物，使得釜內(nèi)壓力保持在0.2-0.35MPa密閉反應，控制反應溫度在90-110。通入時間控制在2-3小時，反應完全后升溫到115，開啟真空脫水1

6、小時（真空度大于-0.098 MPa）。然后再加入環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷反應，反應溫度控制在110，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的加料時間控制在3-5小時，待釜內(nèi)壓力降至<0.03MPa并維持在一定數(shù)值時，可以視為反應結束保持溫度，再次進行真空脫水1小時（真空度大于-0.098 MPa）。冷卻至100以下，加入少量草酸中和至微酸性，再加入少量雙氧水于60-80漂白半小時，結束后冷卻至50-60出料。成品液經(jīng)出料泵泵入切片上料罐，上料罐通過間接加熱的方式使物料保持在60，以保證半成品形態(tài)，便于后續(xù)工段處理。上料罐中的物料經(jīng)切片上料泵送切片機，切片機為滾筒式，采用夾層式，內(nèi)層通入循環(huán)水，外層為物料。物料冷

7、卻成固態(tài)后，被切片機刀口切成規(guī)格大小，切片工段配備一臺除塵器，用于收集聚醚粉塵。聚醚II型整個生產(chǎn)周期含原料、設備準備時間約為12h，每天生產(chǎn)2批次，全年合計600批次，每批次約生產(chǎn)16.8158t。聚醚II的化學反應方程式：聚醚II型工藝流程圖見圖4.1-3。3）改性聚醚的工藝流程：改性聚醚TPEG由聚醚I型和聚醚II型按約1:1質(zhì)量比混合而成。改性聚醚工藝流程圖見圖4.1-4。4.1.1.2 聚羧酸母液工藝流程聚羧酸母液由I型聚羧酸母液和II型聚羧酸母液按1.7:0.77質(zhì)量比混合而成。1）I型聚羧酸母液工藝流程：常溫常壓下，分別在混合釜內(nèi)調(diào)制雙氧水、不飽和酸及其衍生物（丙烯酸、丙烯酸甲酯

8、、丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸甲酯）的混合水溶液及輔料水溶液（巰基乙醇、雕白粉和維生素C的混合溶液）由計量泵泵入高位槽暫存。在常溫常壓下，往合成釜中加入計量好的水和改性聚醚后，然后開動電機進行攪拌混合，開動蒸汽閥門往夾套內(nèi)通入蒸汽，使物料溫度升至60±3左右反應，加入雙氧水溶液，然后通入不飽和酸及其衍生物混合水溶液和輔料（巰基乙醇、雕白粉和維生素C的混合溶液），加料時間約3小時，待投加完畢后，通入蒸汽保溫1小時，開動循環(huán)水冷卻降溫至40-50，加入30%液堿中和，即得I型聚羧酸母液。聚羧酸母液車間合成釜共有四套（I型和II型通用），最多可同時進行4個批次生產(chǎn)，單個批次生產(chǎn)含物料配置共約10

9、h，每批次約生產(chǎn)17t，則全年I型共生產(chǎn)2000批次。I型聚羧酸母液化學示意圖：I型聚羧酸母液工藝流程圖見圖4.1-5。2）II型聚羧酸母液工藝流程：II型聚羧酸母液與I型聚羧酸母液工藝路線類似，原料有所不同，且其反應條件是常溫常壓，不消耗蒸汽能源。工藝流程如下：分別在混合釜內(nèi)調(diào)制雙氧水、丙烯酸的水溶液及輔料水溶液（巰基乙酸、雕白粉和維生素C的混合溶液）由計量泵泵入高位槽暫存。在常溫(環(huán)境溫度)常壓下，往合成釜中加入經(jīng)計量好的水和改性聚醚后，然后開動電機進行攪拌混合成透明水溶液，再加入雙氧水溶液，攪拌5分鐘。然后加入丙烯酸水溶液和輔料（巰基乙酸、雕白粉和維生素C的混合溶液），投加時間33.5小

10、時，最后加入30%液堿中和，即得II型聚羧酸母液。聚羧酸母液車間合成釜共有四套（I型和II型通用），最多可同時進行4個批次生產(chǎn)，單個批次生產(chǎn)含物料配置共約10h，每批次約生產(chǎn)15.4t，則全年II型共生產(chǎn)1000批次。II型聚羧酸母液工藝流程圖見圖4.1-6。3）聚羧酸母液工藝流程：聚羧酸母液由I型聚羧酸母液和II型聚羧酸母液按1.7:0.77質(zhì)量比混合而成。聚羧酸母液工藝流程圖見圖4.1-7。4.1.1.3 聚羧酸水劑工藝流程聚羧酸水劑生產(chǎn)工藝過程是常溫常壓的物理混合過程，整個過程無化學反應過程，聚羧酸減水劑的主要原料為聚羧酸母液和復配添加劑（葡萄糖酸鈉、松香熱聚物引氣劑、水等），經(jīng)計量后，

11、按一定順序投入混合釜攪拌2030min后出料，即得到產(chǎn)品。聚羧酸減水劑工藝流程圖見圖4.1-8。4.1.1.4 聚羧酸粉劑工藝流程1）聚羧酸干粉工藝流程將聚羧酸母液由送料泵泵入干燥塔頂高速旋轉的霧化器，經(jīng)霧化器分散成霧滴，與熱風爐加熱所產(chǎn)生的220熱空氣瞬時接觸蒸發(fā)漿料中的水份，產(chǎn)生的干粉隨尾氣進入裝置自帶的旋風分離器組，分離出干粉經(jīng)下料倉通過卸料閥排出包裝，含塵尾氣經(jīng)袋式除塵、水噴淋處理后達標排放。干燥工段流程示意見圖4.1-9。母液圖4.1-9 噴霧干燥流程示意圖聚羧酸干粉工藝流程圖見圖4.1-10。2）聚羧酸粉劑工藝流程聚羧酸粉劑生產(chǎn)工藝過程是常溫常壓的物理混合過程，整個過程無化學反應過

12、程，聚羧酸粉劑的主要原料為聚羧酸干粉和復配添加劑（木質(zhì)素減水劑、萘系母液生產(chǎn)中產(chǎn)生的硫酸鹽混渣、葡萄糖酸鈉等），經(jīng)計量后，按一定順序投入攪拌釜攪拌30min后出料，即得到產(chǎn)品。聚羧酸粉劑工藝流程圖見圖4.1-11。4.2 萘系產(chǎn)品4.2.1生產(chǎn)工藝流程本項目萘系產(chǎn)品包括萘系減水劑及萘系粉劑兩種，合成路線見下圖：萘系母液(中間體)萘系水劑(產(chǎn)品1)萘系干粉(中間體)萘系粉劑(產(chǎn)品2)合成萘、洗油、硫酸、甲醛等復配水松香熱聚物引氣劑葡萄糖酸鈉干燥復配木質(zhì)素減水劑葡萄糖酸鈉圖4.2-1 萘系產(chǎn)品合成路線4.2.1.1 萘系母液工藝流程一、基礎原理萘系高效減水劑的化學名稱為的主要成分為萘磺酸鹽甲醛縮合

13、物，合成中的各反應如下：磺化反應一般用濃硫酸作為磺化劑，磺化的目的是使芳香核上的氫原子被磺酸基（-SO3）取代，從而生成萘磺酸。由于萘核上有8個可取代的位置，其中，1、4、5、8位稱為位，2、3、6、7稱為位。在萘分子中由于有兩個苯環(huán)相連，所以位電子云密度更大些，相對于位更活潑?；谖换钚员任淮?，萘在較低溫度下磺化時反應產(chǎn)物主要是-萘磺酸，但由于磺酸基的體積比較大，與異環(huán)位上的氫原子在空間有相互干擾，因此-萘磺酸比較不穩(wěn)定，但在較低的磺化溫度下，-萘磺酸的生成速度依然很快，因而在低溫時逆反應并不明顯，-萘磺酸生成后不易轉變?yōu)槠渌衔?，所以在較低溫度下仍可以得到取代產(chǎn)物。當在較高溫度下磺化時，

14、先生成的-萘磺酸也可發(fā)生顯著的逆反應而仍轉變成萘，即它的脫磺酸基反應的速度也增加，此外在較高溫度下磺化時，-萘磺酸也容易生成，且由于不存在磺酸基與-H的空間干擾，因此它比-萘磺酸更穩(wěn)定，生成后又不容易脫去磺酸基，因此它是高溫磺化時的主要產(chǎn)物。主反應：（反應轉化率為90%）：副反應：（參與副反應的量占總量的10%）：水解反應磺化為可逆反應，高溫時-萘磺酸迅速生成，-萘磺酸同時生成，但高溫時-萘磺酸又易水解，而-萘磺酸水解緩慢，因此-萘磺酸就成為磺化反應的主要產(chǎn)物。由于產(chǎn)品需以-萘磺酸為原料，故需加水對-萘磺酸進行水解?？s合反應-萘磺酸在H2SO4催化作用下，與甲醛縮合成亞甲基多萘磺酸。 中和反應

15、縮合產(chǎn)物在一定條件下與NaOH進行中和反應，同時，過量的、未反應的硫酸也被NaOH、Ca(OH)2中和，控制pH達7-9為止。H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2H2O二、生產(chǎn)工藝簡述A、熔萘工序在常溫、常壓下，將工業(yè)萘加入熔萘反應釜中，加熱至8090使萘熔化，時間約13小時。B、磺化反應磺化反應過程：常壓下往磺化反應釜內(nèi)泵入熔融的萘和洗油后，開通夾套蒸汽加熱，待溫度上升至140150左右時，將計量槽中的濃硫酸緩慢加入磺化釜內(nèi)進行磺化反應約1h（為防止硫酸產(chǎn)生熱量使溫度急速上升該過程需邊加入邊攪拌），該過程的溫度為160。反應過程中通過控制加酸速度，使料溫平穩(wěn)上升。C、水解、縮合

16、反應水解、縮合反應過程：待磺化反應結束后，用壓縮空氣將其送至縮合反應釜，在常壓下進行水解，夾套通入循環(huán)水冷卻降溫，溫度維持110左右，水解時間約0.5h，水解完畢后，繼續(xù)通入循環(huán)水冷卻降溫，常壓下將計量后的甲醛緩慢加入（投加時間約2小時）縮合釜內(nèi)進行縮合反應，溫度控制在95，反應完成后夾套通入蒸汽保溫，溫度控制在105。D、中和反應在縮合反應后的產(chǎn)物放入中和池，加水稀釋，冷卻至7080，加入30NaOH溶液或/和石灰水進行中和，將產(chǎn)品pH值調(diào)整到中性或偏堿性的范圍內(nèi)(pH=79)即可。E、分離過程：中和反應完畢后，泵入板式過濾機分離，濾液即是萘系母液，濾渣用作萘系粉劑復配的原料。萘系母液車間反

17、應釜設備有兩套，可同時進行2個批次生產(chǎn)，單個批次生產(chǎn)約6h，則全年共有2400批次，每批次約生產(chǎn)27.5t。萘系母液生產(chǎn)工藝圖見圖4.2-2。注：若生產(chǎn)低濃萘系減水，直接加液堿中和即得母液，不需壓濾；生產(chǎn)高濃減水劑時，用石灰乳中和后，需壓濾。4.2.1.2 萘系減水劑工藝流程萘系減水劑工藝過程是常溫常壓的物理混合過程，整個過程無化學反應過程，萘系減水劑的主要原料為萘系母液和復配添加劑（葡萄糖酸鈉、松香熱聚物引氣劑、水等），經(jīng)計量后，按一定順序投入混合釜攪拌2050min后出料，即得到產(chǎn)品。萘系減水劑工藝流程圖見圖4.2-3。4.2.1.3 萘系粉劑工藝流程1）萘系干粉工藝流程將萘系母液由送料泵

18、泵入干燥塔頂高速旋轉的霧化器，經(jīng)霧化器分散成霧滴，與熱風爐加熱所產(chǎn)生的220熱空氣瞬時接觸蒸發(fā)漿料中的水份，產(chǎn)生的干粉隨尾氣進入裝置自帶的旋風分離器組，分離出干粉經(jīng)下料倉通過卸料閥排出包裝，含塵尾氣經(jīng)袋式除塵、水噴淋后達標排放。萘系干粉工藝流程圖見圖4.2-4。2）萘系粉劑工藝流程萘系粉劑生產(chǎn)工藝過程是常溫常壓的物理混合過程，整個過程無化學反應過程，萘系粉劑的主要原料為萘系干粉和復配添加劑（木質(zhì)素減水劑、葡萄糖酸鈉等），經(jīng)計量后，按一定順序投入攪拌釜攪拌30min后出料，即得到產(chǎn)品。萘系粉劑工藝流程圖見圖4.2-5。 4.3 脂肪族產(chǎn)品4.3.1生產(chǎn)工藝流程4.3.1.1 脂肪族母液工藝流程一

19、、基礎原理水解反應亞硫酸鈉與水Na2SO3 + H2ONaHSO3 + NaOH反應，生成氫氧化鈉和亞硫酸氫鈉?；腔磻c亞CH3COCH3 +NaHSO3(CH3)2C(OH)SO3Na硫酸氫鈉反應生成羥基磺酸鈉。羥醛縮合CH3COCH3 + 2HCHOHOCH2CH2COCH2CH2OHn HOCH2CH2COCH2CH2OHHOCH2CH2COCH2CH2OnH加熱甲醛與丙酮發(fā)生羥醛縮合反應?？s合反應羥基磺酸鈉與甲醛丙酮縮合物反應得到脂肪族縮聚物。OHCH2CH2COCH2CH2OnH + 2(CH3)C(OH)SO3-(CH3)C(SO3-)OCH2CH2COCH2CH2OnC(S

20、O3-)C(CH3)2 + H2O二、生產(chǎn)工藝簡述在常壓下，首先向反應釜內(nèi)計量加入水，開動攪拌電機投入亞硫酸鈉，待溶化后打開閥門計量加入丙酮，開啟循環(huán)冷卻水，控制溫度不超過45，投加時間約為30min，然后投加甲醛，該反應放熱，調(diào)節(jié)循環(huán)水用量，控制釜內(nèi)溫度不超過50，投加時間約為3h。甲醛投加完畢后，盡量恒溫在75保溫攪拌反應2h，加入剩余水，降溫至50以下，取樣檢驗合格后，送至罐區(qū)。脂肪族母液車間有反應釜四套，與氨基磺酸鹽系共用，可最多同時進行4個批次生產(chǎn)，脂肪族母液年生產(chǎn)時間6480h，每批次生產(chǎn)用時約10.5h，全年生產(chǎn)2500批次，每批次產(chǎn)量約為16t。脂肪族母液生產(chǎn)工藝流程圖見圖4.3-1。4.3.1.2 脂肪族減水劑工藝流程脂肪族減水劑工藝過程是常溫常壓的物理混合過程，整個