Системний аналіз процесу сульфатування у виробництві поверхнево-активних речовин

Abstract

Наведено дані про застосування поверхнево-активних речовин у різних областях промисловості України. Показано бурхливий розвиток виробництва поверхнево-активних речовин. Приведені основні стадії виробництва поверхнево-активних речовин. Показано, що стадія сульфатування органічних речовин є основною, на якій досягаються високі якісні показники отриманих продуктів. Наведено основні недоліки та переваги сульфатуючих агентів в технології поверхнево-активних речовин. Надано характеристику апаратурно-технологічних схем процесу сульфатування органічних речовин. Стверджується, що використання трубчастих плівкових абсорберів з низхідним потоком фаз в даний час є найбільш перспективним для використання в промислових умовах. Наведені рівняння з конвективної дифузії для спрощених моделей Льюїса – Уітмена, Левича, Хігбі, Данквертса. Запропоновано представляти процес сульфатування в трубчастому плівковому абсорбері наступними стадіями: процес масопередачі газоподібного триоксиду сірки до поверхні розділу фаз, процес абсорбції триоксиду сірки органічною речовиною з проходженням екзотермічної хімічної реакції, процес теплообміну між рідинною фазою та газоповітряним потоком, процес теплообміну між рідинною фазою та потоком охолоджувальної води. Наведено рівняння для розрахунку коефіцієнта масопередачі, яке дозволяє отримувати дані близькі з експериментальними даними Гутьерреса. Показано проходження послідовних хімічних реакцій при абсорбції триоксиду сірки органічною сировиною. Наведені кінетичні рівняння і методики розрахунку ступені сульфатування і кольоровості отриманих продуктів. Наведено основні рівняння для розрахунків коефіцієнтів теплопередачі та коефіцієнтів тепловіддачі. Наведені результати математичного моделювання процесу сульфатування в трубчастому плівковому абсорбері. Показана можливість досягнення високих якісних показників отриманого продукту: ступінь сульфатування 97,9 %, кольоровість 1 одиниця по йодній шкалі.

Data on the use of surface-active substances in various areas of Ukrainian industry are given. The rapid development of the production of surface-active substances is shown. The main stages of the production of surface-active substances are given. It is shown that the sulfation stage is the main one, at which high quality indicators of the obtained products are achieved. The main disadvantages and advantages of sulfating agents in the technology of surface- active substances (surfactants) are given. The characteristics of the equipment and technological schemes of the sulfation process of organic substances are given. It is claimed that the use of tubular film absorbers with a downward flow of phases is currently the most promising for use in industrial conditions. Convective diffusion equations for the simplified models of Lewis – Whitman, Levich, Higby, Dankverts are given. It is proposed to present the process of sulfation in a tubular film absorber with the following stages: the process of mass transfer of gaseous sulfur trioxide to the surface of the interface, the process of absorption of sulfur trioxide by an organic substance with the passage of an exothermic chemical reaction, the process of heat exchange between the liquid phase and the gaseous air flow, the process of heat exchange between the liquid phase and the flow of cooling water. The equation for calculating the mass transfer coefficient is given, which allows obtaining data close to Gutierrez's experimental data. The passage of successive chemical reactions during the absorption of sulfur trioxide by organic raw materials is shown. Kinetic equations and methods of calculating the degree of sulfation and color of the obtained products are given. Basic equations for calculating heat transfer coefficients and heat transfer coefficients are given. The results of mathematical modeling of the sulfation process in a tubular film absorber are given. The possibility of achieving high quality indicators of the obtained product is shown: the degree of sulfation is 97,9 %, the color is 1 unit on the iodine scale.